光電效應通常分爲外光電效應和內光電效應兩大類。外光電效應是指在光照射下，電子逸出物體表面的外發射的現象，也稱光電發射效應，基於這種效應的光電器件有光電管、光電倍增管等。內光電效應是指入射的光強改變物質導電率的物理現象，稱爲光電導效應，大多數光電控制應用的傳感器，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池等都屬於內光電效應類傳感器。
1.外光電效應
光照在照在光電材料上，材料表面的電子吸收的能量，若電子吸收的能量足夠大，電子會克服束縛逸出表面，從而改變光電子材料的導電性，這種現象成爲外光電效應。
根據愛因斯坦的光電子效應，光子是運動着的粒子流，每種光子的能量爲hv(v爲光波頻率，h爲普朗克常數)，由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設光子的全部能量交給光子，電子能量將會增加，增加的能量一部分用於克服正離子的束縛，另一部分轉換成電子能量。根據能量守恆定律：
式中，m爲電子質量,v爲電子逸出的初速度,w爲逸出功。
由上式可知，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是hv>w。由於不同材料具有不同的逸出功，因此對每一種陰極材料，入射光都有一個確定的頻率限，當入射光的頻率低於此頻率限時，不論光強多大，都不會產生光電子發射，此頻率限稱爲“紅限”。相應的波長爲 
式中，c爲光速，w爲逸出功。
2.內光電效應
當光照射到半導體表面時,由於半導體中的電子吸收了光子的能量,使電子從半導體表面逸出至周圍空間的現象叫外光電效應。利用這種現象可以製成陰極射線管、光電倍增管和攝像管的光陰極等。半導體材料的價帶與導帶間有一個帶隙,其能量間隔爲Eg。一般情況下,價帶中的電子不會自發地躍遷到導帶,所以半導體材料的導電性遠不如導體。但如果通過某種方式給價帶中的電子提供能量,就可以將其激發到導帶中,形成載流子,增加導電性。光照就是一種激勵方式。當入射光的能量hν≥Eg（ Eg爲帶隙間隔)時,價帶中的電子就會吸收光子的能量,躍遷到導帶,而在價帶中留下一個空穴,形成一對可以導電的電子——空穴對。這裏的電子並未逸出形成光電子,但顯然存在着由於光照而產生的電效應。因此,這種光電效應就是一種內光電效應。從理論和實驗結果分析,要使價帶中的電子躍遷到導帶,也存在一個入射光的極限能量,即Eλ=hν0=Eg,其中ν0是低頻限(即極限頻率ν0=Egh)。這個關係也可以用長波限表示,即λ0=hcEg。入射光的頻率大於ν0或波長小於λ0時,纔會發生電子的帶間躍遷。當入射光能量較小,不能使電子由價帶躍遷到導帶時,有可能使電子吸收光能後,在一個能帶內的亞能級結構間躍遷。
光電器件及其特性
光敏電阻
光敏電阻又稱光導管，常用的製作材料爲硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些製作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由於光照產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。
光敏二極管
光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特徵的PN結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結時，可以使PN結中產生電子一空穴對，使少數載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。
光敏三極管
光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。 通常基極不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用於溫度補償和附加控制等作用。當具有光敏特性的PN 結受到光輻射時，形成光電流，由此產生的光生電流由基極進入發射極，從而在集電極迴路中得到一個放大了相當於β倍的信號電流。不同材料製成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。
硅光電池
硅光電池是一種直接把光能轉換成電能的半導體器件。它的結構很簡單，核心部分是一個大面積的PN 結，把一隻透明玻璃外殼的點接觸型二極管與一塊微安表接成閉合迴路，當二極管的管芯(PN結)受到光照時，你就會看到微安表的錶針發生偏轉，顯示出迴路裏有電流，這個現象稱爲光生伏特效應。硅光電池的PN結面積要比二極管的PN結大得多，所以受到光照時產生的電動勢和電流也大得多。
QY-GD01光電特性綜合實驗臺集光、機、電於一體的多功能實驗系統。系統覆蓋內容廣，可進行光通訊、信息控制、光電檢測中所用的信號源、光電探測器等各類器件原理、特性、性能參數的實驗，還可進行光的傳輸，光電傳感器的應用，光強分析，莫爾條紋計數等一系列光電實驗。系統採用全自動單色儀來實現光電器件光譜特性的連續測量，實驗結果直接在電腦上用圖形顯示；用CCD攝像法實現莫爾條紋的自動計數測微；用CCD攝像法將單縫衍射圖像採集處理後可實現衍射光強的二維和三維分佈顯示。系統採用模塊組合的方式，不同的專業可以有不同的菜單。系統提供了開放的電路和光路，爲學生更好的理解與掌握原理、正確使用光電器件奠定了基礎，讓學生通過實驗學會合理地選擇傳感器，掌握檢測的原理和方法。適用於光電信息專業、電子信息專業、計量測試專業等的教學實驗。
實驗項目
1、光電基礎實驗
2、光電探測器（光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻、光電池）特性實驗
3、光電開關實驗（透射式
4、紅外反射式光電開關實驗
5、光源及光調製解調實驗
6、熱釋電紅外傳感器實驗
7、PSD位置傳感器實驗
8、光纖位移溫度壓力傳感器實驗
9、光電轉速傳感器的轉速測量
10、莫耳條紋計數測微實驗
11、單縫衍射光強分析實驗
12、LEDLD伏安（V/I）特性、電光轉換（P/I）特性實驗
13、LEDLD光強空間分佈及半值角測量實驗
14、LEDLD光譜特性實驗
15、光電探測器光譜響應度和暗電流測試實驗
16、光電倍增管特性（暗電流、陰極陽極伏安特性）測試實驗
17、APD雪崩光電二極管特性(反向電壓、暗電流、倍增特性)測試實驗
18、CCD電荷耦合器件應用實驗
19、光柵位移傳感器實驗
20、光電式指紋傳感器實驗
21、光纖傳輸實驗