光電傳感器中的光電效應(yīng)原理

時間：2020-08-25作者：深圳揚(yáng)德勝科技有限公司瀏覽：36

光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件。它主要是利用光的各種性質(zhì)，檢測物體的有無和表面狀態(tài)的變化等的傳感器。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用，光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。 把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，光電元件是光電傳感器中較重要的組成部分，它的**工作原理是不同類型的光電效應(yīng)。根據(jù)波粒二象性，光是由光速運(yùn)動的光子所組成， 當(dāng)物體受到光線照射時，其內(nèi)部的電子吸收了光子的能量后改變狀態(tài)，自身的電性質(zhì)也會發(fā)生改變，這樣的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。

根據(jù)電屬性狀態(tài)的不同變化，將光電效應(yīng)分為以下三種：
1）外光電效應(yīng)
在光線作用下使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)?；谕夤怆娦?yīng)的光電元件有光電管，光電倍增管等
2）光電導(dǎo)效應(yīng)
半導(dǎo)體內(nèi)的電子吸收光子后不能躍出半導(dǎo)體，使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)按其工作原理可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏*應(yīng)?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的光電元件有光敏電阻，光敏晶體管等
3）光生伏*應(yīng)
在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏*應(yīng)。基于光生伏*應(yīng)的光電元件有光電池和光敏二極管、三極管等

外光電效應(yīng)器件
利用物質(zhì)在光的照射下**電子的外光電效應(yīng)而制成的光電器件，一般都是真空的或充氣的光電器件，如光電管和光電倍增管，以光電管為例，當(dāng)入射光照射在陰極上時，單個光子把它的全部能量傳遞給陰極材料中的一個自由電子，從而使自由電子的能量增加。當(dāng)電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功時，它就可以克服金屬表面束縛而逸出，形成電子**，這種電子稱為光電子。 只有當(dāng)入射光的頻率**極限頻率時，才會產(chǎn)生光電子，光電子產(chǎn)生之后，被真空管中的陽極所吸收，從而產(chǎn)生電流。若此時增加光照強(qiáng)度，更多的光子將會照射到陰極材料，從而產(chǎn)生更多光電子，光電流也會相應(yīng)增加。在電阻R值確定的情況下，回路中的光電流與入射光的光照強(qiáng)度成函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化，通過測量電路讀取電流數(shù)，即可算出光照強(qiáng)度。

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內(nèi)光電效應(yīng)器件
利用物質(zhì)在光的照射下電導(dǎo)性能改變或產(chǎn)生電動勢的光電器件稱內(nèi)光電效應(yīng)器件，常見的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等，根據(jù)能帶理論，自由原子中電子具有的能量狀態(tài)不是任意的，電子只能存在在一定的能級上。能帶分為價帶、禁帶和導(dǎo)帶。電子可以在導(dǎo)帶中流動，不可以在價帶中流動，在外界影響下，電子可由價帶越過帶隙進(jìn)入到導(dǎo)帶，從而改變導(dǎo)體的電阻，不同導(dǎo)體的帶隙厚度不一樣，如下圖所示，絕緣體的帶隙較寬，導(dǎo)致電子很難從價帶躍遷至導(dǎo)帶，所以其電阻很大；金屬導(dǎo)體沒有帶隙，其價帶和導(dǎo)帶相連，因此導(dǎo)電性能好，電子吸收光子能量后，由價帶躍遷至導(dǎo)帶從而改變導(dǎo)體電阻的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。利用該效應(yīng)可以制作光敏電阻，通過觀察電阻的變化來確定被測光量。

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光生伏*應(yīng)器件
光生伏*應(yīng)簡稱光伏效應(yīng)，指的是物體在受到光照之后產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。光電池是一種自發(fā)電式的光電元件，它受到光照時自身能產(chǎn)生一定方向的電動勢，在不加電源的情況下，只要接通外電路，便有電流通過。具體的工作原理如下：光伏電池在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成的一個大面積PN結(jié)，P區(qū)有大量的空穴，N區(qū)有大量的電子。當(dāng)光照射P區(qū)表面時，若光子能量大于硅的禁帶寬度，則在P型區(qū)內(nèi)每吸收一個光子便產(chǎn)生一個電子—空穴對，P區(qū)表面吸收的光子越多，激發(fā)的電子空穴越多，越向PN結(jié)區(qū)越少。由于PN結(jié)內(nèi)電場的方向是由N區(qū)指向P區(qū)的，它使擴(kuò)散到PN結(jié)附近的電子—空穴對分離，光生電子被推向N區(qū)，光生空穴被留在P區(qū)。從而使N區(qū)帶負(fù)電，P區(qū)帶正電，形成光生電動勢。若用導(dǎo)線連接P區(qū)和N區(qū)，電路中就有光電流流過，希望看了這篇文章后，對大家能有幫助，更多有關(guān)于傳感器知識，請大家關(guān)注深圳揚(yáng)德勝科技有限公司，更多較全的傳感器知識等著你！


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