光敏電阻伏安特性光敏二極管光照特性

1、(FB815型光敏傳感器光電特性實驗儀)凡是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器稱為光敏傳感器，也稱為光電式傳感器，它可用于檢測直接由光照明度變化引起的非電量，如光強(qiáng)、光照度等；也可間接用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其它非電量，如零件直徑、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物體形狀、工作狀態(tài)識別等。光敏傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，因而在工業(yè)自動控制及智能機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。光敏傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，通常分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類，在光輻射作用下電子逸出材料的表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射現(xiàn)象，則稱為外光電效應(yīng)或光電子發(fā)射效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。另一種現(xiàn)象是電子并

2、不逸出材料表面的，則稱為是內(nèi)光電效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)都是屬于內(nèi)光電效應(yīng)。好多半導(dǎo)體材料的很多電學(xué)特性都因受到光的照射而發(fā)生變化。因此也是屬于內(nèi)光電效應(yīng)范疇，本實驗所涉及的光敏電阻、光敏二極管等均是內(nèi)光電效應(yīng)傳感器。通過本設(shè)計性實驗可以幫助學(xué)生了解光敏電阻、光敏二極管的光電傳感特性及在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用?！緦嶒炘怼?光電效應(yīng)：（1）光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)光照射到某些半導(dǎo)體材料上時，透過到材料內(nèi)部的光子能量足夠大，某些電子吸收光子的能量，從原來的束縛態(tài)變成導(dǎo)電的自由態(tài)，這時在外電場的作用下，流過半導(dǎo)體的電流會增大，即半導(dǎo)體的電導(dǎo)會增大，這種現(xiàn)象叫光電導(dǎo)效應(yīng)。它是一種內(nèi)光電效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)可分為本

3、征型和雜質(zhì)型兩類。前者是指能量足夠大的光子使電子離開價帶躍入導(dǎo)帶，價帶中由于電子離開而產(chǎn)生空穴，在外電場作用下，電子和空穴參與電導(dǎo)，使電導(dǎo)增加。雜質(zhì)型光電導(dǎo)效應(yīng)則是能量足夠大的光子使施主能級中的電子或受主能級中的空穴躍遷到導(dǎo)帶或價帶，從而使電導(dǎo)增加。雜質(zhì)型光電導(dǎo)的長波限比本征型光電導(dǎo)的要長的多。（2）光生伏特效應(yīng)：在無光照時，半導(dǎo)體結(jié)內(nèi)部有自建電場。當(dāng)光照射在結(jié)及其附近時，在能量足夠大的光子作用下，在結(jié)區(qū)及其附近就產(chǎn)生少數(shù)載流子（電子、空穴對）。載流子在結(jié)區(qū)外時，靠擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)區(qū)；在結(jié)區(qū)中時，則因電場的作用，電子漂移到區(qū)，空穴漂移到區(qū)。結(jié)果使區(qū)帶負(fù)電荷，區(qū)帶正電荷，產(chǎn)生附加電動勢，此電動勢稱為光

4、生電動勢，此現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。2光敏傳感器的基本特性：光敏傳感器的基本特性則包括：伏安特性、光照特性等。伏安特性：光敏傳感器在一定的入射光照度下，光敏元件的電流與所加電壓之間的關(guān)系稱為光敏器件的伏安特性。改變照度則可以得到一族伏安特性曲線。它是傳感器應(yīng)用設(shè)計時的重要依據(jù)。掌握光敏傳感器基本特性的測量方法，為合理應(yīng)用光敏傳感器打好基礎(chǔ)。本實驗主要是研究光敏電阻、光敏二極管的基本特性。（1）光敏電阻：利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料制成的光敏傳感器稱為光敏電阻。目前光敏電阻應(yīng)用的極為廣泛，其工作過程為，當(dāng)光敏電阻受到光照時，發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)，光敏電阻電導(dǎo)率的改變量為： （1） 在（1）式中，為電子

5、電荷量，為空穴濃度的改變量，為電子濃度的改變量，表示遷移率。當(dāng)兩端加上電壓后，光電流為： （2）式中為與電流垂直的表面積，為電極間的間距。在一定的光照度下，為恒定的值，因而光電流和電壓成線性關(guān)系。光敏電阻的伏安特性如圖所示，不同的光強(qiáng)以得到不同的伏安特性，表明電阻值隨光照度發(fā)生變化。光照度不變的情況下，電壓越高，光電流也越大，而且沒有飽和現(xiàn)象。當(dāng)然，與一般電阻一樣光敏電阻的工作電壓和電流都不能超過規(guī)定的最高額定值。(2）光敏二極管：光敏二極管的伏安特性相當(dāng)于向下平移了的普通二極管，如圖所示。零偏壓時，光敏二極管有光電流輸出。光敏二極管的光照特性亦呈良好線性，如圖。光敏二極管的的電流靈敏度一般為

