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第8章 光电式传感器光 电信号 8.1 光电效应 8.1.1 外光电效应 外光电效应：当光线照射在某些物体上，使物体内的电子逸 出物体表面的现象称为外光电效应，也称为光电发射，逸出的 电子称为光电子。基于外光电效应的光电器件有：光电管和光 电倍增管。 光子能量： E=h? J?s 式中，h=普朗克常数，h=6.626?10-34 J?s；?—光的频率（s-1）。 Einstein光电方程： h?=mv02/2+A0 式中，m—电子质量；v0—逸出电子的初速度；A0—物体的逸 出功（或物体表面束缚能）。 8.2 光电器件 8.2.1 光电管 8.2.1.1 光电管的结构和工作原理 结构：真空（或充气）玻璃泡内装两个电极：光电阴极 和阳极，阳极加正电位。如图8-1所示。 原理：当光电阴极受到适当波长的光线照社时发射光电 子，在中央带正电的阳极吸引下，光电子在光电管内形成 电子流，在外电路中便产生光电流I。 8.2 光电器件 8.2.1.2 光电管的特性 1．伏—安特性 当入射光的频谱和光通量一定时，阳极电压与与阳极电流之间的关系 称为伏—安特性。如图8-2（a）、（b）所示。 2．光电特性 当光电管的阳极与阴极间所加电压和入射光谱一定时，阳极电流I与 入射光在光电阴极上的光通量Φ之间的关系。如图解8-2（c）所示。 8.2 光电器件 8.2 光电器件 2.光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 一个光子在阴极上能够打出的平均电子数称为光电阴极的 灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子数称为光电倍 增管的总灵敏度。灵敏度曲线见图8-4。 注意:光电倍增管的灵敏度很高，切忌强光源照射。 8.2 光电器件 3．暗电流和本底脉冲 在无光照射（暗室）情况下，光电倍增管加上工作电 压后形成的电流称为暗电流。 在光电倍增管阴极前面放一块闪烁体，便构成闪烁计 数器。当闪烁体受到人眼看不见的宇宙射线照射后，光 电倍增管就有电流信号输出，这种电流称为闪烁计数器 的暗电流，一般称为本底脉冲。 4．光电倍增管的光谱特性 光电倍增管的光谱特性与同材料阴极的光电管的光谱 特性相似。 8.2 光电器件 8.2.3 光敏电阻 8.2.3.1 光敏电阻的结构和工作原理 光敏电阻由梳状电极和均质半导体材料制成，基于内光 电效应，其电阻值随光照而变化。图8-5示出其结构、原理。 8.2 光电器件 8.2.3.2 光敏电阻的主要特性参数 1．暗电阻、亮电阻和光电流 暗电阻：光敏电阻在室条件下，无光照时具有的电阻 值，称为暗电阻（1MΩ）。此时流过的电流称为暗电流。 亮电阻：光敏电阻在一定光照下所具有的电阻称其为在该 光照下的亮电阻（1kΩ）。此时流过的电流称为亮电流。 光电流=亮电流?暗电流。 8.2 光电器件 2．伏安特性 在一定光照度下，光敏电阻两端所加的电压与其光电流 之的关系，成为伏安特性。图8-6是CdS光敏电阻的伏安特 性曲线。它是线性电阻，服从欧姆定律，但不同照度下具 有不同的斜率。注意光敏电阻的功耗，使用时保持适当的 工作电压和工作电流。 8.2 光电器件 3．光照特性 在一定的偏压下，光敏电阻的光电流与照射光强之间的关 系，称为光敏电阻的光照特性。图8-7示出CdS光敏电阻的 光照特性曲线，呈非线性，故其不宜作测量元件，一般在自 动控制系统中作开关式光电信号传感元件。 8.2 光电器件 4．光谱特性 光谱特性表征光敏电阻对不同波长的光其灵敏度不同的 性质。光敏电阻的光谱特性如图8-8所示。 8.2 光电器件 5．响应时间和频率特性 光敏电阻在照射光强变化时，由于光电导的驰豫现象，其 电阻的变化在时间上有一定的滞后，通常用响应时间表示。 响应时间又分为上升时间t1和下降时间t2，如图8-9所示。 光敏电阻上升和下降时间的长短，表示其对动态光信号响 应的快慢，即频率特性，如图8-10所示。光敏电阻的频率特 性不仅与元件的材料有关，而且还与光照的强弱有关。 8.2 光电器