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文檔簡介
光敏傳感器的光電特性測量實驗
高峰遼寧科技大學(xué)物理與計算科學(xué)實驗中心目錄1.引言2.實驗?zāi)康?.實驗原理4.實驗的儀器5.實驗的方法與步驟6.實驗的結(jié)果與分析7.對照表8.注意事項大型硅光電池(藏北)一、引言1.光敏傳感器:是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器,也稱為光電式傳感器。光敏傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng),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。外光電效應(yīng)是指在光照射下,電子逸出物體表面的外發(fā)射的現(xiàn)象,也稱光電發(fā)射效應(yīng),基于這種效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)是指入射的光強改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象,稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。幾乎大多數(shù)光電控制應(yīng)用的傳感器都是此類,通常有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池等。2.光敏電阻:又稱光導(dǎo)管,常用的制作材料為硫化鎘,另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下,其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電,在外加電場的作用下作漂移運動,電子奔向電源的正極,空穴奔向電源的負極,從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。3.光敏電阻演示二、實驗?zāi)康?/p>
1.了解光敏電阻的電阻特性,掌握光敏電阻的伏安特性及其隨光照強度的變化規(guī)律。
2.測出它的伏安特性曲線和光照特性曲線。三、實驗原理1.原理與結(jié)構(gòu):
原理:當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時,若光電導(dǎo)體為某種本征半導(dǎo)體材料,光輻射能量足夠強,(光導(dǎo)材料價帶的電子將激發(fā)到導(dǎo)帶上去,從而使導(dǎo)帶的電子和價帶的空穴增加,致使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大。)將產(chǎn)生內(nèi)光電效應(yīng),實現(xiàn)能級的躍遷,產(chǎn)生內(nèi)光電效應(yīng)要求入射光的能量大于一個特定的數(shù)值,即光敏電阻對光具有選擇性。
結(jié)構(gòu):管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體。光導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng),只限于光照的表面薄層,雖然產(chǎn)生的載流子也有少數(shù)擴散到內(nèi)部去,但擴散深度有限,因此光電導(dǎo)體一般都做成薄層。為了獲得高的靈敏度,光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案。符號:2.光敏電阻的伏安特性
光敏電阻在一定的入射照度下,光敏電阻的電流I與所加電壓U之間的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。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)計時選擇電參數(shù)的重要依據(jù)。下面是某種光敏電阻的一族伏安特性曲線??梢钥闯?,光敏電阻是一個純電阻,其伏安特性線性良好,在一定照度下,電壓越大光電流越大,但必須考慮光敏電阻的最大耗散功率,超過額定電壓和最大電流都可能導(dǎo)致光敏電阻的永久性損壞。3、光照特性光敏傳感器的光譜靈敏度與入射光強之間的關(guān)系稱為光照特性,有時光敏傳感器的輸出電壓或電流與入射光強之間的關(guān)系也稱為光照特性,下面是某種光敏電阻的光照特性??梢钥闯龉饷綦娮璧墓庹仗匦猿史蔷€性,一般不適合作線性檢測元件。
四、實驗儀器五、實驗內(nèi)容與步驟1.實驗內(nèi)容:1.1測量光敏電阻的伏安特性,用計算機軟件繪出伏安特性曲線.1.2測量光敏電阻的光照特性,用計算機軟件繪出光照特性曲線.2.實驗步驟:2.1光敏電阻的伏安特性測試實驗2.1.1按示意圖接好實驗線路。將檢測用光敏電阻裝入待測點,連結(jié)主機UCC:2-12V電源;光源標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈連接0--24V(可調(diào))光源電壓;R1兩端的電壓UR1接入數(shù)字電壓表。在一定的光照(如光源電壓12V,距離100mm)條件下,測出加在光敏電阻上電壓UCC為+2V;+4V;+6V;+8V;+10V;+12V時的6個光電流數(shù)據(jù),即,算出此時光敏電阻的阻值,即。
GR1光敏電阻+2--+12VR11KOUTUCCUR1實驗線路圖線路版面圖光源電壓版面圖2.2光敏電阻的光照特性實驗2.2.1實驗線路同測量伏安特性線路2.2.2選擇UCC=6V、光源電壓為0.00V;3.00V;6.00V;9.00V;12.00V;15.00V18.00V;21.00V;24.00V,距離為100mm時,測出光敏電阻的時的8個光電流數(shù)值,在計算:GR1光敏電阻+2--+12VR11KOUT六.實驗的結(jié)果與分析U電源/VU1/VU光敏/VI光敏/mA2.00.841.160.844.01.682.321.686.02.573.432.578.03.424.583.4210.04.305.704.30表1.光敏電阻伏安特性測量Tab.注1:光照25.00Mv(12V);R1=1kΩ;U光敏=U電源-U1;I光敏=U1/R1注:可用計算機軟件繪制光照/mVU1/VI光敏/mA5.00(0.00)0.480.4810.00(3.00)1.051.0515.00(6.00)1.631.6320.00(9.00)2.152.1525.00(12.00)2.582.5830.00(15.00)2.932.9335.00(18.00)3.243.2440.00(21.00)3.493.4945.00(24.00)3.713.71表.2光敏電阻光照特性Tab.注2:U電源=6.0V(10V);R1=1KΩ;I光敏=U1/R1注:可用計算機軟件繪制七、電壓與照度對照光源電壓/v距離/mm光照度/Lux光源電壓/v距離/mm光照度/Lux24.024.024.024.02020202018181818161616161414141450100150200501001502005010015020050100150200501001502009003001501005001608050300100503518065352012040201212.0012.0012.0012.0010.0010.0010.0010.008.008.008.008.006.006.006.006.004.004.004.004.0050100150200501001502005010015020050100150200501001502006220126.030.
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