光電效應(yīng) 傳感器：3種光電效應(yīng)，解讀光電傳感器核心工作原理
描述
在光的感應(yīng)和檢測(cè)中，盡可能保持光不擴(kuò)散、光能量不損耗是非常重要的一環(huán)，這對(duì)于傳感器的精度有著非常大的影響。所以，光纖傳感器、激光傳感器和CMOS可見(jiàn)光傳感器等精度更高的光電傳感器相繼被研發(fā)出來(lái)，并成為現(xiàn)在甚至未來(lái)好幾年的熱門(mén)光電傳感器。
光電傳感器指采用光電元件來(lái)檢測(cè)物體的有無(wú)和表面狀態(tài)的變化等的傳感器，一般由發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成，工作原理是先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，再將光信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化。
故光電傳感器的本質(zhì)是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。
比如光傳感器的應(yīng)用條形碼掃描筆，就是通過(guò)檢測(cè)條形碼反射的光強(qiáng)度變化來(lái)識(shí)別條形碼。在條形碼掃描筆里，發(fā)光二極管就是光電傳感器的發(fā)送器，光敏三極管是接收器，而把電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大、整形等處理的電路則為檢測(cè)電路。
140年，光電傳感器的“改朝換代”發(fā)展史
源起：白熾燈傳感器
1879年，愛(ài)迪生發(fā)明了白熾燈，而最早的光電傳感器用的就是白熾燈作為發(fā)射光源。一個(gè)小的金屬圓柱形設(shè)備里面有一個(gè)白熾燈作為光源，同時(shí)還帶有一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，可將光聚集射向接收器，再通過(guò)接收器出電纜連接到一個(gè)真空管放大器上，這就是早期的白熾燈傳感器，也是光電傳感器的雛形，可用于檢測(cè)物體的有無(wú)。
發(fā)展：LED取代白熾燈
19世紀(jì)60年代，LED（發(fā)光二極管）開(kāi)始出現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)用LED做的光電傳感器性能比白熾燈傳感器要優(yōu)質(zhì)可靠，因此LED開(kāi)始取代白熾燈。
相比于白熾燈，LED的優(yōu)勢(shì)主要在于以下4點(diǎn)：
1、壽命更長(zhǎng)。白熾燈發(fā)亮的原理是高溫鎢絲產(chǎn)生光輻射，但鎢絲溫度越高，升華越快，故白熾燈的壽命較短；而LED是固態(tài)的，不存在升華問(wèn)題，幫能延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。
2、能耗更低。LED發(fā)出的光能只相當(dāng)于同尺寸白熾燈所發(fā)出光能的一部分。
3、速度更快。LED能夠以非常快的速度來(lái)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)速度可達(dá)到KHz。
4、LED體積小，且抗沖擊和抗震性能也更好。
進(jìn)化1：非調(diào)制的LED光電傳感器退出歷史舞臺(tái)
1970年，人們將接收器的放大器調(diào)制到發(fā)射器的調(diào)制頻率，讓傳感器只能對(duì)某種頻率振動(dòng)的光信號(hào)進(jìn)行放大，以此大大加快了LED光電傳感器的開(kāi)關(guān)速度。
另外，對(duì)于LED光電傳感器來(lái)說(shuō)，調(diào)制本身就是非常有必要的，因?yàn)橐粋€(gè)LED發(fā)出的光能是很小的，所以要經(jīng)過(guò)調(diào)制才能使其能量變得很高，從而改進(jìn)光電傳感器的設(shè)計(jì)，增大了檢測(cè)距離，擴(kuò)展了光束的角度，提高傳感器的準(zhǔn)確性以及對(duì)環(huán)境的抗干擾能力。
于是，1980年，非調(diào)制的光電傳感器逐步退出歷史舞臺(tái)。
進(jìn)化2：高效可見(jiàn)光LED出現(xiàn)，革新色標(biāo)傳感器
如果說(shuō)調(diào)制的LED傳感器提高了光電傳感器的開(kāi)關(guān)性能，那么高效可見(jiàn)光LED出現(xiàn)，就是革新了色標(biāo)傳感器。
