傳感器與檢測(cè)技術(shù)第二次實(shí)驗(yàn)

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 專(zhuān)業(yè)：儀器科學(xué)與工程 評(píng)定成績(jī)：審閱教師： 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)二、基本原理利用平板電容CAd和其它結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路可以選擇、A、d中三個(gè)參數(shù)中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)（變）、測(cè)微小位移（變d）和測(cè)量距離、液位（變A）等多種電容傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如下圖所示：它由兩個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成的。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長(zhǎng)為x，則電容量為。圖中C1、C2是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生位移時(shí)，電容的變化量為，式中、為常

2、數(shù)，說(shuō)明與位移成正比，配上配套的測(cè)量電路就能測(cè)量位移。電容式位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖三、 實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電容傳感器、測(cè)微頭。四、 實(shí)驗(yàn)步驟電容傳感器實(shí)驗(yàn)位移實(shí)驗(yàn)原理圖1. 根據(jù)接線示意圖安裝接線。2. 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)針轉(zhuǎn)三圈）。3. 將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開(kāi)關(guān)達(dá)到2v檔，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)；旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示0V，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭（向同一個(gè)方向）5圈，記錄此時(shí)測(cè)微頭讀數(shù)和電壓表顯示值，此點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值；此后，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭1圈即位移讀取電壓表讀數(shù)，共轉(zhuǎn)10圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù)。將數(shù)據(jù)填入表

3、格并作出VX曲線4. 根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm)7.9107.4106.9106.4105.9105.4104.9104.4103.9103.4102.910U(v)-0.329-0.271-0.206-0.139-0.069-0.0040.0600.1210.1820.2460.3071. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)的靈敏度（為輸出電壓變化量，為位移變化量）和非線性誤差，式中為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；為滿(mǎn)量程輸出值，此處為0.636V。利用逐差法計(jì)算靈敏度：=0.0053V，=0.636V

4、，所以六、 思考題試設(shè)計(jì)利用的變化測(cè)谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)？能否敘述一下在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮哪些因素？答：由于是測(cè)谷物的濕度的，當(dāng)此傳感器放在谷物里面時(shí)，根據(jù)谷物的呼吸作用，用傳感器檢測(cè)呼吸作用的水分程度，從而判斷出谷物的濕度，當(dāng)電容的S與D為恒定值時(shí)C=f(),稻谷的含水率不同，介電常數(shù)也不同，可確定谷物含水率，傳感器為兩個(gè)板，谷物從傳感器之間穿過(guò)。  在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮：傳感器是否與谷物充分接觸、谷物是否均勻的從傳感器之間穿過(guò)，而且要注意直板傳感器的邊緣效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)十一壓電式傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈮弘妭鞲衅鞯臏y(cè)量振動(dòng)的原理和方法二、 基本原理壓電式傳感器由慣性

5、質(zhì)量塊和受壓的壓電陶瓷片等組成。（觀察實(shí)驗(yàn)用壓電加速度計(jì)結(jié)構(gòu)）工作時(shí)傳感器感受與試件相同頻率的振動(dòng)，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應(yīng)，壓電陶瓷片上產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)加速度的表面電荷。三、 實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、振?dòng)源、示波器四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、按照連線圖將壓電傳感器安裝在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)源的低頻輸入接主機(jī)箱的低頻振蕩器，其它連線按照?qǐng)D示接線。2、合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，觀察低通濾波器輸出波形。3、用示波器的兩個(gè)通道同時(shí)觀察低通濾波器輸入和輸出波形；在振動(dòng)臺(tái)正常振動(dòng)時(shí)用手指敲擊振動(dòng)臺(tái)，同時(shí)觀察輸出波形的變化。4、改變振動(dòng)

6、源的頻率，觀察輸出波形的變化。低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，用頻率表監(jiān)測(cè)，用示波器讀出峰峰值填入表格。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析頻率以及相應(yīng)的峰峰值：f(Hz)578.51215172025V(p-p)0.2861.0312.0062.5441.5711.2050.9930.756與實(shí)驗(yàn)十四電渦流實(shí)驗(yàn)振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)比較，可以看出，壓電式傳感器電壓峰峰值變化范圍更大，因此壓電式傳感器的靈敏度更高，測(cè)量結(jié)果更精確。六、 思考題1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道振動(dòng)臺(tái)的自然頻率大致是多少？傳感器輸出波形的相位差大致為多少？答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線可知，振動(dòng)臺(tái)的自然頻率大約為8.5Hz。，所以。實(shí)驗(yàn)十二電渦流

