内光电效应器件光电倍增管的主要参数
课件：第三章 光电器件的特性参数
Ne 100%
N
光电子数
光子数
2）光电灵敏度(响应率、积分灵敏度)
光电器件的输入是辐射通量(或光通量)，输出是电信号(或视频信号)
定义：器件的输出均方根电压或电流与入射到器件上的平均光功率之比
等效短路状态输出的信号电流值
电流响应率
I
RI
AEm
Ed
0
A/W（或A/lm）
等效开路状态输出的信号电压值
物理描述
光电转换特性的量度 对某一波长光电转换的量度
表达式
Ri
di dp
i p
Ru
du dp
u p
R
i dP
单位
安/瓦 伏/瓦
安/瓦
探测器所能探测的最小光信息功率
PNEP
T ,
f
, f
EA VS / VN
瓦
等效噪声功率的倒数
D 1 VS PNEP EAVN
瓦-1
与噪声等效功率成倒数、光敏面积 D* Af / NEP 和噪声功率有关
f
b2
b2
(2
f
)2
df
b 2
即： f
1
2
时间常数决定了光电器件频率响应的带宽
作业
• 一个像增强器，其脉冲响应函数为负指数衰减型，荧光屏的发光寿命 为1 ms，如果向该像增强器的输入面输入强度按正弦规律变化（调制 度为100%）的入射光，试计算入射光交变频率分别为1KHz、10KHz和 100KHz时像增强器输出光的调制度（忽略背景噪声）。
光电器件的光谱灵敏度曲线——相对光谱灵敏度与波长的关系曲线 图3- 3 2DU型硅光电二极管的光谱响应曲线
课堂练习
• 一个光阴级在555nm单色光照射下，单色灵敏度为150μA/lm，试计算 其量子效率。
《光电式传感器》PPT课件
.
1
引言
光电式传感器是把被测物理量的变化先转换成 光信号的变化，然后再通过光电转换元件把光 信号变换成电信号的一种传感器。光电式传感 器的测量方法灵活多样，并且具有使用方便、 非接触、高精度、高分辨力、高可靠性和反应 快等一系列优点，因而发展十分迅速，而且随 着激光、光栅、光导纤维、CCD等器件的相继 问世，光电传感器在检测及自动控制领域中得 到了更广泛的应用。
.
15
光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
2020/12/6
.
16
（2）光敏电阻的基本特性和主要 参数。
光敏电阻的伏安特性。
I(mA)
6 5 4 3 2 1
0
硫化铅 硫化铊 UV
50 100
光敏电阻的伏安特性
2020/12/6
.
17
光敏电阻的光照特性
光敏电阻的光谱特性 。
2020/12/6
12
9.1.3 内光电效应器件
光电倍增管的主要参数
（1）倍增系数M。
（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总 灵敏度。
放大倍数
106 105 104 103
2020/12/6
25 50 75 100 125 150
.
极 间 电 压 （ V）
13
1．光敏电阻
光敏电阻又称光导管，是一种均质半导 体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响 应范围宽、体积小、重量轻、机械强度 高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和 寿命长等特点
2020/12/6
.
21
（1）光敏晶体管结构与工作原理
0.8
.
