傳感器原理任務(wù)書(shū)光敏電阻光電池

1、個(gè)人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)傳感器原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)項(xiàng)目：光電傳感器電路的設(shè)計(jì)傳感器的種類(lèi)繁多，千差萬(wàn)別，應(yīng)用場(chǎng)合也各式各樣，即便是同種類(lèi)的測(cè)定量也可采用不同 工作原理的傳感器，因此，在掌握傳感器基本原理的同時(shí)還應(yīng)該對(duì)傳感器的應(yīng)用有所了解。 如傳感器的性能、測(cè)量條件、使用方法的等等。以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是針對(duì)傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中缺 少的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而應(yīng)用又較多的部分傳感器設(shè)計(jì)的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。集成式傳感器技術(shù)正在迅速發(fā)展，有必要對(duì)各種新型傳感器做更多得了解。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)一、電路的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)任務(wù)在了解光電傳感原理的基礎(chǔ)上， 設(shè)計(jì)一光電傳感發(fā)射和接收電路， 并在面包板上用 實(shí)際電子元器件插接

2、、調(diào)試電路，記錄光強(qiáng)變化對(duì)應(yīng)接收電壓變化的數(shù)據(jù)結(jié)果。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí) 使用光敏電阻接收光信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)并調(diào)試完成實(shí)驗(yàn)； 使用光電池接收光信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)并調(diào)試完成實(shí)驗(yàn); 指標(biāo)要求：光強(qiáng)成線性變化；實(shí)驗(yàn)提供所有電子元器件及實(shí)驗(yàn)臺(tái)。設(shè)計(jì)提示9 / 7/入射光光敏電阻工作原理圖1.工作原理1.1光敏電阻工作原理RG電源光電流光敏電阻又稱光導(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(méi)有極性， 就是電阻器件。上圖為光敏電阻結(jié)構(gòu)圖， RG為光敏電阻，當(dāng)RG兩端通有電流而無(wú)光照射， RG呈高阻態(tài)，回路中僅有微弱的暗電流通過(guò)；當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照射時(shí)， 因光敏電阻光導(dǎo)材料吸收光能

3、而生成電子一空穴對(duì)，這時(shí)電子移向正極， 空穴移向負(fù)極，它的阻值急劇減少，電流迅速增大。光電流的大小變化控制電路中的電壓電流變化。當(dāng)光照射停止時(shí)，自由電子與空穴復(fù)合，電阻又恢復(fù)原值，電路有只有微弱暗電流通過(guò)。亮電流與暗電流的差稱為光電流，通常光電流越大越好，表明光敏電阻敏感度好。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)是在玻璃底版上涂一層對(duì)光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)，兩端有梳狀金屬電極，然后在半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)光敏電阻結(jié)構(gòu)及符號(hào)光敏電阻光照特性：*光敏電阻無(wú)光照時(shí)，內(nèi)部電子被原子束縛，具有很高的電阻值； 光敏電阻有光照時(shí)，當(dāng)光子能量E0&

4、gt; Eg時(shí)，電阻值隨光強(qiáng)增加而降低; 光照停止時(shí)，自由電子與空穴復(fù)合，電阻恢復(fù)原值。光敏電阻主要參數(shù)：暗電阻一一無(wú)光照時(shí)的電阻為暗電阻；暗電流一一無(wú)光照時(shí)的電流，在給定工作電壓流過(guò)暗電阻時(shí)的電流； 亮電阻、亮電流受光照時(shí)的阻值，電流稱亮電流；光電流一一亮電流與暗電流之差稱光電流?；咎匦裕悍蔡匦?給定偏壓，光照越大光電流越大；*給定光照度，電壓越大光電流越大；光敏電阻的伏安特性曲線不彎曲無(wú)飽和，但受最大功耗限制。光敏電阻伏安特性光譜特性*光敏電阻靈敏度與入射波長(zhǎng)有關(guān)，不同波長(zhǎng)光敏電阻靈敏度不同；*光敏電阻靈敏度與半導(dǎo)體摻雜的材料有關(guān)，不同材料靈敏度不同，例如材料相對(duì)靈敏度峰值位置波長(zhǎng)（入

