光敏電阻伏安特性光敏二極管光照特性

1、(FB815型光敏傳感器光電特性實(shí)驗(yàn)儀)凡是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器稱為光敏傳感器，也稱為光電式傳感器，它可用于檢測(cè)直接由光照明度變化引起的非電量，如光強(qiáng)、光照度等；也可間接用來(lái)檢測(cè)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(shí)別等。光敏傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因而在工業(yè)自動(dòng)控制及智能機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。光敏傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，通常分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類(lèi)，在光輻射作用下電子逸出材料的表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射現(xiàn)象，則稱為外光電效應(yīng)或光電子發(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。另一種現(xiàn)象是電子并

2、不逸出材料表面的，則稱為是內(nèi)光電效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)都是屬于內(nèi)光電效應(yīng)。好多半導(dǎo)體材料的很多電學(xué)特性都因受到光的照射而發(fā)生變化。因此也是屬于內(nèi)光電效應(yīng)范疇，本實(shí)驗(yàn)所涉及的光敏電阻、光敏二極管等均是內(nèi)光電效應(yīng)傳感器。通過(guò)本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生了解光敏電阻、光敏二極管的光電傳感特性及在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用?！緦?shí)驗(yàn)原理】1光電效應(yīng)：（1）光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)光照射到某些半導(dǎo)體材料上時(shí)，透過(guò)到材料內(nèi)部的光子能量足夠大，某些電子吸收光子的能量，從原來(lái)的束縛態(tài)變成導(dǎo)電的自由態(tài)，這時(shí)在外電場(chǎng)的作用下，流過(guò)半導(dǎo)體的電流會(huì)增大，即半導(dǎo)體的電導(dǎo)會(huì)增大，這種現(xiàn)象叫光電導(dǎo)效應(yīng)。它是一種內(nèi)光電效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)可分為本

3、征型和雜質(zhì)型兩類(lèi)。前者是指能量足夠大的光子使電子離開(kāi)價(jià)帶躍入導(dǎo)帶，價(jià)帶中由于電子離開(kāi)而產(chǎn)生空穴，在外電場(chǎng)作用下，電子和空穴參與電導(dǎo)，使電導(dǎo)增加。雜質(zhì)型光電導(dǎo)效應(yīng)則是能量足夠大的光子使施主能級(jí)中的電子或受主能級(jí)中的空穴躍遷到導(dǎo)帶或價(jià)帶，從而使電導(dǎo)增加。雜質(zhì)型光電導(dǎo)的長(zhǎng)波限比本征型光電導(dǎo)的要長(zhǎng)的多。（2）光生伏特效應(yīng)：在無(wú)光照時(shí)，半導(dǎo)體結(jié)內(nèi)部有自建電場(chǎng)。當(dāng)光照射在結(jié)及其附近時(shí)，在能量足夠大的光子作用下，在結(jié)區(qū)及其附近就產(chǎn)生少數(shù)載流子（電子、空穴對(duì)）。載流子在結(jié)區(qū)外時(shí)，靠擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)區(qū)；在結(jié)區(qū)中時(shí)，則因電場(chǎng)的作用，電子漂移到區(qū)，空穴漂移到區(qū)。結(jié)果使區(qū)帶負(fù)電荷，區(qū)帶正電荷，產(chǎn)生附加電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)稱為光

4、生電動(dòng)勢(shì)，此現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。2光敏傳感器的基本特性：光敏傳感器的基本特性則包括：伏安特性、光照特性等。伏安特性：光敏傳感器在一定的入射光照度下，光敏元件的電流與所加電壓之間的關(guān)系稱為光敏器件的伏安特性。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(jì)時(shí)的重要依據(jù)。掌握光敏傳感器基本特性的測(cè)量方法，為合理應(yīng)用光敏傳感器打好基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)主要是研究光敏電阻、光敏二極管的基本特性。（1）光敏電阻：利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料制成的光敏傳感器稱為光敏電阻。目前光敏電阻應(yīng)用的極為廣泛，其工作過(guò)程為，當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)，光敏電阻電導(dǎo)率的改變量為： （1） 在（1）式中，為電子

5、電荷量，為空穴濃度的改變量，為電子濃度的改變量，表示遷移率。當(dāng)兩端加上電壓后，光電流為： （2）式中為與電流垂直的表面積，為電極間的間距。在一定的光照度下，為恒定的值，因而光電流和電壓成線性關(guān)系。光敏電阻的伏安特性如圖所示，不同的光強(qiáng)以得到不同的伏安特性，表明電阻值隨光照度發(fā)生變化。光照度不變的情況下，電壓越高，光電流也越大，而且沒(méi)有飽和現(xiàn)象。當(dāng)然，與一般電阻一樣光敏電阻的工作電壓和電流都不能超過(guò)規(guī)定的最高額定值。(2）光敏二極管：光敏二極管的伏安特性相當(dāng)于向下平移了的普通二極管，如圖所示。零偏壓時(shí)，光敏二極管有光電流輸出。光敏二極管的光照特性亦呈良好線性，如圖。光敏二極管的的電流靈敏度一般為