1.0 波长(m)
9
9.1.2 外光电效应器件
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
设每级的倍增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流 倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间，δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路，V1、V2为放大 管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时，指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示，各倍增极的电压 由分压电阻链R1、R2……Rn获得，被放大的电流流经负载电 阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源，则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地，使阳极可 以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca，这样系统 将能响应变化很慢的光强，如果将稳定的光源加以调制，那 么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地，这样噪声将更 低。这时应接入隔离电容 Ca，同时用电容器Cn~Cn-2稳定最 后几个倍增极在脉冲期间的电压，这些电容器有助于稳定增 益和防止饱和，它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理 （1）结构
硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型 杂质形成一个大面积的PN结，如图9-11所示。
（2）原理 当光照射到PN结附近时，若光子能量大于半导体材料的
光电倍增管特性实验
光电倍增管特性实验【实验目的】1、熟悉光电倍增管的基本构成和工作原理，掌握光电倍增管参数的测量方法；2、掌握光电倍增管高压电源模块的使用方法；3、学习光电倍增管输出信号的检测和变换处理方法。
【基本原理】1．光电倍增管结构及工作原理光电倍增管是一种真空管，它由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。
电子倍增系统为使光电倍增管正常工作，光电倍增管中阴极（K）和阳极（A）之间分布有多个电子倍增极Dn。
如图2所示，在管外的阴极（K）和各个倍增极及阳极（A）引脚之间串联多个电阻Rn,由Rn形成的分压电阻使各个倍增极相对阴极而言加上了逐步升高的正电压，要在阴极（K）和阳极（A）之间加上500～3000V左右的高电压，目的是吸引并加速从阴极飞出的光电子，并使他们飞向阳极。
图1是流过分压器回路的电流，被叫做分压器电流，它和后面图1中回路电流Ib叙述的输出线性有很大的关系。
I可近似用工作电压V除以分压电阻之和的值来b表示。
光电倍增管的输出电流主要是来自于最后几级，为了在探测脉冲光时，不使阳极脉动电流引起极间电压发生大的变化，常在最后几级的分压电阻上并联电容。
图中和电阻并联的电容Cn-3、Cn-2、Cn-1、Cn就是因此而设计的。
本实验系统使用的电子倍增系统为环形聚焦型。
由光阴极发射出来的光电子被第一倍增极电压加速撞击到第一倍增极，以致发生二次电子发射，产生多于入射光电子数目的电子流。
这些二次电子发射的电子流又被下一个倍增极电压加速撞击到下一个倍增极，结果产生又一次的二次电子发射，连续地重复这一过程，直到最末倍增极的二次电子发射被阳极收集，光电子经过从第1极到最多19极的倍增电极系统，可获得10倍到108倍的电流倍增之后到达阳极。
这时可以观测到，光电倍增管的阴极产生的很小的光电子电流，已经被放大成较大的阳极输出电流。
通常在阳极回路要接入测量阳极电流的仪表，为了安全起见，一般使阳极通过RL接地，阴极接负高压。
光电倍增管的使用教程
光电倍增管的使用教程光电倍增管（photomultiplier tube，PMT）是一种重要的光电转换器件，广泛应用于光电测量、光谱分析、核物理实验等领域。
本文将向大家介绍光电倍增管的使用教程，希望能对初学者有所帮助。
一、光电倍增管简介光电倍增管是一种电子倍增管，通过光电效应将光信号转换为电子信号，并通过一系列倍增过程将电子信号放大。
其光电转换效率高、信噪比优秀，能够检测到低强度光信号，因此在科学研究和工程应用中得到广泛使用。
二、光电倍增管的结构光电倍增管由光电阴极、光阴极边界、一系列倍增极和收集极组成。
其中光电阴极负责将光信号转换为电子信号，倍增极负责对电子进行倍增，而收集极则用于收集和读取电子信号。
三、光电倍增管的使用注意事项1. 预热：在使用光电倍增管前，必须进行预热。
