實(shí)驗(yàn)報(bào)告-光敏電阻基本特性的測(cè)量

1、.實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告姓 名： 班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：實(shí)驗(yàn)成績(jī)：同組姓名： 實(shí)驗(yàn)日期：08/4/14 指導(dǎo)老師：助教15 批閱日期：光敏電阻基本特性的測(cè)量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解光敏電阻的工作原理及相關(guān)的特性。2. 了解非電量轉(zhuǎn)化為電量進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量的方法。3. 了解簡(jiǎn)單光路的調(diào)整原則和方法.4. 在一定照度下，測(cè)量光敏電阻的電壓與光電流的關(guān)系。5. 在一定電壓下，測(cè)量光敏電阻的照度與光電流的關(guān)系。【實(shí)驗(yàn)原理】1 光敏電阻的工作原理在光照作用下能使物體的電導(dǎo)率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)所用的光敏電阻就是基于內(nèi)光電效的光電元件。當(dāng)內(nèi)光電效應(yīng)發(fā)生時(shí)，固體材料吸收的能量使部分價(jià)帶電子遷移到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶中留

2、下空穴。這樣由于材料中載流子個(gè)數(shù)增加，使材料的電導(dǎo)率增加。電導(dǎo)率的改變量為：=pep+nen (1) 式中e為電荷電量；p為空穴濃度的改變量；n為電子濃度的改變量；p為空穴的遷移率；n為電子的遷移率。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓U后，光電流為 Iph=AdU (2) 式中A為與電流垂直的截面積，d為電極間的距離。用于制造光敏電阻的材料主要有金屬的硫化物、硒化物和銻化物等半導(dǎo)體材料目前生產(chǎn)的光敏電阻主要是硫化鎘光敏電阻具有靈敏度高、光譜特性好、使用壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性能高、體積小以及制造工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，被廣泛地用于自動(dòng)化技術(shù)中 本實(shí)驗(yàn)光敏電阻得到的光照由一對(duì)偏振片來(lái)控制。當(dāng)兩偏振片之間的夾角為時(shí)，光照為=0

3、Dcos，其中：0為不加偏振片時(shí)的光照，D為當(dāng)量偏振片平行時(shí)的透明度。2 光敏電阻的基本特性 光敏電阻的基本特性包括伏-安特性、光照特性、光電靈敏度、光譜特性、頻率特性和溫度特性等。本實(shí)驗(yàn)主要研究光敏電阻的伏-安特性和光照特性。3.附上實(shí)驗(yàn)中的光路圖:【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算】1測(cè)量光敏電阻的電壓與光電流的關(guān)系 在調(diào)整好光路后，就可以做這一個(gè)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)了。下面附上這個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的電路圖： 表中記錄的數(shù)據(jù)為Iph的值，單位為mA U(V) 030609000.00.00.000.00012.72.21.280.06525.44.52.580.13838.27.03.770.201411.09.

4、55.050.271513.812.06.260.339616.814.67.510.407719.817.28.750.484822.819.910.010.551925.922.611.320.6191029.025.412.630.6871132.128.213.930.7571235.231.015.350.836下面繪出各個(gè)照度對(duì)應(yīng)的UIph曲線=0時(shí)：線性擬合結(jié)果如下：Y = A + B * XParameterValueErrorA0.179520.05409B0.339770.00266-RSDNP0.99966 0.10544 3 0.0001所以此時(shí)339=30時(shí)：線性擬合

5、結(jié)果如下：Y = A + B * XParameterValueErrorA0.253690.0669B0.384860.00376RSDNP0.999480.13157130.0001所以此時(shí)385=60時(shí)線性擬合結(jié)果如下：Y = A + B * XParameterValueErrorA0.02520.03197B0.789030.00358RSDNP0.999890.06117130.0001-所以此時(shí)789=90時(shí)線性擬合結(jié)果如下：Y = A + B * XParameterValueErrorA0.065680.02854B14.406370.05862RSDNP0.999910.0

6、5489130.0001所以此時(shí) 14406 對(duì)上面實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一點(diǎn)分析：1. 可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)=90時(shí)，即光照最弱時(shí)，光敏電阻的阻值很大，可達(dá)一萬(wàn)四千多歐姆，隨著光照的加強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的阻值在不斷減小，在=0時(shí)，即在當(dāng)時(shí)的最強(qiáng)光照時(shí)，光敏電阻的阻值已經(jīng)降到了三百余歐姆，可見(jiàn)其變化幅度很大。據(jù)查資料顯示，在完全黑暗時(shí)，光敏電阻的阻值甚至可達(dá)幾兆歐姆，而在更強(qiáng)的光下，其阻值會(huì)更小。2. 還有重要的一點(diǎn)是，我們從“馬呂斯定律”知道，這里光照強(qiáng)度與cos2成正比，所以根據(jù)這幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化“似乎”不是線性的，這也是這個(gè)實(shí)驗(yàn)下面將要驗(yàn)證的內(nèi)容。2測(cè)量光敏電阻的照度與光電流的關(guān)

7、系 首先調(diào)整好光路與電路，便可開(kāi)始測(cè)量，整張數(shù)據(jù)表格將在下一頁(yè)中顯示。表中記錄的數(shù)據(jù)為Iph的值，單位為mA U(V) 1351202.627.9113.2634.8102.597.7612.9434.1202.417.3711.9432.5302.206.7210.6629.3401.875.859.3924.8501.654.817.9820.5601.263.696.1315.4700.862.544.229.8800.491.362.425.2900.050.150.310.8下面是作圖結(jié)果：U=1V時(shí)：首先需要說(shuō)明的是幾個(gè)公式的推導(dǎo)：由馬呂斯定律：Icos2 ( I 為光電流強(qiáng)度)由