LED能發(fā)射多種光，包括紅外光、綠光、紅光、藍(lán)光或白光等，不過(guò)早期LED發(fā)出的光都是相對(duì)弱的，其中紅外光LED的效率最高，但對(duì)于那些需要區(qū)分不同顏色的光電傳感器來(lái)說(shuō)（比如色標(biāo)傳感器），不可見(jiàn)的紅外光不適合，它們需要的是可見(jiàn)光源。
因此，早期LED并不適用于色標(biāo)傳感器，當(dāng)時(shí)的色標(biāo)傳感器都是用白熾燈作光源，直到后來(lái)發(fā)明了高效的可見(jiàn)光LED。
以發(fā)光效率為標(biāo)志的LED發(fā)展歷程
從可見(jiàn)光LED的發(fā)展歷程可發(fā)現(xiàn)，1985年后，采用AlGaInP、SiC和GaN等材料的LED逐漸出現(xiàn)，這些材料禁帶寬度大，還能通過(guò)調(diào)整摻雜組分來(lái)改變帶隙寬度，從而得到超高亮度的可見(jiàn)光LED。
現(xiàn)在，多數(shù)的色標(biāo)傳感器都是使用經(jīng)調(diào)制的各種顏色的可見(jiàn)光LED發(fā)射器。
展望：光纖傳感器、激光傳感器和CMOS可見(jiàn)光傳感器
在光的感應(yīng)和檢測(cè)中，盡可能保持光不擴(kuò)散、光能量不損耗是非常重要的一環(huán)，這對(duì)于傳感器的精度有著非常大的影響。所以，光纖傳感器、激光傳感器和CMOS可見(jiàn)光傳感器等精度更高的光電傳感器相繼被研發(fā)出來(lái)，并成為現(xiàn)在甚至未來(lái)好幾年的熱門(mén)光電傳感器。
3種光電效應(yīng)，解讀光電傳感器核心工作原理
沒(méi)有光電效應(yīng)，就沒(méi)有光電傳感器。
光電傳感器之所以能把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，檢測(cè)物體的有無(wú)和表面狀態(tài)的變化，主要靠的是各種光電元件，包括光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等，這些光電元件一般作為光電傳感器的接收器，工作原理是光電效應(yīng)：
當(dāng)物體受到光線照射時(shí)，其內(nèi)部的電子吸收了光子的能量后改變狀態(tài)，自身的電性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變。
光電效應(yīng)的本質(zhì)是光變致電，光電轉(zhuǎn)換。
光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)，其中內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)需要給電路加電壓，而光生伏特不用。這三種光電效應(yīng)的區(qū)分很簡(jiǎn)單，就是在光線作用下，它們電子的變化是不一樣的。
制圖：傳感器專(zhuān)家網(wǎng)
①在光線作用下，電子逸出物體表面，物體的伏安特性發(fā)生了變化，這是外光電效應(yīng)，如光電管，光電倍增管等。
外光電效應(yīng)
②吸收光線能量后，電子不逸出，物體電阻率發(fā)生明顯變化，這是光電導(dǎo)效應(yīng)，如光敏電阻，光敏晶體管等；
光電導(dǎo)效應(yīng)
③吸收光線能量后，電子不逸出，并在物體內(nèi)部自建場(chǎng)里產(chǎn)生光電壓，這是光生伏特效應(yīng)，如光敏二極管，三極管和光電池等。
光生伏特效應(yīng)
通過(guò)以上光電元件，我們可以把測(cè)量物的光變化轉(zhuǎn)化成電變化。
比如利用光電管（外光電效應(yīng)）作為接收器，制成光控制電器，可用于自動(dòng)控制，進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。當(dāng)光照在光電管上時(shí)，光電管電路中產(chǎn)生電光流，經(jīng)過(guò)放大器放大，使電磁鐵磁化，然后把銜鐵吸住；當(dāng)光電管上沒(méi)有光照時(shí)，光電管電路中沒(méi)有電流，電磁鐵與銜鐵分離。
再比如最常見(jiàn)的光敏二極管（光電導(dǎo)效應(yīng)）。光電傳感器光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開(kāi)有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大。當(dāng)無(wú)光照時(shí)，它的反向電流很小，電路截止；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生光電載流子，電路接通。