6、常數(shù)。一般在作線性檢測元件時，選擇光敏二極管。實驗（一）光敏電阻的伏安特性測試【實驗?zāi)康摹苛私鈨?nèi)光效應(yīng)。通過實驗掌握光敏電阻工作原理。了解光敏電阻的基本特性，測出它的伏安特性曲線曲線。【實驗儀器】型光敏傳感器光電特性設(shè)計性實驗儀，萬用電表一只，導(dǎo)線若干?！緦嶒灢襟E】1、按實驗儀面板示意圖接好實驗線路，光源用標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈。將檢測用光敏電阻 裝入待測點，連結(jié)電源，光源電壓電源（可調(diào)）。2、 先將可調(diào)光源調(diào)至一定的光照度， 每次在一定的光照條件下，測出電源電壓為：時電阻兩端的電壓，從而得到個光電流數(shù)據(jù)，同時算出此時光敏電阻的阻值，即。以后調(diào)節(jié)相對光強(qiáng)重復(fù)上述實驗（要求至少在三個不同照度下重復(fù)以上實驗）

7、。3、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏電阻的一族伏安特性曲線。表1 光敏電阻伏安特性測試數(shù)據(jù)表（照度：173Lux）電源電壓（V）24681012R1電壓UR1（V）光電流Iph光敏電壓U0（V）光敏電阻Rg表2 光敏電阻伏安特性測試數(shù)據(jù)表（照度：861Lux）電源電壓（V）24681012R1電壓UR1（V）光電流Iph光敏電壓U0（V）光敏電阻Rg表3 光敏電阻伏安特性測試數(shù)據(jù)表（照度：2350Lux）電源電壓（V）24681012R1電壓UR1（V）光電流Iph光敏電壓U0（V）光敏電阻Rg實驗（二）光敏二極管的光照度特性測試【實驗?zāi)康摹苛私夤饷舳O管的工作原理。了解硅光敏二極管的基本特性，并測出它

8、的光照特性曲線。【實驗儀器】型光敏傳感器光電特性設(shè)計性實驗儀，萬用電表一只，導(dǎo)線若干。【實驗步驟】1、按實驗儀面板示意圖接好實驗線路。2、選擇一定的偏壓，每次在一定的偏壓下測出光敏二極管在相對光照度為“弱光”到逐步增強(qiáng)的光電流數(shù)據(jù)，其中（為取樣電阻）。這里要求至少測出個不同的反偏電壓下的數(shù)據(jù)。3、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏二極管的一族光照特性曲線。表1光敏二極管光照特性測試數(shù)據(jù)表（電壓：-4V）照度173328548861125817742350光電流表2 光敏二極管光照特性測試數(shù)據(jù)表（電壓：-8V）照度173328548861125817742350光電流表3 光敏二極管光照特性測試數(shù)據(jù)表（電壓：

9、-12V）照度173328548861125817742350光電流型光敏傳感器光電特性設(shè)計性實驗儀，其結(jié)構(gòu)如圖所示。該實驗儀由光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池四種光敏傳感器及可調(diào)電源、電阻箱（自備）、數(shù)字萬用表，九孔接線板與光學(xué)暗箱所組成。具體介紹如下。1.光學(xué)暗箱(見圖2)：光學(xué)暗箱的大小為，中間位置是九孔實驗板，學(xué)生可以在上面按自己的需要搭建實驗電路，在箱子的左里邊有編號的接線孔，從里面直接連到箱子左側(cè)的外面，實驗時將外用電源，測量萬用表及變阻箱通過不同的接線口接入箱里的實驗電路，當(dāng)箱子密封以后，里面就與外界完全隔絕，工作時照明光路是置于暗箱中進(jìn)行，從而消除雜散光對實驗的影響。

10、圖2是暗箱分布示意圖。2 . JK-30工作電源(見圖3)：本實驗儀配有JK-30工作電源，圖為專用電源面板功能分布圖。主要提供兩路工作電壓，一路光電源輸出，供白幟燈發(fā)光，電壓可變，另一路傳感器工作電源，有等量值變化，以保證實驗的不同需要。光敏傳感器的照度可以通過調(diào)節(jié)可調(diào)光源的電壓或改變光源與傳感器之間的距離來調(diào)節(jié)。3. 其他實驗配件(見圖4)：【附錄1】FB815光敏傳感器光電特性實驗儀相對照度（）參考表距離(cm)電壓56789101223501950170015301400130011177414591280115610529801012581059923825756704986172963256751948085484694113683383