1、2020/8/21,1,第二節(jié) 光電傳感器2,本章學習光電效應、光電元件的結構、工作原理、特性以及光電傳感器 徐 琳,2020/8/21,2,一 內(nèi)光電效應及器件,當光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應，它多發(fā)生于半導體內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應分為光電導效應和光生伏特效應兩類： 1 光電導效應及器件 (1)光電導效應 在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導效應?；谶@種效應的光電器件有光敏電阻。,2020/8/21,3,過程：當光照射到半導體材料上時，價帶中的電子受到能量大于或等于禁帶

2、寬度的光子轟擊，并使其由價帶越過禁帶躍入導帶，如圖，使材料中導帶內(nèi)的電子和價帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導率變大。,導帶,價帶,禁帶,自由電子所占能帶,不存在電子所占能帶,價電子所占能帶,Eg,2020/8/21,4,材料的光導性能決定于禁帶寬度，對于一種光電導材料，總存在一個照射光波長限0，只有波長小于0的光照射在光電導體上，才能產(chǎn)生電子能級間的躍進，從而使光電導體的電導率增加。,式中、分別為入射光的頻率和波長。,為了實現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光電導材料的禁帶寬度Eg，即,2020/8/21,5,光敏電阻光敏電阻的工作原理和結構,光敏電阻結構 (a) 光敏電阻結構； (b) 光敏電

3、阻電極； (c) 光敏電阻接線圖,2020/8/21,6,光敏電阻演示,當光敏電阻受到光照時，光生電子空穴對增加，阻值減小，電流增大。,暗電流（越小越好）,2020/8/21,7,光電池的示意圖,+,光,P,N,SiO2,RL,(a) 光電池的結構圖,I,光,(b) 光電池的工作原理示意圖,P,N,2 光生伏特效應及器件 光生伏特效應 在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應。 基于該效應的光電器件有光電池和光敏二極管、三極管。 光電池 光電池是利用光生伏特效應把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。 光電池的結構和工作原理 硅光電池的結構如圖所示。,2020/8/21,8,2020

4、/8/21,9,光敏二極管 光敏二極管的結構和工作原理 光敏二極管符號如圖。 光敏二極管的結構與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外殼中，其PN結裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)，如圖所示。,P,N,光,光敏二極管符號,RL,光,P,N,光敏二極管接線,2020/8/21,10,光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)。,光敏二極管的光照特性是線性的，適合檢測等方面的應用。,光敏二極管 光敏二極管的結構和工作原理,2020/8/21,11,光敏二極管外形,將光敏二極管的PN 結設置在透明管殼頂部的正下方，光照射到光敏二極管的PN結時，電子-空穴對數(shù)量增加，光電流

5、與照度成正比。,2020/8/21,12,光敏二極管的反向偏置接線（參考上頁圖）及光電特性演示,在沒有光照時，由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。,當光照增加時，光電流I與光照度成正比關系。,光敏二極管的反向偏置接法,UO,+,光照,2020/8/21,13,光敏三極管,光敏三極管有兩個PN結。與普通三極管相似，有電流增益，靈敏度比光敏二極管高。多數(shù)光敏三極管的基極沒有引出線，只有正負（c、e）兩個引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。,2020/8/21,14,光敏三極管 光敏三極管有PNP型和NPN型兩種，如圖。其結構與一般三極管很相似，具有電流增益,只是它的發(fā)射極一

6、邊做的很大,以擴大光的照射面積,且其基極不接引線。當集電極加上正電壓,基極開路時,集電極處于反向偏置狀態(tài)。當光線照射在集電結的基區(qū)時,會產(chǎn)生電子-空穴對,在內(nèi)電場的作用下,光生電子被拉到集電極,基區(qū)留下空穴,使基極與發(fā)射極間的電壓升高,這樣便有大量的電子流向集電極,形成輸出電流,且集電極電流為光電流的倍。,P,P,N,N,N,P,e,b,b,c,RL,E,e,c,2020/8/21,15,集電結一邊做得很大，以擴大光的照射面積，且基極一般不接引線。,光敏三極管,2020/8/21,16,普通三極管,2020/8/21,17,光敏三極管 基區(qū)很薄，基極一般不接引線； 集電極面積較大。,2020/8/21,18,光敏三極管外形,2020/8/21,19,光敏三極管內(nèi)部結構,a)內(nèi)部組成 b)管芯結構 c）結構簡化圖 1集電極引腳 2管芯