總得來(lái)說(shuō)，光電效應(yīng)讓光電傳感器擁有了感知光變化的能力，并把光信號(hào)變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)變化，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用。
4種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，光電傳感器檢測(cè)方式的大不同
光電傳感器具有精度高、反應(yīng)快、非接觸、靈活、檢測(cè)距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在檢測(cè)和控制中，可檢測(cè)物體有無(wú)、光信號(hào)強(qiáng)弱、光的顏色等參數(shù)，然后進(jìn)行控制，常見(jiàn)的有開(kāi)關(guān)控制、自動(dòng)計(jì)件、顏色分揀等。
根據(jù)檢測(cè)方式的不同，光電傳感器可分為漫反射型、反射板型、對(duì)射型和距離型，不同的類(lèi)型對(duì)應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的光電傳感器。
制圖：傳感器專(zhuān)家網(wǎng)
①漫反射型：漫反射型光電開(kāi)關(guān)
漫反射型光電開(kāi)關(guān)，發(fā)射器和接收器裝在一起，當(dāng)開(kāi)關(guān)發(fā)射光束時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)生漫反射，當(dāng)有足夠的組合光返回接收器時(shí)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化。
漫反射型是安裝最簡(jiǎn)單方便，但作用距離最短，檢測(cè)也最不穩(wěn)定。
②反射板型：反光板型光電開(kāi)關(guān)
反光板反射式光電開(kāi)關(guān)，把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，并在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到;一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
反射板型光電傳感器可檢測(cè)透明物體和光亮度高的物體，作用距離較長(zhǎng)，且安裝方便，檢測(cè)穩(wěn)定。但當(dāng)反光鏡有灰塵時(shí)，檢測(cè)精度會(huì)降低。
③對(duì)射型：對(duì)射型光電傳感器
對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān)，由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成，若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)，就可使檢測(cè)距離加大，故它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
對(duì)射型光電傳感器是檢測(cè)精度最高的，距離也可以很遠(yuǎn)，但是安裝不方便，占用空間較大，且不能檢測(cè)透明和體積小的物體。
④距離型：擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)
擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)，它的檢測(cè)頭里裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。
距離型光電傳感器的發(fā)射器是點(diǎn)發(fā)射，但接收器是面接收，所以它可以允許被測(cè)物有一個(gè)更大的偏轉(zhuǎn)角度。
什么意思呢？
從上面的原理圖，我們可以發(fā)現(xiàn)距離型光電傳感器設(shè)定的檢測(cè)距離是一定的，因此我們可以設(shè)定一個(gè)固定的發(fā)射光——反射光角度。當(dāng)有檢測(cè)物經(jīng)過(guò)時(shí)，檢測(cè)到的反射光與被檢測(cè)物返回的反射光之間的角度與我們?cè)O(shè)定的角度肯定是不一致的，幫傳感器能檢測(cè)出物體的存在。即除了設(shè)定好的那個(gè)角度是判定為無(wú)物體的，其他所有角度都會(huì)判斷為有物體，被測(cè)物的偏轉(zhuǎn)角度變大，可大大提高傳感器的精確性和靈敏度。
5種應(yīng)用示例，光電傳感器的廣泛用途
接下來(lái)，將列舉6種常見(jiàn)的光電傳感器應(yīng)用，從現(xiàn)實(shí)生活出發(fā)，更好地理解光電傳感器。
1、光電式煙霧報(bào)警器