8、本節(jié)公式: Iph1R （R為光敏電阻阻值)我們要研究 I 和R的關(guān)系，所以 IRIphcos2而圖中斜率代表 Iphcos2 ，所以圖中曲線的上升表示光敏電阻阻值的下降，而阻值導(dǎo)函數(shù)的變化趨勢(shì)則不變。 從這個(gè)圖中可以看出，光敏電阻的光照特性曲線確實(shí)不是線性的。而且容易發(fā)現(xiàn)：阻值在=90附近變化很快，而隨著的減小，阻值的變化則趨于平緩，曲線也趨于線性。結(jié)合前面實(shí)驗(yàn)的4個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)看，也確實(shí)符合這一點(diǎn)，這也印證了前面的想法，前后實(shí)驗(yàn)結(jié)果也很符合。 從前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,我們也知道當(dāng)照度固定時(shí),光敏電阻的電壓與光電流是成線性關(guān)系的,所以此表中同一行數(shù)據(jù)應(yīng)是與電壓成線性關(guān)系的,觀察表中數(shù)據(jù),也可印證這一結(jié)論

9、.這樣一來(lái)下面的三幅關(guān)系圖應(yīng)與上面這一幅圖形狀類似,那么我們就先做出這三幅圖:U=3V時(shí)：U=5V時(shí)：U=12V時(shí)： 觀察這幾幅圖，也可以看出剛才的判斷是正確的，這幾幅圖基本一致，只有第3幅有些細(xì)節(jié)上的偏差。 至此本實(shí)驗(yàn)的所有數(shù)據(jù)均處理完畢，結(jié)果也很理想。【分析討論】 1.在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，前期的準(zhǔn)備工作其實(shí)是重中之重。調(diào)整光路是首先要做的，接下來(lái)重要的一點(diǎn)就是找到光電流最大值點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)的確定對(duì)下面實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。我在這個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行了仔細(xì)的調(diào)整，確保準(zhǔn)確后才開(kāi)始下面的實(shí)驗(yàn)。從測(cè)得的結(jié)果來(lái)看，數(shù)據(jù)還是很滿意的。【思考題解答】1.在利用數(shù)字萬(wàn)用表作為測(cè)量?jī)x器時(shí)，是否需要考慮萬(wàn)用表內(nèi)阻，為什么？答：不用考

10、慮。因?yàn)槲覀儾捎秒娏鞅硗饨臃ǎf(wàn)用表電壓檔產(chǎn)生的電流不足以影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.根據(jù)測(cè)量結(jié)果，總結(jié)光敏電阻的伏安特性和光照特性。答：從測(cè)量結(jié)果來(lái)看光敏電阻的伏安特性是線性關(guān)系?？梢哉f(shuō)光敏電阻在照度固定時(shí)是線性元件。而光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減少，而且這個(gè)關(guān)系不是線性的，隨著光照的增強(qiáng)，減少的速率也在減小。【對(duì)實(shí)驗(yàn)的一些想法】1.我想，研究光敏電阻光照特性的實(shí)驗(yàn)可以換一種方式進(jìn)行：就是通過(guò)研究光強(qiáng)變化與電壓變化對(duì)電流的等效影響來(lái)得出光敏電阻的特性。具體方法就是：我們先固定一個(gè)電壓值（定為1V）和偏振片偏角，記下此時(shí)光敏電阻的阻值（記為R），這時(shí)電流表有一個(gè)電流讀數(shù)。我們現(xiàn)在每次等量改變電壓值（

11、每次加1V），然后轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片使電流回到開(kāi)始值，記下這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，這個(gè)過(guò)程可以進(jìn)行10多次，電壓可加至12V左右，則每次對(duì)應(yīng)了一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)的角度值。每次轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)差就是光敏電阻在當(dāng)前阻值大小的情況下再增加一個(gè)R值需要減少的光強(qiáng)，這樣也可以做出光敏電阻的光照特性曲線（直接作出I（光電流強(qiáng)度）R 關(guān)系圖）。但是這種方法不易控制，隨著阻值的增大，每次的改變量會(huì)越來(lái)越小，這樣對(duì)于偏振片上刻度粗略的轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)說(shuō)是不易控制的，也是無(wú)法計(jì)數(shù)的；如果將來(lái)偏振片等變成電子讀數(shù)的，那就好多了。而且這種方法對(duì)于“使電流回到當(dāng)初值”是不易控制的，電流會(huì)有一定的波動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。而且電阻變化的范圍是受限制的，所以這種方法的可行性有待考慮。但這種方法還是有一定價(jià)值的。以上只是我的一些想法，望助教老師指點(diǎn)?！緜€(gè)人感想】 其實(shí)我一直對(duì)光學(xué)和電學(xué)都很感興趣,所以選擇了這個(gè)實(shí)驗(yàn) ,這次做這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)光敏電阻的性能有了更詳細(xì)的了解。 光敏電阻，是一個(gè)光與電連接的很好的例子。電學(xué)中電阻的變化由光學(xué)中光強(qiáng)的變化來(lái)控制，這就如在電學(xué)與光學(xué)之間的一座橋。因此光敏電阻也有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在自動(dòng)化技術(shù)中。其實(shí)，大自