實驗一光敏電阻特性實驗

1、.實驗一 光敏電阻特性實驗實驗?zāi)康模?.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)行動態(tài)測量的方法。3.了解簡單光路的調(diào)整原則和方法。4.在一定照度下,測量光敏電阻的電壓與光電流的關(guān)系。5.在一定電壓下,測量光敏電阻的照度與光電流的關(guān)系。實驗原理:光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料制成的光敏傳感器叫光敏電阻,又稱為光導(dǎo)管。是一種均質(zhì)的半導(dǎo)體光電器件,其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。光敏電阻沒有極性,純粹是一個電阻器件,使用時既可加直流電壓,也可以加交流電壓。光敏電阻采用梳狀結(jié)構(gòu)是由于在間距很近的電阻之間有可能采用大的靈敏面積,提高靈敏度。無光照時,光敏電阻值暗電阻

2、很大,電路中電流暗電流很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時,它的阻值亮電阻急劇減小,電路中電流迅速增大。 一般希望暗電阻越大越好,亮電阻越小越好, 此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級, 亮電阻值在幾千歐以下。 2. 光敏電阻的主要參數(shù) 暗電阻：光敏電阻在不受光照射時的阻值稱為暗電阻, 此時流過的電流稱為暗電流。 亮電阻：光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻,此時流過的電流稱為亮電流。 光電流：亮電流與暗電流之差稱為光電流。 3. 光敏電阻的基本特性 伏安特性 光敏電阻的伏安特性如圖1-2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

3、變的情況下,電壓越高,光電流也越大,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。圖1-2光敏電阻的伏安特性曲線2光照特性 光敏電阻的光照特性是描述光電流I和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系,不同材料的光照特性是不同的,絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。光敏電阻的光照特性則如圖 1-3 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1-3 類似。由于光敏電阻的光照特性是非線性的,因此不適宜作測量型的線性敏感元件,在自動控制中光敏電阻常用作開關(guān)量的光電傳感器。圖1-3 光敏電阻的光照特性曲線 光譜特性 光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用,即光敏電阻對不同波長的入射光有不

4、同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性,亦稱為光譜響應(yīng)。圖1-4 為幾種不同材料光敏電阻的光譜特性。 對應(yīng)于不同波長,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。圖 1-4 幾種光敏電阻的光譜特性實驗所需部件:穩(wěn)壓電源、光敏電阻、負(fù)載電阻選配單元、電壓表、各種光源、遮光罩、激光器實驗步驟:測試光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電阻在光電器件模板的試件插座上接入另一光敏電阻,試作性能比較分析。 將光敏電阻完全置入黑暗環(huán)境中將光敏電阻裝入光通路組件,不通電即為完全黑暗,使用萬用表測試光敏電阻引腳輸出端,即可得到光敏電阻的暗電阻R暗。 組裝好光通

5、路組件,將照度計顯示表頭與光通路組件照度計探頭輸出正負(fù)極對應(yīng)相連紅為正極,黑為負(fù)極,將光源調(diào)制單元J4與光通路組件光源接口使用彩排數(shù)據(jù)線相連。 移開遮光罩,在環(huán)境光照下測得的光敏電阻的阻值為亮電阻R亮。 將直流電源正負(fù)極與電壓表頭對應(yīng)相連,打開電源,將直流電流調(diào)到12V,關(guān)閉電源,拆除導(dǎo)線。 按照如下電路連接電路圖,RL取RL=RL6=1M。 打開電源,記錄電壓表的讀數(shù),使用歐姆定理I=U/R得出支路中的電流值I暗 注：在測量光敏電阻的暗電流時,應(yīng)先將光敏電阻置于黑暗環(huán)境中30分鐘以上,否則在測量暗電流時,電壓表的讀數(shù)會較長時間后才能穩(wěn)定,若測試的電壓值在一小范圍內(nèi)變化時,讀數(shù)取電壓的平均值

6、圖2-6 光敏電阻暗電流測試電路光敏電阻的暗電流、亮電流、光電流按照圖1-5接線,分別在暗光及有光源照射下測出輸出電壓暗和U亮,電流L暗=U暗/R,亮電流L亮=U亮/R,亮電流與暗電流之差稱為光電流,光電流越大則靈敏度越高。3. 光敏電阻的伏安特性測試在一定照度下,光敏電阻兩端所加的電壓與流過光敏電阻的電流之間的關(guān)系,稱為伏安特性。按照圖1-5接線,電源可從直流穩(wěn)壓電源+2+12V間選用,每次在一定的光照條件下,測出當(dāng)加在光敏電阻上電壓為+2V；+4V；+6V；+8V；+10V時電阻R兩端的電壓UR,和電流數(shù)據(jù), 圖1-5 光敏電阻的測量電路同時算出此時光敏電阻的阻值,并整理數(shù)據(jù)填入表格。根據(jù)

7、實驗數(shù)據(jù)畫出光敏電阻的伏安特性曲線。 4. 光敏電阻的光照特性測試按照圖1-5接好實驗線路,負(fù)載電阻R選定1K,光源用白熾燈,實驗者可仔細(xì)調(diào)節(jié)光源控制旋鈕,得到不同的光源亮度,每確定一種亮度后改變測試電路工作電壓從0V-12V。從電源電壓UCC=2V開始到UCC=10V,每次在一定的外加電壓下測出光敏電阻在相對光照度從弱光到逐步增強(qiáng)通過白熾燈亮度調(diào)節(jié)的電流數(shù)據(jù),即：,同時求出此時光敏電阻的阻值,即： 。這里要求盡量多的測點(diǎn)不少于4個不同照度下的電流數(shù)據(jù),尤其要在弱光位置選擇較多的數(shù)據(jù)點(diǎn),以使所得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠繪出較為完整的光照特性曲線。整理數(shù)據(jù)填入表格,并根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)畫出光敏電阻的一組光照

