光敏電阻基本特性及主要參數(shù)的測(cè)試

1、. z.光敏電阻特性測(cè)試及分析理工大學(xué)紫金學(xué)院光電綜合實(shí)驗(yàn)室光敏電阻主要參數(shù)及根本特性的測(cè)試一、工作原理光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化光敏

2、電阻的主要參量有暗電阻，亮電阻、光譜圍、峰值波長(zhǎng)和時(shí)間常量等。根本特性有伏安特性、光照特性、光譜特性等。伏安特性是指在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓和光電流之間的關(guān)系。光照特性是指在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流與光通亮的關(guān)系。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：1紫外光敏電阻器：對(duì)紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線。2紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)、紅外光譜，紅外通信等國(guó)防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。3可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺

3、、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開關(guān)門戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和位置檢測(cè)器，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)掌握光敏電阻工作原理2、學(xué)習(xí)掌握光敏電阻的根本特性3、掌握光敏電阻特性測(cè)試的方法4、了解光敏電阻的根本應(yīng)用三、實(shí)驗(yàn)容1、光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電阻測(cè)試實(shí)驗(yàn)根本參數(shù)測(cè)試2、光敏電阻的暗電流、亮電流、光電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)根本參數(shù)測(cè)試3、光敏電阻的光譜特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)特性測(cè)試4、光敏電阻的伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)特性測(cè)試四、測(cè)試儀器的技術(shù)參數(shù)及構(gòu)

4、造原理儀器的測(cè)量精度：電壓：0.01V電流：0.01mA光學(xué)參數(shù)偏振片口徑：35mm導(dǎo)軌長(zhǎng)度： 980mm構(gòu)造原理：構(gòu)造如圖一所 示，在導(dǎo)軌上安置四個(gè)磁力滑座，分別將光源、起偏器、 減偏器、接收器插入滑座內(nèi)。翻開光源，調(diào)整光源，使平行光均勻入射到偏振片上，調(diào)整接收器使它們處于同一光軸。旋轉(zhuǎn)偏振器的手輪刻度為零時(shí)通過的光能最強(qiáng)、刻度為90時(shí)通過的光能最弱。通過旋轉(zhuǎn)手輪改變?nèi)肷涞浇邮掌鞯墓鈴?qiáng)。根據(jù)光敏電阻特性：在一定照度下測(cè)量光敏電阻的電壓與光電流的關(guān)系；在一定工作電壓下，測(cè)量光敏電阻的照度與光電流的關(guān)系。 1 2 3 4 5 1光源 2起偏器 3減偏器 4線性穩(wěn)壓電源 5接收器 圖一5、儀器接線

5、表6、儀器的調(diào)整目測(cè)調(diào)節(jié)光源、各偏振片、接收器、的中心軸大致等高，并處于同一軸線上，使出射光能均勻照射到光敏電阻并使光電流輸出最大。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)試光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電阻觀察光敏電阻的構(gòu)造,用遮光罩將光敏電阻完全掩蓋,用萬用表測(cè)得的電阻值為暗電阻R暗,移開遮光罩，在環(huán)境光照下測(cè)得的光敏電阻的阻值為亮電阻，亮電導(dǎo)與暗電導(dǎo)之差為光電導(dǎo)，光電導(dǎo)越大，則靈敏度越高。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。2、光敏電阻的暗電流、亮電流、光電流按照?qǐng)D(3)接線，電源可從+2+8V間選用，分別在暗光和正常環(huán)境光照下測(cè)出暗電流Id和亮電流IL,則光電流Ip=IL-Id，光電

6、流越大則靈敏度越高。分別測(cè)出兩種光敏電阻的亮電流，并和暗電做性能比較。3光敏電阻的光譜特性：用不同的材料制成的光敏電阻有著不同的光譜特性，見圖2光敏電阻的光譜特性曲線。圖2幾種光敏電阻的光譜特性當(dāng)不同波長(zhǎng)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。更改發(fā)光光源，用高亮度LED紅、黃、綠、藍(lán)、白作為光源，其工作電源可選用直流穩(wěn)壓電源的正電源。所選限流電阻用1K100K的可變電位器，首先應(yīng)置電位器阻值為最大，翻開電源后緩慢調(diào)小阻值，使發(fā)光管逐步發(fā)光并至最亮，當(dāng)發(fā)光管到達(dá)最高亮度時(shí)不應(yīng)再減小限流電阻阻值,確定限流電阻阻值后不再改變。依次將各發(fā)光管接入光電器件模板上的發(fā)光管插座，各種光源

7、的發(fā)光亮度可用照度計(jì)測(cè)得并可調(diào)節(jié)發(fā)光管電路使之光照度一致。發(fā)光管與光敏電阻頂端可用一個(gè)黑色軟管連接。分別測(cè)出光敏電阻在各種光源照射下的光電流，再用固體激光器作為光源，測(cè)得光電流，將測(cè)得的數(shù)據(jù)記入下表，據(jù)此作出兩種光電阻大致的光譜特性曲線：光源/光電流激光紅黃綠藍(lán)白光敏電阻I光敏電阻4.光敏電阻的伏安特性:在一定光照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關(guān)系。按照?qǐng)D(3)分別測(cè)得偏壓為3V、6V、9V、12V時(shí)的光電流，并嘗試高照射光源的光強(qiáng)，測(cè)得給定偏壓時(shí)光強(qiáng)度的提高與光電流增大的情況。圖3光敏電阻的測(cè)量電路將所測(cè)得的結(jié)果填入表格并作出V/I曲線。偏壓/光照度150300450600750