7、傳感器位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆姕u流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。二、基本原理通過(guò)交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬體處在交變磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱(chēng)為渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離x等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場(chǎng)能量，從而改變激磁線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)(線圈與金屬體表面不接觸)，當(dāng)線圈與金屬體表面的距離x以外的所有參數(shù)一定時(shí)可以進(jìn)行位移測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電渦流傳感器、測(cè)微頭、被測(cè)

8、體(鐵圓片)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)平繞線圈。調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值與軸套上的5mm刻度值對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)圖22-4安裝測(cè)微頭、被測(cè)體、電渦流傳感器（注意安裝順序：先將測(cè)微頭的安裝套插入安裝架的安裝孔內(nèi)，再將被測(cè)體鐵圓片套在測(cè)微頭的測(cè)桿上；然后在支架上安裝好電渦流傳感器；最后平移測(cè)微頭安裝套使被測(cè)體與傳感器端面想貼并擰緊測(cè)微頭安裝孔的緊固螺釘）。2、調(diào)節(jié)測(cè)微頭使被測(cè)體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開(kāi)關(guān)切換到20V擋，檢查接線無(wú)誤后開(kāi)啟主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后逆時(shí)針調(diào)節(jié)測(cè)微頭微分筒，每隔0.1mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將?shù)據(jù)列入表格3、畫(huà)出V

9、-X曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及正、負(fù)位移測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)（即曲線線性段的中點(diǎn)）。試計(jì)算測(cè)量范圍為1mm與3mm時(shí)的靈敏度和非線性度（可以用端點(diǎn)法或其他擬合直線）。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析電渦流傳感器位移與相應(yīng)電壓值：X(mm)00.10.23.54.04.54.95.05.1V(v)0000000.010.060.13X(mm)5.25.35.45.55.65.75.85.96.0V(v)0.200.270.340.430.510.590.680.770.86X(mm)6.16.26.36.46.56.66.76.86.9V(v)0.961.051.141.241.341.451.551.6

10、51.75X(mm)7.07.17.68910111213V(v)1.861.972.532.984.105.116.006.727.28X(mm)141515.515.615.715.815.916.016.1V(v)7.738.068.208.238.268.288.308.338.35X(mm)16.216.917.017.518.018.51919.520V(v)8.378.478.488.528.68.678.738.788.83X(mm)20.52121.121.221.321.421.5V(v)8.878.898.898.898.898.898.89從圖中可以看出位移在6mm11

11、mm之間為線性區(qū)域，最佳工作點(diǎn)為位移為8.5mm時(shí)曲線上的點(diǎn)。利用擬合法求靈敏度和非線性度：由于量程為線性范圍，因此把6mm處作為測(cè)量范圍的起點(diǎn)。測(cè)量范圍1mm：曲線擬合如下圖：靈敏度：，所以非線性誤差：所以測(cè)量范圍3mm：曲線擬合如下圖：靈敏度：，所以。非線性誤差：所以六、思考題1、電渦流傳感器的量程與哪些因素有關(guān)，如果需要測(cè)量±5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計(jì)傳感器？答：電渦流傳感器的量程就是傳感器的線性范圍，它受到線圈半徑。被測(cè)體的性質(zhì)及形狀和厚度等因素影響。2、用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測(cè)量時(shí)，如何根據(jù)量程使用選用傳感器？答：要保證所測(cè)量的位移在所選的傳感器量程范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)十四電渦流

12、傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆姕u流傳感器測(cè)量振動(dòng)的原理和方法。二、基本原理通過(guò)交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬體處在交變磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱(chēng)為渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場(chǎng)能量，從而改變激磁線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)(線圈與金屬體表面不接觸)，當(dāng)線圈與金屬體表面的距離以外的所有參數(shù)一定時(shí)可以進(jìn)行位移測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電渦流傳感器、測(cè)微頭、被測(cè)體(

13、鐵圓片)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)示意圖安裝電渦流傳感器。逆時(shí)針轉(zhuǎn)出壓緊螺母，裝上傳感器安裝支架再順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)壓緊螺母并接線。2、將主機(jī)箱中的低頻振蕩器幅度旋鈕逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底，檢查接線無(wú)誤后，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)。3、調(diào)節(jié)振動(dòng)源中的傳感器升降桿，使主機(jī)箱中的電壓表顯示為：實(shí)驗(yàn)十三中鋁圓片材料特性曲線的線性中點(diǎn)位置時(shí)的電壓值。擰緊鎖緊螺母。4、順時(shí)針慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕，使振蕩器輸出電壓峰峰值為2V。調(diào)節(jié)低頻振蕩器振動(dòng)頻率為325Hz之間變化，頻率每增加2Hz，記錄低通濾波器輸出端Vo的值。5、畫(huà)出fVo特性曲線，由曲線估算振動(dòng)臺(tái)的諧振頻率。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析頻率及對(duì)應(yīng)電壓：f(Hz)46810