预热时间一般为10-15分钟，旨在稳定光电倍增管内部温度并提高信噪比。
2. 高压：光电倍增管需要施加高压电源。
在施加高压前，请务必确保高压电源的稳定性，并正确设置预期的高压值，一般建议根据实际需求选择合适的高压数值。
3. 光源选择：使用光电倍增管时，需选择合适的光源。
光源应光谱匹配，光强适中，避免过强或过暗的光信号。
4. 避免干扰：避免将外部电磁场干扰引入光电倍增管内部，以免影响信号的准确性和稳定性。
建议在使用时使用屏蔽措施，如外壳金属防护和使用屏蔽电缆。
四、光电倍增管的应用案例1. 光谱分析：光电倍增管可用于光谱分析中，通过检测不同波长的光信号，实现对样品的成分和结构分析。
2. 核物理实验：光电倍增管可用于核物理实验中，通过检测宇宙射线或粒子产生的闪烁光信号，实现对粒子的探测、测量和分析。
3. 医学影像：光电倍增管可应用于医学影像领域，如正电子发射断层扫描（PET）等，实现对人体内部组织和器官的成像与诊断。
五、光电倍增管的发展趋势随着科学技术的进步和需求的增加，光电倍增管的性能不断提升。
目前，一些新型光电倍增管已经具备更高的增益、更宽的响应波长范围以及更小的体积和功耗。
光电倍增管的原理
光电倍增管的原理
光电倍增管是一种用于检测和放大微弱电信号的电子元件。
它在接收端接收一个微弱的电信号，并将其放大多次，从而将信号放大到可以进行数字处理或分析的程度。
光电倍增管的原理是利用半导体器件的光电效应，使接收到的微弱电信号能够被放大多次。
光电倍增管由三个部分组成：接收端、放大端和输出端。
接收端接收微弱的电信号，然后通过半导体器件的光电效应，将电信号转换成光信号。
在放大端，光信号经过电子器件的多次放大，然后再转换成电信号，直至达到可以进行数字处理或分析的程度。
最后，电信号会从输出端输出。
光电倍增管的优点在于可以将微弱的信号放大多次，从而达到可以进行数字处理或分析的程度。
此外，它可以减少外界噪声对信号的影响，使信号更加清晰。
另外，光电倍增管可以实现对信号的快速响应，并且可以实现高精度的检测。
光电倍增管是一种用于检测和放大微弱电信号的有效元件，它可以有效地将微弱电信号放大多次，从而达到可以进行数字处理或分析的程度。
由于它的优点，光电倍增管已经在许多现代电子设备中得到了广泛应用，如汽车、工业控制、航空航天等领域。
光电倍增管倍增原理
光电倍增管倍增原理
光电倍增管是一种具有很大量子效率的半导体器件，它能够探测出极微弱的光，并通过光电效应将光放大，最后通过光电效应将光转换成电信号，它是现代半导体探测器中最重要的一种。
光电倍增管可分为三种：管式、硅二极管式和非共面光电倍增管。
对于半导体探测器来说，要产生较大的量子效率就必须使其能在一定的空间范围内收集到尽可能多的光子，即要求半导体材料本身具有较高的电子空穴对的迁移率。
当一片半导体材料制成管状时，其空间电荷效应将大为降低。
因此，光电倍增管大多做成平面型的，它由阳极和阴极两部分组成。
光电倍增管是以光为能源的器件，光从一极传到另一极时必须要有一个“通路”。
当光强足够强时，入射到光电倍增管上的
光全部能被倍增器吸收。
这时由于入射光子能量很高，而光电倍增管对光的吸收能力又很差，所以此时被倍增了的光子就不能被收集到阴极上，也就不能被倍增放大。
但由于其光电转换效率较高（约为80%），所以这个“通路”对整个光电倍增管来说只是一个很小的部分。
—— 1 —1 —。
光电倍增管原理
光电倍增管是一种利用光电效应放大微弱光信号的器件。
其原理基于光电效应和倍增效应。
光电效应指的是当光子（光量子）在金属或半导体中被吸收时，能够使物质中的自由电子跃升至导带，形成电子空穴对。
如果在外部电场的作用下，电子和空穴能够沿电场方向向阳极和阴极运动，产生电流。
通常情况下，光电效应的电流非常微弱，无法被直接检测和测量。
光电倍增管通过在光电效应的基础上，利用倍增效应来放大微弱电流信号。
倍增效应是指在强电场的作用下，电子和空穴在能量蒸发的影响下，向近邻电极运动，产生二次电子和电子空穴对，这些二次电子又能引起更多的电离，形成能够被放大的电流信号，实现了对微弱光信号的増強。
光电倍增管由光电阴极、二次发射极、倍增极和阳极四个部分组成。
光电阴极吸收光子，产生电子和空穴对，这些电子和空穴对经过二次发射极进入倍增极，产生电子和电子空穴对，进一步经过倍增极，产生更多的二次电子和电子空穴对，形成可被放大的电流信号，最终被阳极收集。
光电传感器
光敏电阻
10
溶液浓度检测系统
11
（三）光生伏特效应及器件（阻挡层光电效应） 在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动势的现
象。 光生伏特型光电器件是自发电式的，属有源器件。 器件：以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型
器件。 其余的如光电二级管、光敏晶体管等属于这类光电
器件。
23
调制型光电开关原理
