光電傳感器的特點(diǎn)和工作原理詳細(xì)說明

　　光電式傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，即半導(dǎo)體材料的許多電學(xué)特性都因受到光的照射而發(fā)生變化。光電效應(yīng)通常分為兩大類，即外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。外光電效應(yīng)是指物質(zhì)吸收光子并激發(fā)出自由電子的行為。當(dāng)金屬表面在特定的光輻照作用下，金屬會吸收光子并發(fā)射電子，發(fā)射出來的電子叫做光電子。光的波長需小于某一臨界值 （相等于光的頻率高于某一臨界值）時(shí)方能發(fā)射電子，其臨界值即極限頻率和極限波長。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W，那么有些光電子在脫離金屬表面后還有剩余的能量，也就是說有些光電子具有一定的動能。因?yàn)椴煌碾娮用撾x某種金屬所需的功不一樣，所以它們就吸收了光子的能量并從這種金屬逸出之后剩余的動能也不一樣。由于逸出功W是使電子脫離金屬所要做功的最小值，所以如果用E 表示動能最大的光電子所具有的動能，那么就有下面的關(guān)系式E =hn-W （其中，h表示普蘭克常量，n表示入射光的頻率），這個關(guān)系式通常叫做愛因斯坦光電效應(yīng)方程。

　　如圖1所示，當(dāng)光照射到距表面很近PN結(jié)上時(shí)，如果光能足夠大，光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，電子就能夠從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，而價(jià)帶則相應(yīng)成為自由空穴。這些電子-空穴對在PN結(jié)的內(nèi)部電場作用下，電子被推向N區(qū)外側(cè)， 使N區(qū)帶上負(fù)電，P區(qū)帶上正電。這樣，N區(qū)和P區(qū)之間就出現(xiàn)了電位差，于是PN結(jié)兩側(cè)邊產(chǎn)生了光生電動勢。光敏電阻光敏電阻的原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)：在無光照時(shí)，光敏電阻具有很高的阻值，在有光照時(shí)，當(dāng)光子的能量大于材料禁帶寬度，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，激發(fā)出可以導(dǎo)電的電子-空穴對，使電阻值降低;光照停止后， 自由電子與空穴復(fù)合，導(dǎo)電性能下降，電阻恢復(fù)原值。

　　光敏電阻的結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于光電效應(yīng)只限于光照表面的薄層，一般都把半導(dǎo)體材料制成薄膜，并賦予適當(dāng)?shù)淖柚?，電級?gòu)造成梳型，這樣光敏電阻電極的距離短，載流子通過電極的時(shí)間少，而材料的載流子壽命有比較長，于是就有很高的內(nèi)部增益，從而獲得很高的靈敏度，光電傳感器是將非電信號轉(zhuǎn)換為電信號來測量。在一般情況下，有三部分構(gòu)成。