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(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)。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(dòng)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(dòng)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(dòng)能最大的光電子所具有的動(dòng)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(gè)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(duì)在PN結(jié)的內(nèi)部電場(chǎng)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(dòng)勢(shì)。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(duì)，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?jí)構(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(zhǎng)，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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來測(cè)量。在一般情況下，有三部分構(gòu)成。