沒(méi)有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線直線傳播，光電三極管沒(méi)有接收信號(hào)。沒(méi)有輸出，有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號(hào)輸出，發(fā)出報(bào)警。
2、光電式轉(zhuǎn)速表
在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上涂上黑白兩種顏色，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射光與不反射光交替出現(xiàn)，光電傳感器相應(yīng)地間斷接收光的反射信號(hào)，并輸出間斷的電信號(hào)，再經(jīng)放大器及整形電路放大整形輸出方波信號(hào)，最后由電子數(shù)字顯示器輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
3、產(chǎn)品計(jì)數(shù)器
產(chǎn)品在傳送帶上運(yùn)行時(shí)，不斷地遮擋光源到光電傳感器的光路，使光電脈沖電路產(chǎn)生一個(gè)個(gè)電脈沖信號(hào)。產(chǎn)品每遮光一次，光電傳感器電路便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，因此，輸出的脈沖數(shù)即代表產(chǎn)品的數(shù)目，該脈沖經(jīng)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)并由顯示電路顯示出來(lái)。
4、光電檢測(cè)和自動(dòng)控制
光電池作為光電探測(cè)使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不完全相同。由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓；光電轉(zhuǎn)換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合、光柵測(cè)距、激光準(zhǔn)直、電影還音、紫外光監(jiān)視器和燃?xì)廨啓C(jī)的熄火保護(hù)裝置等。
5、光電傳感器在汽車(chē)上的應(yīng)用
光電傳感器還能為汽車(chē)提供更舒適的顯示質(zhì)量體驗(yàn)，讓汽車(chē)顯示設(shè)備在任何環(huán)境光下都能實(shí)現(xiàn)完全的背光效果。
包括車(chē)載娛樂(lè)/導(dǎo)航/DVD系統(tǒng)背光控制、后座娛樂(lè)用顯示器背光控制、儀表組背光控制（速度計(jì)/轉(zhuǎn)速計(jì)）、自動(dòng)后視鏡亮度控制等，都可以通過(guò)光傳感器來(lái)完成。
除了以上幾個(gè)應(yīng)用，光電傳感器在高壓大電流測(cè)量、繼電保護(hù)、煙塵濁度監(jiān)測(cè)等方面也有著廣泛應(yīng)用。
4大市場(chǎng)趨勢(shì)，透視光電傳感器未來(lái)
激光傳感器：超極版的光電傳感器
激光傳感器，有著無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被稱為超級(jí)版光電傳感器。近幾年，自動(dòng)駕駛非常火爆，而能精準(zhǔn)遠(yuǎn)距測(cè)量及形成三維地圖的激光雷達(dá)也因此而熱得發(fā)紫，這是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的自動(dòng)駕駛最準(zhǔn)的傳感器。
據(jù)外媒報(bào)道，隨著自動(dòng)駕駛汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)激光雷達(dá)傳感器市場(chǎng)到2022年將達(dá)到8.18億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到47％。
未來(lái)，隨著自動(dòng)駕駛越來(lái)越多功能的改進(jìn)與落地，人們對(duì)于自動(dòng)駕駛不再只是幻想，汽車(chē)搭載輔助駕駛系統(tǒng)絕對(duì)是大趨勢(shì)，而激光雷達(dá)的市場(chǎng)，也備受看好。
光纖傳感器：搭乘5G快車(chē)開(kāi)拓市場(chǎng)
光纖傳感器相對(duì)普通的光電傳感器來(lái)說(shuō)，精度更高。普通的光電傳感器由于光的擴(kuò)散等原因，收光量的大小無(wú)法精確控制，即導(dǎo)致檢測(cè)的精度無(wú)法提高精度，而光纖傳感器通過(guò)光纖線傳輸光線，提高光束的聚攏程度，易判斷收光量的大小，檢測(cè)精度要高。