5、）硫化鎘（CdS 0.30.8（卩m）硫化鉛（PbS 1.03.5（卩m）銻化銦（InSb） 1.07.3（卩m）光敏電阻光譜特性溫度特性溫度變化影響光敏電阻的靈敏度、暗電流和光譜響應(yīng)。光敏電阻溫度特性1.2光電池工作原理光電池（有源器件）光電池工作原理也是基于光生伏特效應(yīng)， 是可直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件。 有光線作 用時(shí)就是電源，如光電池。廣泛用于宇航電源，另一類(lèi)用于檢測(cè)和自動(dòng)控制等。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)光電池種類(lèi)很多，有硒光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵、氧化銅等等，其中硒光 電池轉(zhuǎn)換效率較高，價(jià)格低廉壽命長(zhǎng)，是使用較廣泛的一種光電池；砷化鎵光電池光譜響應(yīng) 與太陽(yáng)光譜吻合，耐

6、高溫，耐宇宙射線，是宇航光電池首選材料。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)原理：光電池實(shí)質(zhì)是一個(gè)大面積PN結(jié)，結(jié)構(gòu)如下圖所示，上電極為柵狀受光電極，柵狀電極下涂有抗反射膜，用以增加透光，減小反射，下電極是一層襯底鋁。當(dāng)光照射PN結(jié)的一個(gè)面時(shí)，電子空穴對(duì)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場(chǎng)作用下建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)， 一般可產(chǎn)生0.2V0.6V電壓，50mA電流。光照硅光電池的 P區(qū)時(shí)，在P區(qū)產(chǎn)生電子-空穴 對(duì)，硅光電池表面的光子多，電子 -空穴對(duì)也越多。在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，電子向內(nèi)擴(kuò)散，在復(fù)合前到達(dá)P-N結(jié)過(guò)渡區(qū)，內(nèi)電場(chǎng)的作用將這些電子推向 對(duì)中的電子流向 N區(qū)；空穴則留在 P區(qū)，導(dǎo)致P區(qū)帶正電,收集自

7、網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)N區(qū)。于是光照產(chǎn)生的電子 -空穴N區(qū)帶負(fù)電，形成電位差。文檔liil ,P I ： ： NI I光電池結(jié)構(gòu)圖光電池工作原理圖*光電池符號(hào)光照特性«開(kāi)路電壓光生電動(dòng)勢(shì)UOC與照度Ev之間關(guān)系稱開(kāi)路電壓曲線；開(kāi)路電壓與光照度關(guān)系是非線性關(guān)系，在照度位2000IX下趨于飽和。« 短路電流短路電流Isc與照度Ev之間關(guān)系稱短路電流曲線；短路電流是指，外接負(fù)載RL相對(duì)內(nèi)阻很小時(shí)的光電流，實(shí)驗(yàn)證明：負(fù)載電阻Rl越小，曲線線性越好，線性范圍越寬；Rl- 100眠下為好。短路電流曲線在很大范圍內(nèi)與光照度成線性關(guān)系，因此光電池作為測(cè)量元件使用時(shí)，一般不作電壓源使用，而作為

8、電流源的形式應(yīng)用。文檔收集自網(wǎng)絡(luò),僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)光電池光照特性圖光電池光照與負(fù)載的關(guān)系 光譜特性光電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光靈敏度不同，下圖為硅光電池和硒光電池的光譜特性曲線。由圖可見(jiàn)，不同材料的光電池， 光譜響應(yīng)的最大靈敏度峰值所對(duì)應(yīng)的入射波長(zhǎng)不同，硅光電池的光譜響應(yīng)峰值在 0.8卩m附近，波長(zhǎng)范圍 0.41.2卩m,硒光電池光譜響應(yīng)峰值在 0.5卩m附 近，波長(zhǎng)范圍0.380.75卩硅光電池可以在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)應(yīng)用。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)1008060402000.4 0,3 12 1.5 1.9波長(zhǎng)A/S光電池光譜特性圖硅、硒光電池的頻率特性頻率特性頻率特性指光電池相對(duì)輸出電流與光的調(diào)

