光敏電阻基本特性及主要參數(shù)的測試

1、光敏電阻特性測試及分析南京理工大學(xué)紫金學(xué)院光電綜合實(shí)驗(yàn)室光敏電阻主要參數(shù)及基本特性的測試一、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)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。 當(dāng)光 敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子， 同時產(chǎn)生空穴， 電子空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。 光照愈強(qiáng)， 光生電子 空穴 對就越多，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量、 光的控制和光電

2、轉(zhuǎn)換 （將光的變 化轉(zhuǎn)換為電的變化）光敏電阻的主要參量 有暗電阻， 亮電阻、光譜范圍、峰值波長和時間常量等。 基本特性 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 ：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等， 用于探測紫外線。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、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅 外通信等國防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

3、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、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)門戶， 航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅， 自動給水和自動停水裝置， 機(jī)械上的 自動保護(hù)裝置和 “位置檢測器 ”，極薄零件的厚度檢測器，照相機(jī)自動曝光裝置， 光電計數(shù)器，煙霧報警器，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)掌握光敏電阻的基本特性3、掌握光敏電阻特性測試的方法4、了解光敏電阻的基本應(yīng)用三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電阻測試實(shí)驗(yàn)（基本參數(shù)測試）2、光敏電阻的暗電流、亮電流、光電流測試實(shí)驗(yàn)（基本參數(shù)測試）

4、3、光敏電阻的光譜特性測試實(shí)驗(yàn)（特性測試）4、光敏電阻的伏安特性測試實(shí)驗(yàn)（特性測試）四、測試儀器的技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)原理1、儀器的測量精度：電壓： 0.01V電流： 0.01mA2、光學(xué)參數(shù)偏振片口徑： 35mm3、導(dǎo)軌長度： 980mm4、結(jié)構(gòu)原理：結(jié)構(gòu)如圖（一）所 示，在導(dǎo)軌上安置四個磁力滑座，分別將光源、起偏器、 減偏器、接收器插入滑座內(nèi)。打開光源，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通過的光能 最強(qiáng)、刻度為 90°時通過的光能最弱。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： 在一定照度下測量光敏電阻的電壓

5、與光電流的關(guān)系； 在一定 工作電壓下，測量光敏電阻的照度與光電流的關(guān)系。123451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、儀器接線表6、儀器的調(diào)整目測調(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、測試光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電阻觀察光敏電阻的結(jié)構(gòu)，用遮光罩將光敏電阻完全掩蓋,用萬用表測得的電阻值 為暗電阻R暗,移開遮光罩，在環(huán)境光照下測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

6、敏電阻的暗電流、亮電流、光電流按照圖（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 出暗電流Id和亮電流IL,則光電流lp=|L-|d,光電流越大則靈敏度越高。分別測出 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

7、，打開電源后緩慢調(diào)小阻值，使發(fā)光管逐步發(fā)光并至最亮， 當(dāng)發(fā)光管達(dá)到最高亮度時不應(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，（各種光源的發(fā)光亮度可用照度計測得并可調(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黑色軟管連接。分別測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，測得光電流，將測得的數(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1光敏電阻U4. 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。按照圖（3）分別測得偏壓為3V、6V、9V

8、、12V時的光電流，并嘗試高照射光源的光強(qiáng)，測得 給定偏壓時光強(qiáng)度的提高與光電流增大的情況。圖（3）光敏電阻的測量電路將所測得的結(jié)果填入表格并作出V/I曲線偏壓/光照度A廠°1530°45°60°75°9°°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，測量光敏電阻的照度 與光電流的關(guān)系。將所

9、測數(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。請按圖 測試電路，分別測出常溫下和加溫（可用電烙鐵 靠近加溫或用電吹風(fēng)加溫，電烙鐵切不可直接接觸器件 ）后的伏安特性曲線。 或：置于暗光條件下，打開高亮度光源燈光，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，光電流要經(jīng)過一段時間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，光照 突然消失時，光電流也不立刻為零。這說明光敏電阻有時延

10、特性。由于不同材料 的光敏電阻時延特性不同，所以它們的頻率特性也不相同。 但多數(shù)光敏電阻的時 延都較大，因此不能用在要求快速響應(yīng)的場合，這是光敏電阻的一個缺陷。六、光敏電阻的應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)：1,光電自動控制電路圖（6）光電自動控制電路見圖（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V T2的基極電流，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VT2較強(qiáng)電流一一驅(qū)動電 動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流（500mA）的變化。VT1選用小功率NPN型硅管9013, hfe"200 同前計算方法，維持兩管同時飽和導(dǎo)通

11、時 VT1基極偏置電阻器R1約為3.3k Q, 減去光敏電阻器RG亮阻2kQ,限流電阻器R1實(shí)取1kQ0光敏傳感器也可以采 用光敏二極管，使用時要注意極性，光敏二極管的負(fù)極接供電電源正極。 光敏二 極管對控制光線有方向性選擇，且靈敏度較高，也不會產(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JRC 21F等超小型弱功率電磁繼電 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)計電路時各元 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，

12、F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，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)、雙金屬復(fù)片開關(guān)，就可以進(jìn)行磁控和熱控自動控制了。 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 JRX 型繼電器，其觸點(diǎn)可以接220V交流電，直接驅(qū)動交流電用電器。（R1的阻值可 選在2- 10K Q之間）3 光控開關(guān)和報警電路圖（8）光控開關(guān)和報警電路及局部示意圖當(dāng)光照度增加時，光敏電阻cds阻值減小，當(dāng)光照度達(dá)到某一門限值以上時，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)出音樂報警聲。當(dāng)光照度降到門限值以下時， 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 可采用一級共發(fā)射極放大電路直接驅(qū)動音樂集成電路，但光照靈敏度會降低。在正常室光下，即使去掉RP1以增大基極電流，VT1也不會飽和，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。若希望提高電路對光照反應(yīng)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。音樂集成電路的電路連接圖中懸空端為 觸發(fā)極M該端輸入一個正脈沖時，觸發(fā)芯片