光敏电阻的光电特性.docx

光敏电阻的光电特性【目的要求】1．了解光电导型光电传感器的特点；2．测量光敏电阻的光电特性实验原理】 将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测 直接由光强度变化引起的非电量，如光强、光照度等；也可用来检测能转换成光量变化的其 它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等 光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得 到广泛应用1. 光电效应： 光敏传感器的物理基础是光电效应，光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大 类在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射 效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等电子并不逸出材料表面的则是内 光电效应，光电导效应、光生伏特效应则属于内光电效应半导体材料的许多电学特性都因 受到光的照射而发生变化，几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻 光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等2. 光敏传感器的基本特性：光敏传感器的基本特性包括：伏安特性、光照特性等1） 伏安特性：光敏传感器在一定的入射光照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光 敏器件的伏安特性。

改变照度则可以得到一簇伏安特性曲线，它是传感器应用设计时的重要 依据2） 光照特性： 光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出 电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性，它也是光敏传感器应用设计时选择参数 的重要依据之一3. 光敏电阻：（1）光敏电阻的结构与工作原理 利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻目前光敏电阻应用 极为广泛，其基本结构见图 14-1金雇电极\ _ 占/半导体图14-1光敏电阻结构原理示意图C）光敏电阴接线图⑻光敏电阻电极% % % % % %玻璃底板Q）光敏电阴结构其工作过程为，当光敏电阻受到光照时，发生内光电效应，光敏电阻电导率的改变量为：1）Ao 二 Ap • e ・p + An • e ・ppn在（1）式中，e为电荷电量，Ap为空穴浓度的改变量，An为电子浓度的改变量，卩表示迁移率当两端加上电压U后，光电流为：I 二 A U (2)Ph d式中A为与电流垂直的表面积，d为电极间的间距在一定的光照度下，Aq为恒定的值， 因而光电流和电压成线性关系2) 光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数有：① 暗电阻：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

② 亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流③ 光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流3) 光敏电阻的基本特性① 伏安特性：在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光 敏电阻的伏安特性图14-2为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线由图可见，在一定的电压 范围内，光敏电阻的伏安特性曲线为直线图14-2光敏电阻的伏安特性图14-3光敏电阻的光照特性② 光照特性：光敏电阻的光照特性是描述光电流和光照强度之间的关系，不同材料的光 照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的图14-3 为硫化镉光敏电阻的光 照特性曲线不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但是在大多数的情况下，曲线的形状都与图 14-3 的结果类似由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适宜作线性敏感元件，这是光敏 电阻的缺点之一，所以在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感器实验仪器】•—-―一 ・， - ，一 「I;EEl EE1 EE\EEl EEl EH 疋日 eh 田EEl EH 电国 | U 口 匚口 匚口 匸口 CQ Vd图14-4实验仪器图中:① 透明元件盒（暗筒内）② 光敏电阻（暗筒内）③灯泡/12V （暗筒内）④暗筒⑤带刻度拉杆 ⑥ 实验元件 ⑦ 九孔实验板实验内容及步骤】1. 暗电阻测量：光敏电阻在暗筒内不受到光照的情况下测量其电阻值，可在暗筒左侧的两 插孔中插入数字万用表表笔进行测量。

2. 亮电阻测量：暗筒装置上拉杆未端的导线接入稳压电源的0〜12V/1A接线柱，在暗筒 左侧的两插孔中插入数字万用表表笔，将拉杆置“0”刻度处（光源与光敏电阻距离最近处）， 开启稳压电源，将“光照电源”调至12V，使灯泡光源水平照射光敏电阻，测量其亮电阻， 然后以步长2cm分别测量不同的亮电阻选作）降低“光照电源”电压以同样方法再测量一次，分析光敏电阻在不同光照不同距 离情况下亮电阻的变化3. 光敏电阻的伏安特性测试：（ 1） 按图 14-5 接线图接好实验线路，光源用的 标准钨丝灯及检测用光敏电阻已装入暗筒中，连结 + 3.3V〜+12V电源至暗筒左侧的两插孔，灯泡导 线接入光源电压0〜12V/1A电源（可调）2）先将可调光源调至一定的光照度，每次在一 定的光照条件下，测出加在光敏电阻上电压为：3.3V、5V、8V、12V时电阻R两端的电压U ,1R从而得到4个光电流数据 I二厂00祐，同时算出此时光敏电阻的阻值，即:ph l.OOkQ仆 U - UR = cc R以后调节相对光强重复上述实验（要求至少在三个不同照度下重复以上 gIPh实验）4. 光敏电阻的光照特性测试：（ 1 ）实验接线方法同图 14-5。

2）从U = 0开始到U = 12V，每次在一定的外加电压下测出光敏电阻在相对光照 CC CCU度从“弱光”逐步增强的光电流数据，即：I二 R ，同时算出此时光敏电阻的阻值, ph 1.00k（2U -U即：R =一 R要求测出不同照度下的光电流数据，尤其要在弱光位置选择较多的gIPh数据点，以使所得到的数据点能够绘出完整的光照特性曲线5. 根据实验数据画出光敏电阻的伏安特性曲线和光照特性曲线思考题】分析在测绘伏安特性曲线和光照特性曲线中光敏电阻阻值的变化情况附录】该实验装置暗筒中光源强弱及与光敏电阻距离大小的相应光照度见下表(供参考)光源电压拉杆距离Vmm )光照度 \Lux )压 光严离)Vmm )光照度 \Lux )12.0050626.00503.012.00100206.001000.8512.00150126.001500.4510.005030.04.00500.310.0010010.04.001000.0910.001505.04.001500.038.005010.08.001004.08.001502.0实验报告模板三、实验原理1. 简述光电效应原理，说明其分类及应用。

2. 简述光敏电阻的主要参数和基本特性四、实验内容及主要步骤五、实验数据记录与处理1. 记录光敏电阻的暗电阻和亮电阻1）测量光敏电阻的暗电阻2）测量光敏电阻的亮电阻表1测量光敏电阻的亮电阻（光源电压12V ）光源距离（cm）0246810121416电阻（0 ）2. 测量光敏电阻的伏安特性表 2-1 测量光敏电阻伏安特性照度（Lux ）： 光源电压（V ）： 拉杆距离（cm ）：电压（V ）3.35812U （V ）R光电流（mA ）光敏电阻阻值（0 ）表 2-2 测量光敏电阻伏安特性照度（Lux ）： 光源电压（V ）： 拉杆F距离（cm ）：电压（V ）3.35812U （ V ）R光电流（mA ）表 2-3 测量光敏电阻伏安特性照度（Lux ）： 光源电压（V ）： 拉杆距离（cm ）：电压（V ）3.35812U （ V ）R光电流（mA）3. 测量光敏电阻的光照特性表3-1测量光敏电阻光照特性（电压：V）照度（Lux ）0.450.853.05.010.012.020.030.0UR（ V）光电流（mA）电阻（0 ）照度（Lux ）0.450.853.05.010.012.020.030.0S（ V ）光电流（mA）表 3-3 测量光敏电阻光照特性 （电压： V ）照度（Lux ）0.450.853.05.010.012.020.030.0S（ V ）光电流（mA）4. 画出光敏电阻的一簇伏安特性曲线和一簇光照特性曲线。