另外，光纖傳感器還有體積極小、響應(yīng)速度快、耐水、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，可測(cè)量磁、聲、壓力、溫度、加速度、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流等物理量，應(yīng)用十分廣泛。
再加上5G即將來(lái)臨，作為5G基礎(chǔ)的光纖傳感，未來(lái)可搭乘5G快車(chē)，進(jìn)一步打開(kāi)市場(chǎng)。
CMOS傳感器：智能時(shí)代的硬件標(biāo)配
可見(jiàn)光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，其中，以CMOS線性可見(jiàn)光傳感器為代表的高端可見(jiàn)光傳感器，更是因暗電流小、靈敏度高、低照度響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，受到背光調(diào)節(jié)及節(jié)能控制等市場(chǎng)的青睞，廣泛應(yīng)用于電視機(jī)、電腦顯示器、LED背光、智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等產(chǎn)品上。
據(jù)報(bào)道，2018年，全球CIS市場(chǎng)規(guī)模155億美元，預(yù)計(jì)2019年同比增長(zhǎng)10%，達(dá)到170億美元。目前，CIS市場(chǎng)正處于穩(wěn)定增長(zhǎng)期，預(yù)計(jì)2024年市場(chǎng)逐漸飽和，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到240億美元。
未來(lái)，隨著智能時(shí)代的來(lái)臨，日常生活中，我們智能硬件終端將日漸增多，而CMOS傳感器的市場(chǎng)將隨之?dāng)U張，所以，CMOS傳感器是光電傳感器未來(lái)重要的發(fā)展方向之一。
多功能MEMS光電傳感器：發(fā)展的必然趨勢(shì)
不僅是光電傳感器，多功能、智能化、微型化可以說(shuō)是所有傳感器未來(lái)的趨勢(shì)。
首先，隨著終端用戶體驗(yàn)的不斷升級(jí)及消費(fèi)習(xí)慣的逐漸改變，光電傳感器要求具有保密性高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)、自適應(yīng)性強(qiáng)、通信功能等特點(diǎn)，因此，在光電傳感器中內(nèi)置微處理器，實(shí)現(xiàn)智能化是光電傳感器發(fā)展的必然趨勢(shì)。
其次，傳統(tǒng)的光電傳感器往往體積較大，功能不完善，應(yīng)用領(lǐng)域受限，難以滿足便攜設(shè)備、可穿戴設(shè)備等下游應(yīng)用領(lǐng)域不斷升級(jí)的消費(fèi)需求。而隨著精密加工、微電子、集成電路等技術(shù)的發(fā)展及新材料的應(yīng)用，使得傳感器中敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和調(diào)理電路的尺寸正在從毫米級(jí)走向微米級(jí)甚至納米級(jí)，因此，微型化是未來(lái)光電傳感器發(fā)展的必然趨勢(shì)。
最后，隨著光電傳感器應(yīng)用領(lǐng)城的不斷擴(kuò)大，為了能夠全面而準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境，往往需要同時(shí)測(cè)量多種被測(cè)變量，以滿足終端應(yīng)用的集成化要求，因此，多功能化是未來(lái)光電傳感器發(fā)展的必然趨勢(shì)。
編輯：hfy
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光電效應(yīng) 傳感器：光電傳感器基本理論之光電效應(yīng)詳解
光電式傳感器是將光量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔兓囊环N變換器。應(yīng)用極為廣泛，已經(jīng)在航天、醫(yī)學(xué)、科研，以及工業(yè)控制、家用電器、航海事業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，根據(jù)光電效應(yīng)可以制作出各種光電傳感器。今天，為大家具體介紹光電效應(yīng)的基本理論知識(shí)。
