光电式传感器是将光量的改动转变为电量改动的一种变换器。使用极为广泛，已经在航天、医学、科研，以及工业操控、家用电器、帆海作业等各个领域得到使用。光电传感器的理论根底是光电效应，依据光电效应能够制作出各种光电传感器。今日，为我们详细介绍光电效应的根本理论知识。 前期人们使用光电效应制成光电管。其外形和结构如下图所示。它是一个抽成真空的玻璃泡，在泡的内壁上有一部分涂有金属或金属氧化物，作为光电管的阴极。而光电管的阳极是一根环状的细金属丝或半圆的金属球。
光电管的结构
光电效应的试验设备如下图所示。光电管的阳极A接高电位，阴极K接低电位，则阳极和阴极之间有一加速电场，电场方向由A指向K。AK之间的电压由电压表V读出，电压的巨细由电位器R给定。图中，G是活络电流计。试验指出，当阴极没有遭到光照耀时，电路中几乎没有电流；当阴极遭到光照耀时，电路中就当即有电流呈现。光照多久，电流就保持多久；光照中止，电流也就消失。这就阐明当光照耀时，有电子从光电阴极逸出。在加速电场效果下，电子飞向阳极，从而在回路中构成光电流。
光电效应的试验设备
物质在光的效果下释放出电子，这种现象叫光电效应。光电效应一般又分为外光电效应和内光电效应两大类。
光电效应
1.外光电效应
在光线效果下，物体内的电子逸出物体外表，向外发射的现象称为外光电效应。依据外光电效应的光电器材有光电管、光电倍增管等。
2.内光电效应
受光照物体电导率发生改动，或发生光生电动势的效应叫内光电效应。内光电效应又可分为以下两大类。
1）光电导效应
在光线效果下，电子吸收光子能量从键合状况过渡到自在状况，而引起资料电阻率的改动，这种现象称为光电导效应。绝大大都的高电阻率半导体都具有光电导效应。依据这种效应的光电器材有光敏电阻（也称光电导管），其常用的资料有硫化镉（CdS）、硫化铅（PbS）、锑化铟（InSb）、非晶硅（a-Si：H）等。
纯半导体在光线照耀下，其禁带中的电子遭到能量大于或等于禁带宽度Eg（eV）的光子的激起，由价带跳过禁带跃迁到导带，成为自在电子。一起，价带也因而而构成自在空穴。致使纯半导体中导带的电子和价带的空穴浓度增大，半导体电阻率减小。如下图（a）所示。电子和空穴统称为载流子。它们在端电压效果下均可构成光电流。当光照中止后，自在电子被失掉电子的原子抓获，电阻又康复原值。能使价带电子跃迁到导带的光谱规模中，其最大的波长λ0（nm）称为截止波长，λ0≈1240/Eg。
N型或P型掺杂半导体在光照耀下，光子能量只需别离大于施主能级和导带底能级差或受主能级与满带顶能级差Ei（eV），如下图（b）或图（c）所示，光能即被吸收，激起出能参加导电的光生电子或空穴。掺杂半导体发生光生载流子的截止波长为λ0≈1240/Ei。
图 光电导效应机理图
当光敏电阻接上直流电压Vb，并用必定强度、波长小于λ0的光线接连照耀时，其输出直流电流i0为
式中，η 内光量子功率（光生载流子数与人射光子数之比）；μc——大都载流子的迁移率；τ——大都载流子寿数；d——光敏电阻两电极距离；p——入射光功率；e——普朗克常数，为6.6261×10-34J•s。
随光能的添加，光生载流子浓度尽管也因之剧增，但一起电子与空穴间的复合速度也加速，因而低于截止波长的光能量与半导体所发生的光电流的特性曲线不是线性关系。
2）光生伏特效应 物体（如半导体）
在光的照耀下能发生必定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基。于该效应的光电器材有光电池、光敏二极管和光敏三极管。
光生伏特效应依据其发生电势的机理可分为：
•侧向光生伏特效应
侧向光生伏特效应又称殿巴（Dember）效应。
当半导体光电器材的光活络面受光照不均匀时，由载流子浓度梯度而发生的光电效应称为侧向光生伏特效应。依据该效应作业的光电器材有半导体方位灵敏器材（简称PSD），或称回转光敏二极管。
侧向光生伏特效应的作业机理是，半导体光照部分吸收人射光子的能量发生电子空穴对，使该部分载流子浓度高于未被光照部分，因而呈现了浓度梯度，构成载流子的分散。因为电子迁移率比空穴的大，因而电子首先向未被光照部分分散，致使被光照部分带正电，未被光照部分带负电，两部分之间发生光电动势。
•PN结光生伏特效应
光照耀到距外表很近的半导体PN结时，结及邻近的半导体吸收光能。若光子能量大于禁带宽度，则价带电子跃迁到导带，成为自在电子，而价带则相应成为自在空穴。这些电子空穴对在PN结内部电场的效果下，电子移向N区外侧，空穴移向P区外侧，成果P区带正电，N区带负电，构成光电动势。
PN结光生电流与人射光照度成正比，光生伏特与照度对数成正比。
因为光生电子、空穴在分散进程中会别离与半导体空穴、电子复合，因而载流子的寿数与分散长度有关。只有使PN结距外表的厚度小于分散长度，才干构成光电流发生光生伏特。在工程上，使用改动PN结距外表厚度的巨细的办法，能够调整依据PN结光生伏特效应的光电器材的频率响应特性、光电流和光生电势巨细。
依据此效应的光电器材有光电池、太阳电池、光敏二极管和光敏三极管等。经过规划和制作工艺，使光电池作业在无外接电源下，则以光伏效应作业。光敏管作业在反向偏压下，则一起存在光导效应和光伏效应。它们输出的光电流与光照强度均具有线性关系。
•光电磁效应（简称PEM效应）
半导体受强光照耀，并在光照笔直方向外加磁场时，笔直于光和磁场的半导体两端面间发生电势的现象称为光电磁效应。它能够看成是光分散电流的霍尔效应。
•贝克勒耳（Becquerel）效应
贝克勒耳效应是液体中的光生伏特效应。当光照耀浸在电解液中的两个相同电极中的任一个电极时，在两个电极间将发生电势的现象称为贝克勒耳效应。依据该效应的有感光电池。
来历：传感器专家网