光电开关的LED多采用中频（40kHz左右）窄脉冲电 流驱动，从而发射40kHz调制光脉冲。相应地，接收光电 元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调芯 片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可 减小发射LED的功耗。
24
6、光电断续器
遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准 的U字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑 料壳体中，分别位于U型槽的两边。当被检测物体经过U型 槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信 号。
3
2、外光电元件
紫外管
当入射紫外线 照射在紫外管阴极 板上时，电子克服 金属表面对它的束 缚而逸出金属表面， 形成电子发射。紫 外管多用于紫外线 测量、火焰监测等。
紫外线
4
光电管 光电管的阴极受到
从光窗透进的光照射 后，向真空发射光电 子，这些光电子向阳 极作加速运动，形成 空间电子流，光电流 的数值取决于阴极的 灵敏度与光强。停止 光照，外电路将无电 流输出。
光电池
12
2、光电二极管
➢工作原理： 光敏二极管在电路中一般处于反向偏
置状态， • 无光照时，反向电阻很大，
反向电流很小； • 有光照时，PN结处产生光生
电子空穴对； • 在电场作用下形成光电流，
光电式传感器-PPT课件
光敏电阻的光谱特性 。
100
Sr 灵敏度 (%)
80 60 40 20 0 硫化镉 1.5 3 硫化铅 硫化铊
光电流 I
mA
波 长 （ A）
2019/3/16
18
100
灵敏度 S ( %)
硫化铅
光敏电阻的频率特性
8 0 6 0 4 0 2 0 0 10 100
硫化镉
1000
10000
频 率 （ H z）
光电管
6
9.1.2 外光电效应器件
光电管的伏安特性曲线
I (A)
4 3
0 . 1 lm
0 .0 5 lm
2
0 .0 2 lm
1 0 20 40 60 80 100
U A（ V ）
7
9.1.2 外光电效应器件
光电管的光照特性
光电流 I ( A)
16 12 8 4 0 0.2 0.4
2
9.1 光电传感器
9.1.1 光电效应
所谓光电效应是指在光的照射下一些金 属、金属氧化物或半导体材料释放电子 的现象。 光子是具有一定能量的微粒，是以光速 运动的粒子流。每一个光子都具有一定 的能量，它的能量大小E与其频率 成正 比。
Eh hc
3
9.1.1 光电效应
光电效应分为内光电效应和外光电效应。当 物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物 体表面，而只在物体的内部运动并使物体的 电学特性发生变化的现象叫做内光电效应， 内光电效应多产生于半导体材料内。 当物体在光的作用下使物体中的电子从物体 表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电 效应多发生于金属或金属氧化物内。
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波长 ( m)
2018/10/9
9
7.1.2 外光电效应器件
光电倍增管
2018/10/9
10
7.1.2 外光电效应器件
光电倍增管的工作原理
基于外光电效应、二次电子发射和电子光学基础上。在光电 倍增管的各倍增电极D1、D2、D3…和阳极上，依次有逐渐增高 的正电压，即阴极电位最低，从阴极开始，各个倍增电极的电位 依次升高，阳极电位最高，而且相邻两极之间电压应使二次发射 系数大于1。在入射光作用下，光电阴极发射的光电子在D1电场 作用下，以高速向倍增电极D1打去，产生二次发射，于是更多的 二次发射电子又在D2电场作用下，射向第二倍增电极，激发更多 的次发射电子，如此下去，一个光电子将激发更多的二次发射电 子，如此不断倍增，最后阳极收集到的电子数将达到阴极发射电 子数的105～106倍，即光电倍增管的放大倍数可达到几万倍到 几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万到几百万 倍。因此，在很微弱的光照下，光电倍增管也能产生很大的光电
光电管的光照特性
光电流 I ( A)
16 12 8 4 0 0.2 0.4
锑铯阴极光电管
银氧铯阴极光电管
0.6 0.8
1.0 光通量Ф （lm）
8
2018/10/9
7.1.2 外光电效应器件
光电管的光谱特性曲线
0.5
相对灵敏度（%）
红光 0.4
红0.8 1.0
2018/10/9
14
（1）光敏电阻的原理和结构。
光敏电阻受到光照时，由于内光电效应，因 而其导电性能增强而电阻R0值下降，所以流 过负载电阻RL的电流 半导体 电极 及其两端电压会发生变 化。一般而言，光线越 强，电流越大。当光照 玻璃底板 停止时，光电效应会立 即消失，电阻又恢复原 V 检流计 值。 2018/10/9 15