早期人們利用光電效應(yīng)制成光電管。其外形和構(gòu)造如下圖所示。它是一個(gè)抽成真空的玻璃泡，在泡的內(nèi)壁上有一部分涂有金屬或金屬氧化物，作為光電管的陰極。而光電管的陽(yáng)極是一根環(huán)狀的細(xì)金屬絲或半圓的金屬球。
光電管的結(jié)構(gòu)
光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。光電管的陽(yáng)極A接高電位，陰極K接低電位，則陽(yáng)極和陰極之間有一加速電場(chǎng)，電場(chǎng)方向由A指向K。AK之間的電壓由電壓表V讀出，電壓的大小由電位器R給定。圖中，G是靈敏電流計(jì)。實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)陰極沒(méi)有受到光照射時(shí)，電路中幾乎沒(méi)有電流；當(dāng)陰極受到光照射時(shí)，電路中就立即有電流出現(xiàn)。光照多久，電流就維持多久；光照停止，電流也就消失。這就說(shuō)明當(dāng)光照射時(shí)，有電子從光電陰極逸出。在加速電場(chǎng)作用下，電子飛向陽(yáng)極，從而在回路中形成光電流。
光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置
物質(zhì)在光的作用下釋放出電子，這種現(xiàn)象叫光電效應(yīng)。光電效應(yīng)通常又分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類(lèi)。
光電效應(yīng)
1.外光電效應(yīng)
在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。
2.內(nèi)光電效應(yīng)
受光照物體電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為以下兩大類(lèi)。
1)光電導(dǎo)效應(yīng)
在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，而引起材料電阻率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。絕大多數(shù)的高電阻率半導(dǎo)體都具有光電導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻(也稱光電導(dǎo)管)，其常用的材料有硫化鎘(CdS)、硫化鉛(PbS)、銻化銦(InSb)、非晶硅(a-Si：H)等。
純半導(dǎo)體在光線照射下，其禁帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度Eg(eV)的光子的激發(fā)，由價(jià)帶越過(guò)禁帶躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子。同時(shí)，價(jià)帶也因此而形成自由空穴。致使純半導(dǎo)體中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴濃度增大，半導(dǎo)體電阻率減小。如下圖(a)所示。電子和空穴統(tǒng)稱為載流子。它們?cè)诙穗妷鹤饔孟戮尚纬晒怆娏鳌．?dāng)光照停止后，自由電子被失去電子的原子俘獲，電阻又恢復(fù)原值。能使價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶的光譜范圍中，其最大的波長(zhǎng)λ0(nm)稱為截止波長(zhǎng)，λ0≈1240/Eg。
N型或P型摻雜半導(dǎo)體在光照射下，光子能量只要分別大于施主能級(jí)和導(dǎo)帶底能級(jí)差或受主能級(jí)與滿帶頂能級(jí)差Ei(eV)，如下圖(b)或圖(c)所示，光能即被吸收，激發(fā)出能參與導(dǎo)電的光生電子或空穴。摻雜半導(dǎo)體產(chǎn)生光生載流子的截止波長(zhǎng)為λ0≈1240/Ei。
圖 光電導(dǎo)效應(yīng)機(jī)理圖
當(dāng)光敏電阻接上直流電壓Vb，并用一定強(qiáng)度、波長(zhǎng)小于λ0的光線連續(xù)照射時(shí)，其輸出直流電流i0為
式中，η 內(nèi)光量子效率(光生載流子數(shù)與人射光子數(shù)之比)；μc——多數(shù)載流子的遷移率；τ——多數(shù)載流子壽命；d——光敏電阻兩電極間距；p——入射光功率；e——普朗克常數(shù)，為6.6261×10-34J?s。
隨光能的增加，光生載流子濃度雖然也因之劇增，但同時(shí)電子與空穴間的復(fù)合速度也加快，因此低于截止波長(zhǎng)的光能量與半導(dǎo)體所產(chǎn)生的光電流的特性曲線不是線性關(guān)系。
