项目6光电传感器及其应用6.1光电效应及光电器件6.1.1外光电效应逸出电子的动能6.1.2内光电效应导带在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。具有该效应的材料有硅、硒、氧化亚铜、硫化镉、砷化镓等。例如，当一定波长的光照射PN结时，就产生电子-空穴对，在PN结内电场的作用下，空穴移向P区，电子移向N区，于是P区和N区之间产生电压，即光生电动势。利用该效应可制成各类光电池。光电管和光电倍增管光电管和光电倍增管同属于用外光电效应制成的光电转换器件。普通光电管光电管的结构和电路2.光电倍增管(2)主要参数2）阴极灵敏度和总灵敏度光电倍增管的光照特性当光照射到光电导体上时，若光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够强，光导材料价带上的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。为实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光导体材料的禁带宽度Eg，即hν==≥Eg(eV)式中ν和λ—入射光的频率和波长。一种光电导体，存在一个照射光的波长限λC，只有波长小于λC的光照射在光电导体上，才能产生电子在能级间的跃迁，从而使光电导体电导率增加。如图所示。管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有限，因此光电导体一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极一般采用硫状图案。5.光敏电阻的主要参数光敏二极管和光敏三极管光敏二极管符号如图。锗光敏二极管有A，B，C，D四类；硅光敏二极管有2CU1A～D系列、2DU1～4系列。光敏二极管的结构与一般二极管相似、它装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管顶，可直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，如图所示。P-Si雪崩光电二极管(APD)光敏三极管有PNP型和NPN型两种，如图。其结构与一般三极管很相似，具有电流增益,只是它的发射极一边做的很大,以扩大光的照射面积,且其基极不接引线。当集电极加上正电压,基极开路时,集电极处于反向偏置状态。光敏三极管的结构和电路0光敏晶体管的光照特性暗电流/mA光敏三极管的频率特性曲线如图所示。光敏三极管的频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差。对于锗管，入射光的调制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。不同光敏器件的响应时间有所不同。光敏电阻较慢，约为（10－1～10－３）s，一般不能用于要求快速响应的场合。工业用的硅光敏二极管的响应时间为（10－5～10－7）s左右，光敏三极管的响应时间比二极管约慢一个数量级，在要求快速响应或入射光、调制光频率较高时应选用硅光敏二极管。光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能，又称为太阳能电池。它是发电式有源元件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。命名方式：把光电池的半导体材料的名称冠于光电池之前。如，硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池等。目前,应用最广、最有发展前途的是硅光电池。硅光电池的结构如图所示。它是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质(如硼)形成PN结。当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。若将PN结两端用导线连起来，电路中有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至N区。若将外电路断开，就可测出光生电动势。L/klx20在一定照度下，光电流I与光电池两端电压V的对应关系，称为伏安特性。伏安特性可以帮助我们确定光敏元件的负载电阻，设计应用电路。6.1.6光电耦合器件1、光电耦合器件特点3、光电耦合器典型结构对于光电耦合器的特性，应注意以下各项参数。（1）电流传输比（2）输入输出间的绝缘电阻（3）输入输出间的耐压（4）输入输出间的寄生电容（5）最高工作频率（6）脉冲上升时间和下降时间6.2红外线传感器6.2.1红外线传感器概述红外线及其特性红外光检测的优越性红外线传感器按其工作原理可分为两类：量子型及热型。热型红外线光敏元件的特点是：灵敏度较低、响应速度较慢、响应的红外线波长范围较宽，价格比较便宜、能在室温下工作。量子型红外线光敏元件的特性则与热型正好相反，一般必须在冷却（77K）条件下使用。★1.热释电效应若使某些强介电质物质的表面温度发生变化，随着温度的上升或下降，在这些物质表面上就会产生电荷的变化，这种现象称为热释电效应，是热电效应的一种。这种现象在钛酸钡之类的强介电质物质材料上表现得特别显著。热释电效应产生的电荷不是永存的，