黄贤武传感器第7章.pps

传感器
第七章光电式传感器
标准按钮
第七章光电式传感器
第一节光电效应与光电器件
第二节固态图像传感器
第三节光导式传感器
第四节应用
第一节光电效应与光电器件
光电管,光电倍增管
光敏电阻光电池,光敏二极管,光敏三极管
光电效应
光电导效应
光生伏特效应
光电器件
外光电效应
内光电效应
外光电效应
在光线的作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。
向外发射的电子叫做光电子。
光电器件有光电管、光电倍增管等。
光子具有能量,每个光子具有的能量可由下式确定
(7-1)
式中h ——普朗克常数,×10-34 J∙s;ν——光的频率(s-1)。
物体中的电子吸收了入射光子的能量,当足以克服逸出功A0时,电子就逸出物体表面,产生光电子发射。
如果一个电子要想逸出,光子能量必须超过逸出功A0 ,超过部分的能量表现为逸出电子的动能。根据能量守恒定理
(7-2)
式中 m ——电子质量;
v0——电子逸出速度。
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
由爱因斯坦光电效应方程可知:
(1)光电子能否产生,取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0 。不同的物质具有不同的逸出功A0,每一种物体都有一个对应的光频阀值,称为红限频率或波长限。
光线频率低于红限频率,光于的能量不足以使物体内的电子逸出,因而小于红限频率的入射光,光强再大也不会产生光电子发射;反之入射光频率高于红限频率,即使光线微弱,也会有光电子逸出。
(2)当入射光的频谱成分不变时,产生的光电流与光强成正比。光强愈大,意味着入射光子数目越多,逸出的光电子数也就越多。
(3)光电子逸出物体表面具有初始动能。
因此外光电效应器件,如光电管即使没有加阳极电压,也会有光电流产生。
为了使光电流为零,必须加上反向的截止电压,截止电压的大小与射入光的频率成正比。
光电导效应
在光线作用下,电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态,从而引起材料电导率的变化,这种现象被称为光电导效应。
这种效应的光电器件有光敏电阻。