2）光生伏特效應(yīng)
物體（如半導(dǎo)體）在光的照射下能產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。基.于該效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏二極管和光敏三極管。
光生伏特效應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)生電勢(shì)的機(jī)理可分為：
?側(cè)向光生伏特效應(yīng)
側(cè)向光生伏特效應(yīng)又稱殿巴（Dember）效應(yīng)。
當(dāng)半導(dǎo)體光電器件的光靈敏面受光照不均勻時(shí)，由載流子濃度梯度而產(chǎn)生的光電效應(yīng)稱為側(cè)向光生伏特效應(yīng)。基于該效應(yīng)工作的光電器件有半導(dǎo)體位置敏感器件（簡(jiǎn)稱PSD）,或稱反轉(zhuǎn)光敏二極管。
側(cè)向光生伏特效應(yīng)的工作機(jī)理是，半導(dǎo)體光照部分吸收人射光子的能量產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使該部分載流子濃度高于未被光照部分，因而出現(xiàn)了濃度梯度，形成載流子的擴(kuò)散。由于電子遷移率比空穴的大，因此電子首先向未被光照部分?jǐn)U散，致使被光照部分帶正電，未被光照部分帶負(fù)電，兩部分之間產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)。
?PN結(jié)光生伏特效應(yīng)
光照射到距表面很近的半導(dǎo)體PN結(jié)時(shí)，結(jié)及附近的半導(dǎo)體吸收光能。若光子能量大于禁帶寬度，則價(jià)帶電子躍遷到導(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)內(nèi)部電場(chǎng)的作用下，電子移向N區(qū)外側(cè)，空穴移向P區(qū)外側(cè)，結(jié)果P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，形成光電動(dòng)勢(shì)。
PN結(jié)光生電流與人射光照度成正比，光生伏特與照度對(duì)數(shù)成正比。
由于光生電子、空穴在擴(kuò)散過(guò)程中會(huì)分別與半導(dǎo)體空穴、電子復(fù)合，因此載流子的壽命與擴(kuò)散長(zhǎng)度有關(guān)。只有使PN結(jié)距表面的厚度小于擴(kuò)散長(zhǎng)度，才能形成光電流產(chǎn)生光生伏特。在工程上，利用改變PN結(jié)距表面厚度的大小的方法，可以調(diào)整基于PN結(jié)光生伏特效應(yīng)的光電器件的頻率響應(yīng)特性、光電流和光生電勢(shì)大小。
基于此效應(yīng)的光電器件有光電池、太陽(yáng)電池、光敏二極管和光敏三極管等。通過(guò)設(shè)計(jì)和制造工藝，使光電池工作在無(wú)外接電源下，則以光伏效應(yīng)工作。光敏管工作在反向偏壓下，則同時(shí)存在光導(dǎo)效應(yīng)和光伏效應(yīng)。它們輸出的光電流與光照強(qiáng)度均具有線性關(guān)系。
?光電磁效應(yīng)（簡(jiǎn)稱PEM效應(yīng)）
半導(dǎo)體受強(qiáng)光照射，并在光照垂直方向外加磁場(chǎng)時(shí)，垂直于光和磁場(chǎng)的半導(dǎo)體兩端面間產(chǎn)生電勢(shì)的現(xiàn)象稱為光電磁效應(yīng)。它可以看成是光擴(kuò)散電流的霍爾效應(yīng)。
?貝克勒耳（Becquerel）效應(yīng)
貝克勒耳效應(yīng)是液體中的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射浸在電解液中的兩個(gè)同樣電極中的任一個(gè)電極時(shí)，在兩個(gè)電極間將產(chǎn)生電勢(shì)的現(xiàn)象稱為貝克勒耳效應(yīng)。基于該效應(yīng)的有感光電池。
光電效應(yīng) 傳感器：光電式傳感器光電效應(yīng)
基于光電效應(yīng)的傳感器。光電傳感器在可見(jiàn)光照射后產(chǎn)生光電效應(yīng)，光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。它除了可以測(cè)量光強(qiáng)，而且還利用光的傳播，陰影，反射，干擾，如測(cè)量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，所以它是一個(gè)非常廣泛使用的重要敏感設(shè)備。光電測(cè)量不與被測(cè)物體直接接觸，梁的質(zhì)量和近似為零，不存在摩擦力測(cè)量壓力和被測(cè)對(duì)象是很難的。所以在許多應(yīng)用程序中，光電傳感器比其他傳感器具有明顯的優(yōu)越性。其缺點(diǎn)是在某些應(yīng)用程序中，光學(xué)和電子產(chǎn)品價(jià)格更加昂貴，和環(huán)境條件對(duì)測(cè)量的要求也越來(lái)越高。
