实验1 光敏电阻基本特性实验.doc

实验一 光敏电阻特性实验
一.实验目得:
1。认识学习光敏电阻,掌握光敏电阻得基本工作原理。
2．掌握使用本仪器测定光敏电阻得各种特性。
３．达到会用光敏电阻器件进行光电检测方面应用课题得设计。
二.实验原理:
利用具有光电导效应得半导体材料制成得光敏传感器叫光敏电阻,又称为光导管，就是一种均质得半导体光电器件，其结构如图(1）所示，光敏电阻采用梳状结构就是由于在间距很近得电阻之间有可能采用大得灵敏面积，提高灵敏度。光敏电阻应用得极为广泛，可见光波段与大气透过得几个窗口都有适用得光敏电阻,利用光敏电阻制成得光控开关在日常生活中随处可见,当内光电效应发生时,光敏电阻电导率得改变量为：　

　 　 　　 　 　 　　 　 　　　 　　　 　 图（１）
在上式中，e为电荷电量，为空穴浓度得改变量，为电子浓度得改变量,表示迁移率，当两端加上电压U后,光电流为： 　　 　 　 　　 　 　 　
式中Ａ为与电流垂直得表面，d为电极间得间距.在一定得光照度下,为恒定得值,因而光电流与电压成线性关系。
　 光敏电阻在未受到光照射时得阻值称为暗电阻，此时流过得电流称为暗电流，光敏电阻受到光照射时得阻值称为亮电阻，此时流过得电流称为亮电流，亮电流与暗电流之差称为光电流,一般暗电阻越大，亮电阻越小,光敏电阻得灵敏度越高，光敏电阻得暗电阻一般在兆欧数量级,亮电阻在几千欧以下，暗电阻与亮电阻之比一般在10２～１０6之间。
一般光敏电阻(如硫化铅、硫化铊)得伏安特性曲线如图(2)所示,由该曲线可知，所加得电压越高，光电路越大,而且没有饱与现象,在给定得电压下,光电流得数值将隋光照增强而增大,在设计光敏电阻变换电路时，应使光敏电阻得工作电压或电流控制在额定功耗线之内。

图(2）光敏电阻伏安特性曲线
光敏电阻得光电流与光照强度之间得关系,称为光敏电阻传感器得光照特性，不同类型得光敏电阻，其光照特性也不同,多数光敏电阻传感器光照特性类似于图(3)得特性曲线，光敏电阻得光照特性呈现出一定程度得非线性特性，光敏电阻得光照度——电阻值得典型特性曲线如图(4）所示,低照度ａ区曲线斜率较大，中间照度区b区可近似视为直线区,也就是光敏电阻得主要工作区,因而光电流随光照度增长较快,在高照度区，电阻值随照度下降慢，光电流随照度增长也变慢。

图(3）光敏电阻光照特性曲线 　 图（４)光敏电阻照度-电阻特性曲线
几种常用光敏电阻得光谱特性曲线如图(5）所示,对于不同波长得光，光敏电阻得灵敏度就是不同得。从图中可以瞧出，硫化镉得峰值在可见光区域，而硫化铅得峰值在红外区域。因此，在选用光敏电阻时应当把元件与光源得种类结合起来考虑，才能获得满意得结果。

图(５）光敏电阻光谱特性曲线
当光敏电阻元件温度升高时，光敏电阻得阻值会下降,并且暗电阻比亮电阻下降更多。环境温度对低照度时电阻值得影响比在高照度时影响更大,因此，当环境温度升高时，光敏电阻得亮电阻与暗电阻之差值会减小,这意味着光敏电阻得光电流会有所降低，图（6）示出了ＣdＳ光敏电阻在光照度一定时光电流与环境温度得关系曲线,可以瞧出环境温度上升时CｄS光敏电阻得光电流会有所下降。

图(６）光敏电阻温度特性曲线
三。实验所需部件：
直流稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、数字电压/频率表、各种光源、遮光罩、固体激光器、光照度计（自备或选配)
四.实验步骤：
1、 测试光敏电阻得暗电阻、亮电阻并计算光电阻，观察光敏电阻得结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩盖,用万用表欧姆档测得得电阻值为暗电阻Ｒ暗，移开遮光罩,在环境光照下测得得光敏电阻得电阻值为亮电阻Ｒ亮,暗电阻Ｒ暗与亮电阻R亮之差为光电阻R光，光电阻越大,则光敏电阻灵敏度越高。然后在光电器件模板得试件插座上接入另一光敏电阻,试作性能比较分析。

