光電管的結構如圖11-1所示。它是在一個抽成真空的玻璃泡內裝有兩個電極即陽極和光電陰極（簡稱陰極）組成。
當陰極受到適當波長的光線照射發射光電子，光電子被帶正電位的陽極所吸引，這樣在光電管內就有電子流，在外電路中便產生了電子流，輸出電壓，光電流的大小與照射在光電陰極上的光強度成正比，并與光電陰極的材料有關。當光通量一定時，真空光電管陽極電壓與陽極電流的伏安特性曲線見圖11-2
光電管除真空光電管外，還有充氣光電管。這兩種光電管的結構基本相同，所不同的只是在充氣光電管玻璃泡內充有少量的惰性氣體，如氬或氖。當光電極被光照射而發射電子時，光電子在趨向陽極的途中撞擊惰性氣體的原子，使其電離，從而使陽極電流急速增加，提高了光電管的靈敏度，但其穩定性、頻率特性等都比真空光電管的差。圖11-3給出了充氣光電管的伏安特性曲線。
光電倍增管的結構如圖11-4所示，它是在玻璃關內由光電陰極、若干個倍增極（Dn，n=4~14）和陽極三部分組成。由一定材料制成的光電陰極K受光通量為φ的入射光照時，可發射出電子，形成光電流iφ。因倍增極和陽極上加有一定的電位（圖中經分壓電阻獲得），光電陰極發射的光電子被第一倍增極D1，打基礎二次電子；同樣，二次電子又被第二倍增極D2的正電壓所加速，而轟擊第二倍增極D2，打擊出更多的二次電子。依次下去，最后全部二次電子被帶正電位的陽極A所收集，形成光電流i。
如果在光電陰極上由于入射光的作用發射出一個電子，這個電子將被第一倍增極的正電壓所加速而轟擊第一倍增極。設這時第一倍增極有σ個二次電子發出，這σ個電子又轟擊第二倍增極，而其產生的電子又增加σ倍......當經過n個倍增極后，原先一個電子將變成σn個電子。這些電子最后被陽極所收集而在光電陰極與陽極之間形成的電流i，則i=iφσn
光電倍增管的優點是放大倍數很高，可達106，線性好，頻率特性好；缺點是體積大，需數百伏至1kv的直流電壓供電。光電倍增管一般用于微弱光輸入而要求反應速度很快的場合。
