光敏電阻特性的測量

1、實驗4.5 光敏電阻基本特性的測量 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，它可用于檢測直接引起光強度變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其它非電量，如零件直徑、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物體形狀、工作狀態(tài)識別等。光敏傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，因而在工業(yè)自動控制及智能機器人中得到廣泛應(yīng)用?！緦嶒?zāi)康摹?. 了解光敏電阻的基本特性，測出它的伏安特性曲線和光照特性曲線。2. 了解光纖傳感器基本特性和光纖通訊基本原理?！緦嶒炘怼?. 光敏電阻的工作原理在光照作用下能使物體的電導(dǎo)率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。

2、大多數(shù)光電控制應(yīng)用的傳感器，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池等都是內(nèi)光電效應(yīng)傳感器。對于光敏電阻來說，當(dāng)內(nèi)光電效應(yīng)發(fā)生時，固體材料吸收的能量使部分價帶電子遷移到導(dǎo)帶，同時在價帶中留下空穴，這樣由于材料中載流子個數(shù)增加，使材料的電導(dǎo)率增加，電導(dǎo)率的改變量為： (4.5.1)(4.5.1) 式中為電荷量，空穴濃度的改變量，電子濃度的改變量，為空穴的遷移率，為電子的遷移率。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，光電流為 (4.5.2)（4.5.2）式中為與光電流垂直的截面積，為電極間的距離。 用于制造光敏電阻的材料主要有金屬的硫化物、硒化物和銻化物等半導(dǎo)體材料，目前生產(chǎn)的光敏電阻主要是硫化鎘，光敏電

3、阻具有靈敏度高、光譜特性好、使用壽命長、穩(wěn)定性能高、體積小以及制造工藝簡單等特點，被廣泛地用于自動化技術(shù)中。2. 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性包括伏安特性、光照特性、光電靈敏度、光譜特性、頻率特性和溫度特性等，本實驗主要研究光敏電阻的伏安特性和光照特性圖4.5.1a 光敏電阻的伏安特性曲線圖4.5.1b 光敏電阻的光照特性曲線2.1 伏安特性光敏傳感器在一定的入射光強照度下，光敏元件的電流與所加電壓之間的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。改變照度則可以得到一組伏安特性曲線，它是傳感器應(yīng)用設(shè)計時選擇電參數(shù)的重要依據(jù)。某種光敏電阻的伏安特性曲線如圖4.5.1所示。從光敏器件的伏安特性可以看出，光

4、敏電阻類似一個純電阻，其伏安特性線性良好。2.2 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，它也是光敏傳感器應(yīng)用設(shè)計時選擇參數(shù)的重要依據(jù)之一。某種光敏電阻光照特性如圖4.5.3、所示。 從光敏器件的光照特性可以看出光敏電阻的光照特性呈非線性，一般不適合作線性檢測元件，這是光敏電阻的缺點之一。所以在自動控制中光敏電阻常用作開關(guān)量的光電傳感器使用?！緦嶒瀮x器】JK-30型光電傳感器實驗電源，JK-7信號源，光學(xué)暗筒，數(shù)字萬用表，光敏傳感器件?！緦嶒瀮?nèi)容與步驟】實驗中對應(yīng)的光照強度均為相對光強，可以通過改變點光源

5、電壓或改變點光源到光敏電阻之間的距離來調(diào)節(jié)相對光強。光源電壓的調(diào)節(jié)范圍在012V，光源和傳感器之間的距離調(diào)節(jié)有效范圍為:0200mm。 1.光學(xué)暗筒內(nèi)光照度的標定圖4.5.2 暗筒照度定標為消除雜散光對實驗的影響，實驗時照明光路是置于暗筒中進行。光學(xué)暗筒的結(jié)構(gòu)：一端有光敏元件的安裝蓋，用統(tǒng)一大小的元件接插件固定在插口上，用導(dǎo)線引入電路，另一端是裝有白熾燈的可移動桿，桿身標有刻度，可以調(diào)節(jié)并讀取光源與光電元件的距離，以改變它們之間的相對照度。由于燈泡參數(shù)不可能完全一致，實驗前根據(jù)電路圖4.5.2，通過調(diào)節(jié)加在燈泡兩端的電壓，可改變白熾燈的亮度，直至達到硅光電池模塊標薟紙上廠方所標定照度數(shù)據(jù)（0c

6、m處照度），則校準了一個相對照度。表4.5.1 拉桿刻度同光照度對照表 刻度0123456789照度2700120067543230022016913310889刻度10111213141516171819照度75645548423733302724注：刻度數(shù)是指燈桿上刻度數(shù)，白熾燈到硅電池間實際距離為：。處的照度由距離平方反比律計算。2光敏電阻特性實驗按電路圖4.5.3接好實驗線路，光源用白熾燈，將光敏電阻（LDR）置于光學(xué)暗筒中，電阻等元件插在九孔板中，電源由JK-30型光電傳感器實驗電源提供。使用萬用表測量暗電阻和一般光電阻并記錄。圖4.5.3 光敏電阻測試電路LDR光敏電阻VR1=1k

7、偏置電壓+2V+12V2.1光敏電阻伏安特性測試 在自然光下用數(shù)字萬用表測光敏電阻在實驗室燈光下的亮電阻，在暗筒中的暗電阻。 調(diào)節(jié)光源到光敏電阻之間的距離，將光源調(diào)至標定的照度，在此光照的條件下，改變光敏電阻電路的偏置電壓，測出電阻兩端電壓，則電流，測量6個不同偏置電壓下的，記到數(shù)據(jù)表4.5.2。 改變照度重復(fù)上述過程（不少于三次）。2.2. 光敏電阻的光照特性測試實驗圖4.5.4 光纖通訊的基本應(yīng)用的原理圖 在一定的外加偏置電壓下（如），通過改變光源同光敏電阻之間距離，測出光敏電阻在相對光照強度下兩端電壓，則電流，記到數(shù)據(jù)表4.5.3。 改變外加偏置電壓重復(fù)上述過程（不少于三次）。3、光纖通

8、訊演示 實驗時按圖4.5.4進行接線，把波形發(fā)生器設(shè)定為正弦波輸出，幅度調(diào)到合適值，示波器將會有波形輸出；改變正弦波的幅度和頻率，接受的波形也將隨之改變，并且喇叭盒也發(fā)出頻率和響度不一樣的單頻聲音。圖中：信號源，為揚聲器，為示波器，說明：實際實驗的過程中用喇叭盒代替耳機聽筒，光電三極管PHT 101也可以換成光電二極管PHD 101?！緮?shù)據(jù)記錄及處理】1. 記錄光敏電阻伏安特性測試數(shù)據(jù)，繪出伏安特性曲線。表4.5.2 光敏電阻伏安特性測試數(shù)據(jù)表 暗電阻 燈光下電阻 偏置電壓24681012刻度/cm（）2. 記錄光敏電阻光照特性測試數(shù)據(jù)，繪出光照特性曲線。表4.5.3光敏電阻光照特性測試數(shù)據(jù)表刻度/cm0123456810121416光照度偏置電壓【注意事項】1. 光電傳感器感應(yīng)光照在時間上有滯后現(xiàn)象，即光電傳感器的“響應(yīng)時間”（或稱弛豫時間），在測試是應(yīng)待穩(wěn)定后再讀數(shù)。2