8、特性曲線。5. 光敏電阻的光譜特性： 用不同的半導(dǎo)體材料制成的光敏電阻有著不同的光譜特性,見圖1-4。當(dāng)不同波長的入射光照到光敏電阻的光敏面上,光敏電阻就有不同的靈敏度。用高亮度LED紅、黃、綠、藍(lán)作為光源,發(fā)光管與光敏電阻頂端可用附件中的黑色軟管連接。分別測出光敏電阻在各種光源照射下的光電流,再用固體激光器、日光白光作為光源,測得光電流,將測得的數(shù)據(jù)記入表格,據(jù)此做出兩種光電阻大致的光譜特性曲線：光敏電阻的溫度特性：光敏電阻與其他半導(dǎo)體器件一樣,性能受溫度影響較大。隨著溫度的升高電阻值增大,靈敏度下降。請按圖1-5測試電路,分別測出常溫下和加溫可白熾燈光照加熱35分鐘后的伏安特性曲線。注意事

9、項:實驗時請注意不要超過光電阻的最大耗散功率P MAX, PMAX=LU光源照射時燈膽及燈杯溫度均很高,請勿用手觸摸,以免燙傷。實驗時各種不同波長光源選用的高亮度LED在不發(fā)光時均為透明材料封裝,查看顏色及亮度均可從其頂端透鏡前觀察。用做光源時也應(yīng)將透鏡發(fā)光點(diǎn)對準(zhǔn)光敏器件。實驗數(shù)據(jù)：暗電阻的測量測量次數(shù)電源電壓U電流I暗電阻R150無窮2100無窮3120無窮4160無窮2 亮電阻測量測量次數(shù)電源電壓U入射光照強(qiáng)度 電流I亮電阻R112弱1.95615212較弱5.5218312中等6.51.85412較強(qiáng)7.041.70512強(qiáng)8.021.50612很強(qiáng)8.301.45照度 照度 弱 中等

10、很強(qiáng)3 光敏電阻的伏安特性測試光敏電阻伏安特性測試數(shù)據(jù)表暗光 電源電壓伏246810UR毫伏124.7262419566726電阻k歐姆11031.1811327.271116211095.5211040.48電流mA0.170.330.50.670.84光敏電阻伏安特性測試數(shù)據(jù)表正常環(huán)境光照電源電壓伏246810UR伏1.282.443.574.775.79電阻歐姆1285.7141356.5221404.6241392.2411436.86電流mA0.721.562.433.234.21光敏電阻伏安特性測試數(shù)據(jù)表白熾燈照射電源電壓伏246810UR伏1.943.895.847.799.74

11、電阻歐姆645.8333616.1616615.894615.7635609.375電流mA0.480.991.512.032.56光敏電阻伏安特性曲線電流/mA電流/mA4 光敏電阻的光照特性測試：光敏電阻光照特性測試數(shù)據(jù)表電源電壓：2V照度很弱較弱中等較強(qiáng)很強(qiáng)UR伏0.1850.2451.051.251.34光電流mA0.1760.2391.071.191.32光敏電阻光照特性測試數(shù)據(jù)表電源電壓：4V照度很弱較弱中等較強(qiáng)很強(qiáng)UR伏0.3650.4952.112.522.69光電流mA0.3570.5082.1142.652.73光敏電阻光照特性測試數(shù)據(jù)表電源電壓：6V照度很弱較弱中等較強(qiáng)很

12、強(qiáng)UR伏0.5510.7593.183.794.04光電流mA0.5470.7623.153.844.18光敏電阻光照特性測試數(shù)據(jù)表電源電壓：8V照度很弱較弱中等較強(qiáng)很強(qiáng)UR伏0.781.034.255.065.4光電流mA0.721.124.365.125.48光敏電阻光照特性測試數(shù)據(jù)表電源電壓：10V 照度很弱較弱中等較強(qiáng)很強(qiáng)UR伏1.0231.3055.346.356.76光電流mA1.041.385.456.426.89光敏電阻光照特性曲線照度 很弱 照度 很弱 中等 很強(qiáng) 10VI/ mA2V4V6V8V5. 光敏電阻的光譜特性：光源激光紅黃綠藍(lán)光電流4.784.184.024.04

13、3.10光電流20.25.96.11.10.56. 光敏電阻的溫度特性：加熱1分鐘電源電壓伏246810UR伏1.462.934.365.877.46電流1528415669加熱2分鐘電源電壓伏246810UR伏1.092.173.244.35.4電流1.332.684.065.426.77結(jié)果分析：光敏電阻隨入射光線的強(qiáng)弱其對應(yīng)的阻值變化不是線性的,也就不能用它作光電的線性變換。在光敏電阻的暗電流、亮電流、光電流測試中,暗電阻與亮電阻之差為光電阻,光電阻越大,則靈敏度越高。隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng),電阻會變小,而且光照越強(qiáng),電阻減小的越快。通過實驗得到的光敏電阻的電阻與光強(qiáng)間關(guān)系曲線,不是線性關(guān)系, 即光敏電阻的阻值與光強(qiáng)不成反比關(guān)系, 因此光敏電阻不可以用