光电式传感器的工作基础是光电效应，根据作用原理，光电效应又分为外光电效应、内光电效应和光生伏打效应。

（1）外光电效应

外光电效应指的是在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸出的现象，也称为光电子发射效应。外光电效应的实质是能量形式的转变，即光辐射能转换为电磁能。

金属中一般都存在大量的自由电子，它们在金属内部作无规则的自由运动，不能离开金属表面。当自由电子获取外界能量且该能量大于或等于电子逸出功时，自由电子便能离开金属表面。为了使电子在逸出时具有一定的速度，就必须给电子大于逸出功的能量。当光辐射通量照到金属表面时，其中一部分被吸收，被吸收的能量一部分使金属温度增高，另一部分被电子吸收，使其受激发而逸出金属表面。

由物理学可知，光具有波粒二重性，光在传播时体现出波动性，而在与物质相互作用时体现出粒子性。根据爱因斯坦的假设，一个光子的能量只给一个电子，因此，如果要使一个电子从物质表面逸出，光子具有的能量必须大于该物质表面的逸出功A0，此时，逸出表面的电子就具有动能Ek，大小为：

即

式中　m——电子质量；

——电子逸出时的初速度；

h——普朗克常数，h＝6.626×10－34J·s；

v——光的频率。

式（3.55）被称为爱因斯坦光电效应方程式，它阐明了光电效应的基本规律。由该式可知：

①光电子逸出时所具有的初始动能Ek与光的频率有关，光的频率越高，初始动能越大。由于不同的材料具有不同的逸出功。因此，对某种材料而言，都存在一个频率限，当入射光的频率低于此频率时，无论光强多大，也不能激发出电子；反之，当入射光的频率高于此频率时，即使光很微弱，也会有光电子发射出来，这个频率限被称为某种光电器件或光电阴极的“红限频率”，对应于此频率的波长λ0称为“红限”，其大小为

式中　c——光速，c＝3×108m·s－1。(www.daowen.com)

②当入射光频率成分不变时，单位时间内发射的光电子数与入射光光强成正比，光越强，入射光子数目越大，逸出的光电子数也越多。

③对于外光电效应器件来说，只要光照射在器件阴极上，即使阴极电压为零，也会产生光电流，这是因为光电子逸出时具有初始动能。要使光电流为零，必须使光电子逸出物体表面时初速度为零。为此，需要在阳极加以反向截止电压Ua，使外加电场对光电子所做的功等于光电子逸出时的动能，即

式中　e——电子电荷，e＝1.602×10－19C。

典型的外光电效应器件有光电管和光电倍增管。

（2）内光电效应

内光电效应是指在光照作用下，物体的导电性能如电阻率发生改变的现象，也称光导效应。内光电效应的物理过程如下：光照射在半导体材料上时，价带（价电子所占能带）中的电子受到能量大于或等于禁带（不存在电子所占能带）宽度的光子轰击，使其由价带越过禁带而跃入导带（自由电子所占能带），使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增大，从而使电导率增大。

内光电效应与外光电效应不同，外光电效应产生于物体表面层，在光辐射作用下，物体内部的自由电子逸出到物体外部，而内光电效应则不发生电子逸出。

内光电效应器件主要有光敏电阻以及由光敏电阻制成的光导管。

（3）光生伏打效应

光生伏打效应是指在光线照射下物体产生一定方向的电动势的现象。光生伏打效应又分为势垒效应（结光电效应）和侧向光电效应。势垒效应的机理是在金属和半导体的接触区（或在PN结）中，电子受光子的激发脱离势垒（或禁带）的束缚而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下电子移向N区外侧，空穴移向P区外侧，形成光生电动势。侧向光电效应是当光电器件敏感面受照射不均匀时，受光激发而产生的电子空穴对的浓度也不均匀，电子向未被照射部分扩散，引起光照部分带正电、未被光照部分带负电的现象。

基于势垒效应的光电器件有光电二极管、光电晶体管和光电池等；基于侧向光电效应的光电器件有半导体位置敏感器件（反转光电二极管）传感器等。