14、11121416182022Vo(v)0.0690.0760.0850.1900.2910.2800.1000.0730.0590.0520.046六、思考題1、能否用本系統(tǒng)數(shù)顯表頭，顯示振動(dòng)？還需要添加什么元件，如何實(shí)現(xiàn)？答：不能，因?yàn)檩敵鲭妷弘S振動(dòng)不斷變化?？梢蕴砑右粋€(gè)峰值采樣電路，將其輸出接到數(shù)顯表，則可以通過(guò)數(shù)顯表的變化來(lái)觀察振動(dòng)強(qiáng)弱變化2、當(dāng)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)頻率一定時(shí)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅值可以改變振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)幅度，如何利用電渦流傳感器測(cè)量振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)幅度？答：將輸出值接到示波器，測(cè)量輸出信號(hào)的峰峰值，則此峰峰值對(duì)應(yīng)一個(gè)振動(dòng)幅度。將測(cè)得的峰峰值帶入兩者關(guān)系公式，即可得到幅度。實(shí)驗(yàn)十五 直流激勵(lì)時(shí)

15、線性霍爾傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理 根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢(shì)，當(dāng)霍爾元件處在梯度中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的電勢(shì)會(huì)發(fā)生變化，利用這一性質(zhì)可以進(jìn)行位移測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒒魻杺鞲衅?、測(cè)微頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按示意圖接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程開(kāi)關(guān)打到2V檔。2、檢查接線無(wú)誤后，開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使霍爾片處在兩磁鋼的中間位置，再調(diào)節(jié)RW1使數(shù)顯表指示為零。3、向某個(gè)方向調(diào)節(jié)測(cè)微頭2mm，記錄電壓表讀數(shù)作為實(shí)驗(yàn)起始點(diǎn)；再反向調(diào)節(jié)測(cè)微頭，沒(méi)增加0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)，將數(shù)據(jù)記錄入表格；做出V-X曲線，計(jì)算不同測(cè)量范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。五、

16、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析X(mm)8.07.87.67.47.27.06.86.66.4V(V)1.1981.0850.9580.8430.7270.6060.4830.3630.241X(mm)6.26.05.85.65.45.25.04.84.6V(V)0.1190.000-0.124-0.243-0.372-0.490-0.616-0.748-0.869X(mm)4.44.24.0V(V)-0.997-1.125-1.253±2mm時(shí)靈敏度：所以。非線性誤差：所以六、思考題1、本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化？答：反映的是磁場(chǎng)的變化。實(shí)驗(yàn)十七霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)電機(jī)

17、轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻栟D(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。二、基本原理 利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：，當(dāng)被測(cè)圓盤(pán)上裝上N只磁性體時(shí)，圓盤(pán)每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)就變化N此。每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢(shì)通過(guò)放大、整和計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)就可以測(cè)量被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、振動(dòng)源。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)示意圖將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤(pán)上的磁鋼并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼間距離大約為23mm。2、在接線前，先合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源224V旋鈕調(diào)到最小，接入電壓表，監(jiān)測(cè)大約為1.25V；關(guān)閉主機(jī)箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)電源按照示意圖分別接到主機(jī)箱的

18、相應(yīng)電源和頻率/轉(zhuǎn)速表的Fin上。3、合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，在小于12V的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。4、從2v開(kāi)始紀(jì)錄，每增加1v相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析數(shù)據(jù)記錄：電壓（v）23456轉(zhuǎn)速37060083010601300電壓（v）7891011轉(zhuǎn)速15201750197022002430畫(huà)出電機(jī)的vn特性曲線：由上圖可知，轉(zhuǎn)速與電壓呈線性關(guān)系。六、思考題1、利用霍爾元件測(cè)轉(zhuǎn)速，在測(cè)量上是否有限制？答：有。當(dāng)被測(cè)體是磁性體時(shí)不能用霍爾元件測(cè)量。2、本實(shí)驗(yàn)裝置上用了六只磁鋼，能否用一只磁鋼？答：可以，但是會(huì)降低分辨率。實(shí)驗(yàn)十八 磁電式轉(zhuǎn)速傳感