　　　图(７)发光管连接电路　 　 　 　 　　 图（8）光敏电阻测量电路
２、 测试光敏电阻得暗电流、亮电流、光电流，按照图(8）接线，分别在暗光及环境光照射下测出输出电压U暗与U亮,电流Ｉ暗=Ｕ暗／Ｒ,亮电流Ｉ亮＝Ｕ亮/R,亮电流Ｉ亮与暗电流Ｉ暗之差称为光电流I光,光电流越大则灵敏度越高。
３、 光敏电阻得伏安特性测试,按照图(8）接线,电源可从直流稳压电源±２~±１２V间选用，每次在一定得光照条件下,测出当加在光敏电阻上电压 为+2Ｖ、＋4Ｖ、+６V、+8Ｖ、+10V、＋12V时电阻R两端得电压U，与电流I，同时计算出此时光敏电阻得阻值，并填入以下表格,根据实验数据画出光敏电阻得伏安特性曲线.
光敏电阻伏安特性测试数据表(暗光）
工作电压
２Ｖ
4V
6V
8Ｖ
1０V
12V
Ｕ(V)

Ｉ（ｍＡ）

R光（Ω）

光敏电阻伏安特性测试数据表(正常环境光照）
工作电压
２V
４V
6V
8Ｖ
１0V
12V
U（V)

I（mA）

R光（Ω)

光敏电阻伏安特性测试数据表(有光源照射）
工作电压
２V
4V
６Ｖ
8V
10V
1２V
Ｕ（V）

Ｉ（mA）

R光(Ω)

４、 光敏电阻得光照特性测试,按照图(8)接好实验线路,负载电阻Ｒ选定１K，光源用高亮度卤钨灯（实验者可仔细调节光源控制旋钮，得到不同得光源亮度），从电源电压ＵＣC=２V开始到ＵCC=1２V，每次在一定得外加电压下测出光敏电阻在相对光照度从“弱光”到逐步增强得电流数据,即：，同时求出此时光敏电阻得阻值,即:　。这里要求尽量多测试（不少于15个）在不同照度下得电流数据，尤其要在弱光位置选择较多得数据点，以使所得到得数据点能够绘出较为完整得光照特性曲线。
光敏电阻光照特性测试数据表（电压： 　)
照度

UＲ(伏)

光电流

光敏电阻光照特性测试数据表（电压:　 )
照度

UR（伏）

光电流

光敏电阻光照特性测试数据表（电压: ）
照度

ＵR（伏）

光电流

根据以上实验数据画出光敏电阻得一组光照特性曲线。
5、　光敏电阻得光谱特性测试,不同得半导体材料制成得光敏电阻有着不同得光谱特性,见图（5），当不同波长得入射光照到光敏电阻得光敏面上,光敏电阻就有不同得灵敏度。照图（8）接线, 其工作电源可选用直流稳压电源得负电源,用高亮度LED(红、黄、绿、蓝、白)作为光源,发光电源可选用直流稳压电源得正电源.发光管得接线可参照图（7）。限流电阻用选配单元上得1Ｋ~１00K档电位器，首先应置电位器阻值为最大,开启电源后缓慢调小阻值，使发光管逐步发光并至最亮，当发光管达到最高亮度时不应再改变限流电阻阻值，依次将各发光管接入光电器件模板上得发光管插座.发光管与光敏电阻顶端可用附件中得黑色软管连接（透镜对透镜）,分别测出光敏电阻在各种光源照射下得光电流，再用固体激光器作为光源，测得光电流，将测得得数据记入下表，据此作出两种光电阻大致得光谱特性曲线:
光源
激光
红
黄
绿
蓝
白
光电阻

６、 光敏电阻得温度特性测试，光敏电阻与其她半导体器件一样，性能受温度影响较大、随着温度得升高电阻值增大，灵敏度下降。请按图（8）测试电路,分别测出常温下与加温（可用电烙铁靠近加温或用电吹风加温，电烙铁切不可直接接触器件)后得伏安特性曲线。
五．注意事项：
１、 实验时请注意不要超过光电阻得最大耗散功率P MAX，　 Ｐ ＭＡX＝LU
2、 光源照射时灯胆及灯杯温度均很高,请勿用手触摸，以免烫伤。
3、 实验时各种不同波长光源选用得高亮度LED在不发光时均为透明材料封装，查瞧颜色及亮度均可从其顶端透镜前观察。用做光源时也应将透镜发光点对准光敏器件.