光敏電阻實(shí)驗(yàn)

1、 中國(guó)石油大學(xué)智能儀器實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)班級(jí)：姓名：同組者：教師：光敏電阻實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解光敏電阻的工作原理；2、掌握光敏電阻的光電特性，光譜響應(yīng)特性，頻率特性等基本特性3、理解光敏電阻的一般應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)原理】軻脂腕:REINGLUE：|電極:EI_E匚TF2口口曰導(dǎo)線11_三1=1匚門SREE：光敏電阻是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻，對(duì)光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化它在無(wú)光照射時(shí)，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時(shí)，其電阻值迅速減小光敏電阻通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成的，如圖1所示?？梢?jiàn)光波段和大氣透過(guò)的幾個(gè)窗口都有適用的光敏電阻利用光敏電阻

2、制成的光控開關(guān)在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn),廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制電路（如自動(dòng)照明燈控制電路、自動(dòng)報(bào)警電路等）、家用電器（如電視機(jī)中的亮度自動(dòng)調(diào)節(jié),照相機(jī)的自動(dòng)曝光圖1光敏電阻結(jié)構(gòu)圖控制等）及各種測(cè)量?jī)x器中。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)光電效應(yīng)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,=,pe卩pe卩n1） ,n為電子濃度的改變量，卩表示遷移率。（2）在（1）式中，e為電荷電量，,p為空穴濃度的改變量,當(dāng)兩端加上電壓U后，光

3、電流為：AI二,Uphd式中A為與電流垂直的表面，d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2所示，不同的光照度可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(méi)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(guò)規(guī)定的最高額定值。圖2光敏電阻的伏安特性曲線圖3光敏電阻的光電特性曲線當(dāng)光電器件電極上的電壓一定時(shí)，光電流與入射到光電器件上的光照強(qiáng)度之間的關(guān)系稱為光照特性。光敏電阻的光照特性則如圖3所示。不同的光敏電阻的光照特性是不同的，但是在大多數(shù)的情況下，曲線的形狀都與圖3

4、的結(jié)果類似。由于光敏電阻的光照特性是非線性的，因此不適宜作線性敏感元件，這是光敏電阻的缺點(diǎn)之一。所以在自動(dòng)控制中光敏電阻常用作開關(guān)量的光電傳感器。光敏電阻對(duì)入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。圖4為幾種不同材料光敏電阻的光譜特性。對(duì)應(yīng)于不同波長(zhǎng)，光敏電阻的靈敏度是不同的，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng)曲線也不同。100100硫化鉛808060硫化鉛)%60硫化鎘40硫化鉈/(S4020硫化鎘2001.53010100100010000/Af/Hz圖4光敏電阻的光譜特性圖5光敏電阻的

5、頻率特性實(shí)驗(yàn)證明，光敏電阻的光電流對(duì)光照強(qiáng)度的變化有一定的響應(yīng)時(shí)間，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時(shí)間常數(shù)表示。光敏電阻自光照停止到光電流下降至原值的63%時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間稱為光敏電阻的時(shí)間常數(shù)。大多數(shù)的光敏電阻時(shí)間常數(shù)都較大，這是它的缺點(diǎn)之一。不同材料的光敏電阻具有不同的時(shí)間常數(shù)（毫秒數(shù)量級(jí)），因而它們的頻率特性也就各不相同。圖5為硫化鎘和硫化鉛兩種不同材料的光敏電阻的頻率特性，即相對(duì)靈敏度KI與光強(qiáng)變化頻率f之間的關(guān)系曲線。此外，光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大?？傊?，光敏電阻具有光譜特性好、允許的光電流大、靈敏度高、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。【

6、實(shí)驗(yàn)裝置】SET-GX型光電傳感器特性實(shí)驗(yàn)箱；示波器【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、光敏電阻的光電特性將白熾燈光源的連接線接到儀器面板右下角光源輸出位置。在白熾燈光源上的兩個(gè)安裝孔中分別插入光敏電阻和照度計(jì)探頭。將光敏電阻和電流表分別接入光敏電阻單元中的相應(yīng)位置，接電流表時(shí)注意正負(fù)，即構(gòu)成下圖6所示的電路。圖6打開儀器主電源及照度計(jì)，光源開關(guān)暫時(shí)不開。記下電流表的讀數(shù)（暗電流），并將數(shù)據(jù)填入表1。按下光源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)光旋鈕，每隔5Lx記錄電流表讀數(shù)，直至電流表達(dá)到滿偏，并繪制相應(yīng)的表格。根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)做出照度-電流曲線。二、光敏電阻的光譜響應(yīng)特性將白熾燈光源的連接線接到儀器面板右下角光源輸出位置，在光源光譜

