光敏電阻特性測定及其應(yīng)用

1、實驗十一 光敏電阻特性測定及其應(yīng)用一、實驗任務(wù)1、學(xué)習(xí)光敏電阻的導(dǎo)電機理，測量其照度特性。2、應(yīng)用光敏電阻設(shè)計自動燈電路。3、學(xué)生自己應(yīng)用光敏電阻設(shè)計一種電路。二、實驗原理1. 光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理 光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光 電器件。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。無光照時，光敏電阻值(暗電阻)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

2、級， 亮電阻值在幾千歐以下。光敏電阻的結(jié)構(gòu)很簡單，圖 1( a)為金屬封裝的硫化鎘光敏電阻的結(jié)構(gòu)圖。在玻璃底 板上均勻地涂上一層薄薄的半導(dǎo)體物質(zhì)， 稱為光導(dǎo)層。 半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極， 金屬電 極與引出線端相連接， 光敏電阻就通過引出線端接入電路。 為了防止周圍介質(zhì)的影響， 在半 導(dǎo)體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應(yīng)使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最 大。為了提高靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案，如圖 1(b)所示。 圖 1( c)為光敏電阻的接線圖。IRL電源玻璃 底板EE檢流計(a)(b)(c)金屬電極半導(dǎo)體光敏電阻結(jié)構(gòu)(a) 光敏電阻結(jié)構(gòu)；2.圖1(b) 光敏電阻電極；

3、 (c)光敏電阻接線圖(1) 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。(2) 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。(3) 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(1) 伏安特性 在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為 光敏電阻的伏安特性。 圖2為硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線。 由圖可見， 光敏電阻在一定 的電壓范圍內(nèi)，其 I-U 曲線為直線。(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

4、性的。 圖 3 為硫化鎘光敏電阻的光照特 性。(3) 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 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。（4）頻率特性實驗證明，光敏電阻的光電流不能隨著光強改變而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時間常數(shù)表示。 大多數(shù)的光敏電阻時間常 數(shù)都較大， 這是它的缺點之一。 不同材料的光敏電阻具有不同的時間常數(shù) （毫秒數(shù)量級）

5、因而它們的頻率特性也就各不相同。 圖 5 為硫化鎘和硫化鉛光敏電阻的頻率特性。圖 5 光敏電阻的頻率特性圖 2 硫化鎘光敏電阻的伏安特性 圖 3 光敏電阻的光照特性（5）溫度特性 光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣， 受溫度影響較大。溫度變化時，影響光敏電阻的 光譜響應(yīng)，同時光敏電阻的靈敏度和暗電阻也隨 之改變，尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻 受溫度影響更大。圖 6 為硫化鉛光敏電阻的光 譜溫度特性曲線，它的峰值隨著溫度上升向波長 短的方向移動。光敏電阻具有光譜特性好、允許的光電流大、 圖 6 硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性 靈敏度高、使用壽命長、體積小等優(yōu)點，所以應(yīng) 用廣泛。4、性能與特點： 環(huán)

6、氧樹脂封裝、體積小、反映速度快、可靠性好、靈敏度高、光譜特性好。三、儀器與用品1、 QJ23 型直流單電橋2、直流穩(wěn)壓電源3、閉光實驗管。 在閉光實驗管里光敏電阻固定在沿標(biāo)尺移動的內(nèi)鋼管上，9V 小燈泡水平照射光敏電阻。四、數(shù)據(jù)表格與計算 根據(jù)光照度與距離平方成反比的關(guān)系 , 選擇光敏電阻與光源之間的不同距離 , 用 23 型直流單電橋測量光電阻。實驗原理圖為圖2：圖 2 測量光電阻原理圖 注意：用于燈泡的直流穩(wěn)壓電源電壓為9V 。實驗數(shù)據(jù)列于表 1 中：表 1 光電阻隨入射光強的變化r(cm)10.0012.0014.0020.0030.0040.0050.0060.00700080.00R

7、()330.0416.0505.0800.01330193025803291398045502 -21/r2(cm) -20.01000.006940.005100.002500.001110.000620.000400.000280.000200.00016五、 光敏電阻的應(yīng)用1. 相機自動測光 (Camera automation photometry) 2.電子玩具 (Electronic toy)3. 室內(nèi)光線控制 (Indoor sunlight control) 4.5. 光控?zé)?(Optical control lamp) 6.7. 光控音樂 I.C (Optical contr

8、ol musicI.C ) 8.9. 電子驗鈔機 (Electronic proverbial vlitional) 10.工業(yè)控制 (Industrial control)光控開關(guān) (Optical control switch) 光電控制 (Photoelectric control) 報警器 (Annunciator)電路中的光敏電阻受到光照射時，電流相當(dāng)強， 用電器可以正常工作。而當(dāng)光敏電阻不六、應(yīng)用光敏電阻的基本電路 受光照射時，阻值增大，電流減弱，用電器停止工作。用發(fā)光二極管代替用電器， 接通開關(guān)， 先觀察光敏電阻被光照射時發(fā)光二極管的發(fā)光情 況，再觀察光敏電阻被不透明物體遮蓋時，

9、發(fā)光二極管的發(fā)光情況。七、光敏電阻的應(yīng)用電路1、光控?zé)?應(yīng)用光敏電阻光照特性，設(shè)計了光控?zé)綦娐?，可用做樓道燈，達到白天自動滅燈， 夜間自動亮燈的目的。2、光控大門裝置這里我們要用到一種電子元件 干簧繼電器， 它由干簧管和繞在干簧管外的線 圈組成。當(dāng)線圈內(nèi)有電流時， 線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化， 兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)， 線圈內(nèi)沒有電流時， 磁場消 失，瓷片在彈力的作用下，回復(fù)到分離狀態(tài)。電路中的光敏電阻受到光照射時，電流相當(dāng)強，用電器可以正常工作 . 而當(dāng)光敏 電阻不受光照射時，阻值增大，電流減弱，用電器停地工作。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方， 把帶動大門的電動機接在干 簧管的電路中， 那么夜間汽車開到大門前， 燈光照射光敏電阻時， 干簧繼電器接 通電動機電路，電動機帶動大門打開 （圖 15-13 ）。2、天明報知裝置這里我們要用到另一種電子元件蜂鳴器（ 圖 15-14 ）。蜂鳴器內(nèi)裝有發(fā)聲電 路，外邊有兩極引線，一根負極，一根