19、器測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獯烹娛綔y(cè)量轉(zhuǎn)速的原理。二、基本原理基于電磁感應(yīng)原理，N匝線圈所在磁場(chǎng)的磁通變化時(shí)，線圈中的感應(yīng)電勢(shì)：發(fā)生變化，因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)上嵌入N個(gè)磁棒時(shí)，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生N次變化，通過(guò)放大、整形和計(jì)數(shù)等電路即可測(cè)量轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、磁電式傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源。四、實(shí)驗(yàn)步驟磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不用接電源，其余和實(shí)驗(yàn)十七相同。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析數(shù)據(jù)記錄：電壓（v）23456轉(zhuǎn)速38067087010901300電壓（v）7891011轉(zhuǎn)速15201740197021902420畫(huà)出電機(jī)vn特性曲線：當(dāng)電壓為2V時(shí)，轉(zhuǎn)速是圍繞380r/min上下波動(dòng)的六、思考題1、為什么磁電式

20、轉(zhuǎn)速傳感器不能測(cè)很低速的轉(zhuǎn)動(dòng)，能說(shuō)明理由嗎？答：實(shí)驗(yàn)二十七 發(fā)光二極管（光源）的照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獍l(fā)光二極管的工作原理；做出工作電流與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系及工作電壓與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，為以后實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。二、基本原理半導(dǎo)體發(fā)光二極管筒簡(jiǎn)稱(chēng)LED。它是由-族化合物制成，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般二極管的正向?qū)胺聪蚪刂埂舸┨匦?。此外，在一定條件下，它還有發(fā)光特性。當(dāng)加上正向激勵(lì)電壓或電流時(shí)，在外電場(chǎng)的作用下，在PN結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和介帶空穴，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子一部分與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光。假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與

21、價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心捕獲，再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，以熱能的形式輻射出來(lái)。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光的復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)um以?xún)?nèi)產(chǎn)生。發(fā)光二級(jí)管的發(fā)光顏色由制作二極管的半導(dǎo)體化合物決定。本實(shí)驗(yàn)使用純白高亮發(fā)光二極管。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱（020mv可調(diào)恒流源、電流表、024V可調(diào)電壓源、照度表），照度計(jì)探頭，發(fā)光二極管，遮光筒。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按照示意圖7-2接線，注意+、極性。2、檢查接線無(wú)誤后，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)。3、調(diào)節(jié)主機(jī)箱中

22、恒流源電流大小（電壓表量程20mA檔），即改變發(fā)光二極管的工作電流大小就可以改變光源的光照度值。拔去發(fā)光二極管的其中一根線頭，則光照度為0。按表格進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)恒流源），得到照度電流對(duì)應(yīng)值。4、關(guān)閉主機(jī)箱電源，再按圖7-3配置接線，注意+、極性。5、合上主機(jī)箱電源，調(diào)節(jié)主機(jī)箱的024v 可調(diào)電壓（電壓表量程2v檔）就可以改變發(fā)光二極管的光照度。按表格進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)電壓源），得到照度電壓對(duì)應(yīng)值。6、根據(jù)表格畫(huà)出發(fā)光二極管的電流照度、電壓照度特性曲線。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析發(fā)光二極管的電流、電壓與照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系：照度（Lx）102030405060708090100電流（mA）0.440.

23、570.680.780.890.981.071.151.221.31電壓（V）2.592.622.652.672.702.722.742.772.792.81照度（Lx）110120130140150160170180190200電流（mA）1.411.501.581.681.761.841.911.972.032.14電壓（V）2.822.842.862.872.902.922.932.962.982.99照度（Lx）210220230240250260270280290300電流（mA）2.242.322.412.502.592.672.782.882.983.06電壓（V）3.013.0

24、23.033.053.073.083.103.123.133.15實(shí)驗(yàn)二十八光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饷綦娮璧墓庹仗匦院头蔡匦?。二、基本原理在光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，器件自身的電阻愈小?；谶@種效應(yīng)的光電器件稱(chēng)光敏電阻。光敏電阻無(wú)極性，其工作特性與入射光光強(qiáng)、波長(zhǎng)和外加電壓有關(guān)。實(shí)驗(yàn)原理圖如下圖。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、光電器件實(shí)驗(yàn)（一）模板、光敏電阻、發(fā)光二極管。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、亮電阻和暗電阻測(cè)量（1）按照下圖接線（注意插孔顏色對(duì)應(yīng)相連）。打開(kāi)主機(jī)箱電源，將的可調(diào)電