7、三棱鏡支架上放好三棱鏡，將光敏電阻傳感器插入光譜盒后面的傳感器安裝孔。開啟電源及光源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)光旋鈕至最大，調(diào)整三棱鏡及光譜盒位置，使光譜盒內(nèi)成一條豎直的色帶，如不準(zhǔn)可適當(dāng)調(diào)節(jié)透鏡及狹縫位置。將光敏電阻接入光敏電阻單元的相應(yīng)位置，電流表不接。輸出Vo接電壓表。轉(zhuǎn)動(dòng)光譜支架調(diào)整螺母，使傳感器透光狹縫處于紅外外測(cè)，并使輸出最小，光譜指針指在紅外區(qū)域。記下此時(shí)電壓表讀數(shù)，填入表2中。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺母，使透光狹縫慢慢進(jìn)入有效光譜區(qū)域,從電壓表數(shù)字開始變化起,參考光譜分布圖每隔一定的A入記下一數(shù)值，直到紫外外側(cè)并觀察光譜指示發(fā)光管的變化。做出波長(zhǎng)-電壓響應(yīng)曲線。根據(jù)該曲線，對(duì)照光譜分布圖可得出該光敏電阻光

8、譜響應(yīng)及峰值波長(zhǎng)的大致范圍。三、光敏電阻的應(yīng)用研究（一）光敏電阻做光敏開關(guān)將白熾燈光源的連接線接到儀器面板右下角光源輸出位置，將光敏電阻傳感器插入白熾燈光源上的傳感器安裝孔。將光敏電阻接入光敏電阻單元相應(yīng)位置，電流表不接。輸出Vo接電壓表。輸出指示開關(guān)置于照度指示。開啟電源及光源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)光旋鈕，逐漸增大光強(qiáng)，觀察光敏電阻單元上的LED燈的變化如何。（二）光敏電阻做色度敏感開關(guān)在光源光譜三棱鏡支架上放好三棱鏡，調(diào)整三棱鏡及光譜盒位置，使光譜盒內(nèi)成一條豎直的色帶，如不準(zhǔn)可適當(dāng)調(diào)節(jié)透鏡及狹縫位置。將光敏電阻傳感器放入光譜盒后面的傳感器安裝孔中，接線不變。光敏電阻單元上的輸出指示開關(guān)置于光譜指示，

9、調(diào)節(jié)光強(qiáng)至最大，觀察不同波長(zhǎng)的光照對(duì)光敏電阻的影響。轉(zhuǎn)動(dòng)光譜支架，調(diào)整螺母使傳感器透光狹縫進(jìn)入光譜帶紅光一側(cè)。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺母，在光譜帶內(nèi)移動(dòng)狹縫，并注意光敏電阻單元上的LED燈的閃亮。描述該現(xiàn)象，并說(shuō)明該現(xiàn)象說(shuō)明了什么？數(shù)據(jù)記錄及處理】表1光照度/Lx051015202530354045電流/mA01.101.802.402.913.333.804.344.674.98由表1數(shù)據(jù)做出照度-電流曲線，如下圖：照度/Lx在光照度較小時(shí)（小于50Lx），電流和照度很好的滿足了線性關(guān)系。表2波長(zhǎng)(um)0.78近紅外0.78紅0.622橙0.597黃0.577綠0.492藍(lán)0.1730.5890.759

10、0.6820.5560.163由表2數(shù)據(jù)做出波長(zhǎng)-電壓響應(yīng)曲線，如下圖：波長(zhǎng)-電壓響應(yīng)曲線電壓/v該光敏電阻峰值波長(zhǎng)的大致在0.600um左右。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1）光敏電阻做光敏開關(guān)：LED燈逐漸變亮。（2）光敏電阻做色度敏感開關(guān)：傳感器透光狹縫由光譜帶紅光一側(cè)進(jìn)入，旋轉(zhuǎn)至光譜帶藍(lán)光一側(cè)，光敏電阻單元上的LED燈先變亮，在橙黃區(qū)域亮度達(dá)到最大，之后變暗。該現(xiàn)象說(shuō)明該光敏電阻對(duì)橙黃顏色的光比較敏感。思考題】如何控制光源照射到光敏電阻上的光強(qiáng)的大??？通過(guò)改變加在光源兩端的電壓大小，改變光源的明亮程度；通過(guò)改變透光狹縫的大小，改變光源照射到光敏電阻上的光強(qiáng)。討論光敏電阻主要應(yīng)用在什么場(chǎng)合。常見(jiàn)的光敏電阻材料，如半導(dǎo)體硫化鎘，用在相機(jī)的測(cè)光表，路燈（達(dá)到一定的暗度