8、900背景光3V6V9V12V5.光敏電阻的光電特性：在一定的電壓作用下，光敏電阻的光電流與照射光通量的關(guān)系為光電特性。見圖4所示。圖4光敏電阻的光電特性通過旋轉(zhuǎn)手輪改變?nèi)肷涞浇邮掌鞯墓鈴?qiáng)。根據(jù)光敏電阻特性：在一定照度下測(cè)量光敏電阻的電壓與光電流的關(guān)系；在一定工作電壓下，測(cè)量光敏電阻的照度與光電流的關(guān)系。將所測(cè)數(shù)據(jù)記入下表：光通量/光電流光通量1光通量2光通量3光通量4光通量。12V偏壓修改？6.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(qǐng)按圖(3)測(cè)試電路，分別測(cè)出常溫下和加溫(可用電烙鐵靠近加溫或用電吹風(fēng)加溫，電烙鐵切不可直

9、接接觸器件)后的伏安特性曲線?；颍褐糜诎倒鈼l件下，翻開高亮度光源燈光，調(diào)節(jié)光源與光敏電阻的距離和照射角度，改變光敏電阻上入射光的光通量，觀察光電流的變化。7.光敏電阻的頻率特性:當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照時(shí)，光電流要經(jīng)過一段時(shí)間才能到達(dá)穩(wěn)態(tài)值，光照突然消失時(shí)，光電流也不立刻為零。這說明光敏電阻有時(shí)延特性。由于不同材料的光敏電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不一樣。但多數(shù)光敏電阻的時(shí)延都較大，因此不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，這是光敏電阻的一個(gè)缺陷。六、光敏電阻的應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)：1，光電自動(dòng)控制電路圖6光電自動(dòng)控制電路見圖6。VT1和VT2接成類似復(fù)合管電路形式，VT1的發(fā)射極電流也是VT2的基極電

10、流，R2既是VT1的負(fù)載電阻器又是VT2的基極限流電阻器。因此，當(dāng)VT1基極輸入微弱的電流0.1mA，可以控制末級(jí)VT2較強(qiáng)電流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流500mA的變化。VT1選用小功率NPN型硅管9013，hfe200。同前計(jì)算方法，維持兩管同時(shí)飽和導(dǎo)通時(shí)VT1基極偏置電阻器R1約為3.3k，減去光敏電阻器RG亮阻2k，限流電阻器R1實(shí)取1k。光敏傳感器也可以采用光敏二極管，使用時(shí)要注意極性，光敏二極管的負(fù)極接供電電源正極。光敏二極管對(duì)控制光線有方向性選擇，且靈敏度較高，也不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)光照射后的疲勞現(xiàn)象。2繼電器光控電路圖7繼電器光控電路圖7為繼電器光控電路, 繼電器K選用JRC21F等超小型弱功率

11、電磁繼電器，線圈電壓選6V，消耗功率0.36W。由于繼電器線圈工作電流60mA，比玩具電動(dòng)機(jī)工作電流小，比蜂鳴器、發(fā)光二極管工作電流大，因此設(shè)計(jì)電路時(shí)各元件參數(shù)介于兩者之間，圖中參數(shù)供參考。在圖9繼電器電路中，F(xiàn)為銜鐵，D為常閉觸點(diǎn)，E為常開觸點(diǎn)。當(dāng)有光照射光敏電阻時(shí)，繼電器吸合，常開觸點(diǎn)FE接通，發(fā)光二極管VD1點(diǎn)亮，R2為限流電阻器。圖9控制開關(guān)S換成干簧管開關(guān)、雙金屬?gòu)?fù)片開關(guān)，就可以進(jìn)展磁控和熱控自動(dòng)控制了。繼電器觸點(diǎn)可以根據(jù)需要選用常開或常閉觸點(diǎn)。由于繼電器觸點(diǎn)與傳感控制電路隔離，選用JR*型繼電器，其觸點(diǎn)可以接220V交流電，直接驅(qū)動(dòng)交流電用電器。R1的阻值可選在210K之間3光控開

12、關(guān)和報(bào)警電路圖8光控開關(guān)和報(bào)警電路及局部示意圖當(dāng)光照度增加時(shí)，光敏電阻cds阻值減小，當(dāng)光照度到達(dá)*一門限值以上時(shí)，VT1發(fā)射極電位上升使VT2飽和導(dǎo)通，VT2集電極電位接近于0，使音樂集成電路得到足夠大的工作電流，喇叭發(fā)出音樂報(bào)警聲。當(dāng)光照度降到門限值以下時(shí)，VT2截止，VT2集電極電位接近于電源電壓，音樂集成電路無電流，不工作。也可采用一級(jí)共發(fā)射極放大電路直接驅(qū)動(dòng)音樂集成電路，但光照靈敏度會(huì)降低。在正常室光下，即使去掉RP1以增大基極電流，VT1也不會(huì)飽和，只有強(qiáng)光才能使VT1飽和導(dǎo)通從而使音樂片發(fā)出音響。假設(shè)希望提高電路對(duì)光照反響靈敏度，可加大RP1或R1的阻值。音樂集成電路KD153由產(chǎn)生樂曲的芯片和一只NPN型三極管組成，三極管的作用是放大聲音信號(hào)。音樂集成電路的電路連接圖中懸空端為觸發(fā)極M，該端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，觸發(fā)芯片工作，發(fā)出一段音