光電效應(yīng)
是對(duì)某些物質(zhì)材料的電特性變化的物理現(xiàn)象，可分為光電效應(yīng)和光電效應(yīng)兩種。光電效應(yīng)是指，在光的作用下在電子逃到物體的表面發(fā)射的物理現(xiàn)象。光子是量子化的“粒子”的形式描述在可見(jiàn)光波段的電磁波。光子能量高壓，h是普朗克常數(shù)，v光學(xué)頻率。
分類(lèi)
基于光電傳感器的光電效應(yīng)與光電管和光電倍增管。基于光敏電阻的光電導(dǎo)效應(yīng)。基于光電二極管和光電三極管的屏障效果（見(jiàn)半導(dǎo)體光敏元件）。基于橫向光電效應(yīng)有一個(gè)光電二極管的逆轉(zhuǎn)。光電傳感器也可以根據(jù)信號(hào)形式分為模擬光電傳感器（見(jiàn)位移傳感器）和數(shù)字光電傳感器（見(jiàn)速度傳感器、光柵傳感器、數(shù)字傳感器）。光電傳感器和光纖傳感器、固態(tài)圖像傳感器等。
光電效應(yīng) 傳感器：光電效應(yīng)可分為哪三種類(lèi)型，能否說(shuō)明傳感器的原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器？
電效應(yīng)可分為：
1、外光電效應(yīng):指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管及光電倍增管均屬這一類(lèi)。它們的光電發(fā)射極，即光明極就是用具有這種特性的材料制造的。
2、內(nèi)光電效應(yīng):指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬此類(lèi)。
3、光生伏特效應(yīng):利用光勢(shì)壘效應(yīng)，光勢(shì)壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式有源器件。
擴(kuò)展資料
在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會(huì)被光子激發(fā)出來(lái)而形成電流，從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看，這是個(gè)光生電， 光能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。
光電效應(yīng)最早由德國(guó)物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，但這一現(xiàn)象在當(dāng)時(shí)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不能被解釋清楚。光電效應(yīng)正確的解釋由愛(ài)因斯坦提出。科學(xué)家們對(duì)光電效應(yīng)的深入研究對(duì)發(fā)展量子理論起了根本性的作用。
每一種金屬在產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)都存在一極限頻率(或稱截止頻率) ,即照射光的頻率不能低于某一臨界值。 相應(yīng)的波長(zhǎng)被稱做極限波長(zhǎng)(或稱紅限波長(zhǎng))。當(dāng)射光的頻率低于極限頻率時(shí)，無(wú)論多強(qiáng)的光都無(wú)法使電子逸出。
參考資料來(lái)源：
百度百科——光電效應(yīng)
光電效應(yīng)可分為：
1、外光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管及光電倍增管均屬這一類(lèi)。它們的光電發(fā)射極，即光明極就是用具有這種特性的材料制造的。
2、 內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬此類(lèi)。
3、光生伏特效應(yīng)：利用光勢(shì)壘效應(yīng)，光勢(shì)壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢(shì)。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式有源器件。