流。
2018/10/9 11
7.1.2 外光电效应器件
光电倍增管的主要参数 （1)倍增系数M。 （2)光电阴极灵敏度和光电倍增管的总 灵敏度。
106
放大倍数
105
104 103 25 50 75 100 125 150 极间电压（V）
2018/10/9
12
7.1.3 内光电效应器件
5
2018/10/9
7.1.2 外光电效应器件
光电管
2018/10/9
6
7.1.2 外光电效应器件
光电管的伏安特性曲线
I ( A)
4 3
0.1 lm
0.05 lm
2
0.02 lm
1 0
2018/10/9
20
40
60
80
100 UA（V）
7
7.1.2 外光电效应器件
第7章 光电式传感器
2018/10/9
1
引言
光电式传感器是把被测物理量的变化先转换成 光信号的变化，然后再通过光电转换元件把光 信号变换成电信号的一种传感器。光电式传感 器的测量方法灵活多样，并且具有使用方便、 非接触、高精度、高分辨力、高可靠性和反应 快等一系列优点，因而发展十分迅速，而且随 着激光、光栅、光导纤维、CCD等器件的相继 问世，光电传感器在检测及自动控制领域中得 到了更广泛的应用。
2018/10/9 19
光敏电阻的温度特性。
100 8 0 6 0 4 0 2 0 0
灵敏度 (%)
+20℃
-20℃
1.0
2.0
3.0
4.0
（μ m） 波长
2018/10/9
20
2．光敏晶体管
光敏晶体管包括光敏二极管、光敏三极 管、光敏晶闸管，它们的工作原理是基 于内光电效应。光敏三极管的灵敏度比 光敏二极管高，但频率特性较差，目前 广泛应用于光纤通信、红外线遥控器、 光电耦合器、控制伺服电机转速的检测、 光电读出装置等场合。光敏晶闸管主要 应用于光控开关电路
CC
光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
2018/10/9
16
（2）光敏电阻的基本特性和主要 参数。
光敏电阻的伏安特性。
I(mA)
6 5 4 3 2 1
硫化铅 硫化铊 U V
光敏电阻的伏安特性
0
50
100
2018/10/9
17
光敏电阻的频率特性
0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 光照强度 (lm)
7.1.1 光电效应
光电效应分为内光电效应和外光电效应。当 物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物 体表面，而只在物体的内部运动并使物体的 电学特性发生变化的现象叫做内光电效应， 内光电效应多产生于半导体材料内。 当物体在光的作用下使物体中的电子从物体 表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电 效应多发生于金属或金属氧化物内。
2018/10/9
2
7.1 光电传感器
7.1.1 光电效应
所谓光电效应是指在光的照射下一些金 属、金属氧化物或半导体材料释放电子 的现象。 光子是具有一定能量的微粒，是以光速 运动的粒子流。每一个光子都具有一定 的能量，它的能量大小E与其频率 成正 比。
E h hc
3
2018/10/9
2018/10/9 4
特点
光的波长越短，即频率越高，其光子的 能量也越大；反之，光的波长越长，其 光子的能量也就越小。不同颜色的光子 由于其光波频率不同其能量也是不同的， 绿光光子比红光光子具有更多的能量， 照射在物体上可看作是一连串具有能量 为E的粒子轰击在物体上。光子与物质间 的连接体是电子。
光电倍增管的主要参数 （1）倍增系数M。 （2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总 灵敏度。
106
放大倍数
105
104 103 25 50 75 100 125 150 极间电压（V）
2018/10/9
13
1．光敏电阻
光敏电阻又称光导管，是一种均质半导 体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响 应范围宽、体积小、重量轻、机械强度 高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和 寿命长等特点
光敏电阻的光谱特性 。
100
Sr 灵敏度 (%)
80 60 40 20 硫化铅 硫化铊 硫化镉 1.5
2018/10/9
光电流 I
mA
0
波长 （A）
3
18
100
硫化铅
灵敏度 S ( %)
光敏电阻的频率特性
8 0 6 0 4 0 2 0 0 10 100
硫化镉
1000
10000
频率（Hz）
暗电阻、亮电阻与光电流。 光敏电阻在受到光照射时的电阻称为亮电 阻，此时流过的电流称为亮电流。在没 有受到光照射时的阻值称为暗电阻，此 时流过的电流被称为暗电流。