9、制頻率之間關(guān)系。從上圖中得知，硅、硒光電池的頻率特性不同，硅光電池有較好的頻率響應(yīng)，硒光電池較差。在一些測(cè)量系統(tǒng)中， 光電池作為接受器件，測(cè)量調(diào)制光 （明暗變化）的輸入信號(hào)， 所以高速計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換一般采用硅光電 池作為傳感器元件。 文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)電路連接光電池作為控制元件時(shí)通常接非線性負(fù)載（晶體管）。鍺管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓降為 0.2V0.3V，硅光電池開(kāi)路電壓可達(dá) 0.5V，可直接將光電池 接入基極，控制晶體管工作。光照度變化時(shí)，引起基極電流IB變化，集電極電流（IC= 3 IB ） 發(fā)生3倍的變化。電流IC與光照近似線性關(guān)系。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)硅管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為

10、 0.6V0.7V，這時(shí)光電池的0.5V電壓無(wú)法起到控制作用，可 以將兩個(gè)光電池串聯(lián)后接入基極，或者用偏壓電阻和二極管產(chǎn)生附加電壓。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)*光電池作為電源使用時(shí)，根據(jù)使用要求進(jìn)行連接。需要高電壓時(shí)應(yīng)將光電池串聯(lián)使用；需要大電流時(shí)應(yīng)將光電池并聯(lián)使用。光電池電路連接2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)了解光敏電阻、光電池的工作原理和應(yīng)用，認(rèn)識(shí)光敏元器件；設(shè)計(jì)、聯(lián)接和調(diào)試電路；測(cè)量、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)具體給出的器件設(shè)計(jì)一光照強(qiáng)度顯示電路，當(dāng)光敏元件受到一定強(qiáng)度光照時(shí)，顯示器給出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，獲得光照強(qiáng)度與光電元件輸出信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)3. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）根據(jù)給出

11、的器件設(shè)計(jì)電路，在面包板上插接電路。（2）用直流穩(wěn)壓電源（用實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源）接通電路板（ 5V）,對(duì)插接電路進(jìn)行調(diào)試，觀察 光照時(shí)的電路狀態(tài)。調(diào)節(jié)激光二極管的輸入電源電壓，用儀表測(cè)量光照度。（3）測(cè)量光照度不同時(shí)光敏電阻的阻值變化，光電池的輸出電壓。（4）變化光照度，測(cè)出測(cè)量電路輸出電壓。（5）針對(duì)測(cè)量電路輸出電壓，測(cè)出放大電路的輸出電壓值；調(diào)節(jié)放大電路的相關(guān)電阻，再測(cè)放大電路的輸出電壓值，直至在顯示范圍內(nèi)。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)（6）編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容包括：目的、任務(wù)；實(shí)驗(yàn)框圖及電路設(shè)計(jì)； 調(diào)試過(guò)程遇到的問(wèn)題及解決的方法；測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄（激光二極管輸入電壓，激光二極管光照度值、 光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電池開(kāi)路電壓、測(cè)量電路、調(diào)理電路輸入輸出電壓， 對(duì)應(yīng)電阻參數(shù)）。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)4. 實(shí)驗(yàn)器件：光敏電阻cds （硫化鎘）一只；光電池一只；激光二極管一只，面包板一塊、傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)一臺(tái)。5. 激光發(fā)射、接收電路（參考電路）+5V激光管驅(qū)動(dòng)電路三、(1)(2)(3)(4)1OUT 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 激光二極管+弭Mt光堿電阻去顯加電路? 2 k