25、源開(kāi)關(guān)打到10V檔，再緩慢調(diào)節(jié)024V可調(diào)電源，使發(fā)光二極管兩端電壓為光照度為100Lx時(shí)的電壓值（實(shí)驗(yàn)二十七的標(biāo)定值）。（2）10秒鐘左右讀取電流表的值為亮點(diǎn)流（電流表20mA檔）。（3）將024V可調(diào)電源的調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針?lè)较蚓徛降缀螅?0秒鐘左右讀取電流表的值為暗電流。（4）根據(jù)以下公式，計(jì)算亮阻和暗阻（照度100Lx）：2、光照特性測(cè)量光敏電阻的兩端電壓為定值時(shí)，光敏電阻的光電流隨光照強(qiáng)度的變化而變化，它們之間的關(guān)系是非線性的。調(diào)節(jié)024V電壓得到不同的光照度（根據(jù)實(shí)驗(yàn)二十七光照度對(duì)應(yīng)的電壓值），測(cè)得數(shù)據(jù)填入表格，并做出光電流與光照度的曲線圖。3、伏安特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)光敏電阻在一定的光照

26、強(qiáng)度下，光電流隨外加電壓的變化而變化。測(cè)量時(shí)，光照強(qiáng)度為定值時(shí)（如100Lx），光敏電阻輸入0V、2V10V六檔電壓，測(cè)得光敏電阻上的電流值填入表格，并在同一坐標(biāo)圖中做出不同照度的三條伏安特性曲線。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析光照特性測(cè)量數(shù)據(jù)：光照度（Lx）0102030405060708090100光電流（mA）00.500.660.881.001.161.321.431.581.671.77伏安特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：光敏電阻電壓（V）0246810照度Lx10Lx電流（mA）00.080.170.270.360.4550Lx電流（mA）00.220.450.690.921.16100Lx電流（mA）00

27、.340.691.051.411.77六、思考題 1、為什么測(cè)光敏電阻亮阻和暗阻要經(jīng)過(guò)10秒后再讀數(shù)？ 答： 因?yàn)楣饷綦娮枋且揽糠瞧胶廨d流子效應(yīng)工作的，非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合都是一個(gè)時(shí)間過(guò)程，此過(guò)程在一定程度上影響光敏電阻對(duì)光照的響應(yīng)。因此，測(cè)亮阻和暗阻時(shí)要考慮此時(shí)間過(guò)程，一般取值10秒實(shí)驗(yàn)二十八光敏二極管特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饷舳O管工作原理及特性。二、基本原理當(dāng)入射光子在本征半導(dǎo)體的p-n結(jié)及其附近產(chǎn)生電子空穴對(duì)時(shí)，光生載流子受勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)作用，電子漂移到n區(qū)，空穴漂移到p區(qū)。電子和空穴分別在N區(qū)和p區(qū)積累，兩端便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)光伏效

28、應(yīng)。光敏二極管基于這一原理。如果在外電路把p-n短接，就產(chǎn)生反向的短路電流，光照時(shí)反向電流會(huì)增加，并且光電流和照度基本呈線性關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、光電器件實(shí)驗(yàn)（一）模板、光敏二極管、發(fā)光二極管。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、光照特性將實(shí)驗(yàn)二十八圖中的光敏電阻更換成光敏二極管（注意接孔線的顏色相對(duì)應(yīng)），測(cè)量光敏二極管的亮電流和暗電流。暗電流測(cè)試：將主機(jī)箱中的的可調(diào)電源開(kāi)關(guān)打到6V，合上主機(jī)箱電源，將024V可調(diào)穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針緩慢旋到底，讀取主機(jī)箱上電流表的值即為光敏二極管的暗電流。暗電流基本為0uA，一般光敏二極管小于0.1uA，暗電流越小越好。亮點(diǎn)流測(cè)試：順時(shí)針?lè)较蚓徛恼{(diào)節(jié)024V可調(diào)電源，

29、輸出相應(yīng)的照度電壓值，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表格。根據(jù)表格數(shù)據(jù)，畫(huà)出光敏二極管工作電壓為6V時(shí)的ILx曲線。2、伏安特性測(cè)量光敏二極管在一定的光照強(qiáng)度下，光電流隨外加電壓的變化而變化。測(cè)量時(shí)，在給定光照強(qiáng)度時(shí)，光敏二極管輸入0V、2V10V六檔可調(diào)電壓，測(cè)得光敏二極管上的電流值填入表格。在同一坐標(biāo)中作出不同照度的伏安特性曲線族。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析光照度（Lx）0102030405060708090100光電流（uA）00.130.210.310.390.500.590.690.820.931.02二極管光照特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：由上圖可知，電流與光照度基本上呈線性關(guān)系。光敏電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：光敏電阻電壓（V）0246810照度Lx0電流（uA）00000010電流（uA）00.130.130.130.130.1320電流（uA）00.210.210.210.210.2130電流（uA）00.310.310.310.310.3140電流（uA）00.390.390.390.390.395