6、常數(shù)。一般在作線性檢測(cè)元件時(shí)，選擇光敏二極管。實(shí)驗(yàn)（一）光敏電阻的伏安特性測(cè)試【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私鈨?nèi)光效應(yīng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握光敏電阻工作原理。了解光敏電阻的基本特性，測(cè)出它的伏安特性曲線曲線。【實(shí)驗(yàn)儀器】型光敏傳感器光電特性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)儀，萬(wàn)用電表一只，導(dǎo)線若干?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1、按實(shí)驗(yàn)儀面板示意圖接好實(shí)驗(yàn)線路，光源用標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈。將檢測(cè)用光敏電阻 裝入待測(cè)點(diǎn)，連結(jié)電源，光源電壓電源（可調(diào)）。2、 先將可調(diào)光源調(diào)至一定的光照度， 每次在一定的光照條件下，測(cè)出電源電壓為：時(shí)電阻兩端的電壓，從而得到個(gè)光電流數(shù)據(jù)，同時(shí)算出此時(shí)光敏電阻的阻值，即。以后調(diào)節(jié)相對(duì)光強(qiáng)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)（要求至少在三個(gè)不同照度下重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)）

7、。3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出光敏電阻的一族伏安特性曲線。表1 光敏電阻伏安特性測(cè)試數(shù)據(jù)表（照度：173Lux）電源電壓（V）24681012R1電壓UR1（V）光電流Iph光敏電壓U0（V）光敏電阻Rg表2 光敏電阻伏安特性測(cè)試數(shù)據(jù)表（照度：861Lux）電源電壓（V）24681012R1電壓UR1（V）光電流Iph光敏電壓U0（V）光敏電阻Rg表3 光敏電阻伏安特性測(cè)試數(shù)據(jù)表（照度：2350Lux）電源電壓（V）24681012R1電壓UR1（V）光電流Iph光敏電壓U0（V）光敏電阻Rg實(shí)驗(yàn)（二）光敏二極管的光照度特性測(cè)試【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私夤饷舳O管的工作原理。了解硅光敏二極管的基本特性，并測(cè)出它

8、的光照特性曲線。【實(shí)驗(yàn)儀器】型光敏傳感器光電特性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)儀，萬(wàn)用電表一只，導(dǎo)線若干?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1、按實(shí)驗(yàn)儀面板示意圖接好實(shí)驗(yàn)線路。2、選擇一定的偏壓，每次在一定的偏壓下測(cè)出光敏二極管在相對(duì)光照度為“弱光”到逐步增強(qiáng)的光電流數(shù)據(jù)，其中（為取樣電阻）。這里要求至少測(cè)出個(gè)不同的反偏電壓下的數(shù)據(jù)。3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出光敏二極管的一族光照特性曲線。表1光敏二極管光照特性測(cè)試數(shù)據(jù)表（電壓：-4V）照度173328548861125817742350光電流表2 光敏二極管光照特性測(cè)試數(shù)據(jù)表（電壓：-8V）照度173328548861125817742350光電流表3 光敏二極管光照特性測(cè)試數(shù)據(jù)表（電壓：

9、-12V）照度173328548861125817742350光電流型光敏傳感器光電特性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)儀，其結(jié)構(gòu)如圖所示。該實(shí)驗(yàn)儀由光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池四種光敏傳感器及可調(diào)電源、電阻箱（自備）、數(shù)字萬(wàn)用表，九孔接線板與光學(xué)暗箱所組成。具體介紹如下。1.光學(xué)暗箱(見(jiàn)圖2)：光學(xué)暗箱的大小為，中間位置是九孔實(shí)驗(yàn)板，學(xué)生可以在上面按自己的需要搭建實(shí)驗(yàn)電路，在箱子的左里邊有編號(hào)的接線孔，從里面直接連到箱子左側(cè)的外面，實(shí)驗(yàn)時(shí)將外用電源，測(cè)量萬(wàn)用表及變阻箱通過(guò)不同的接線口接入箱里的實(shí)驗(yàn)電路，當(dāng)箱子密封以后，里面就與外界完全隔絕，工作時(shí)照明光路是置于暗箱中進(jìn)行，從而消除雜散光對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

10、圖2是暗箱分布示意圖。2 . JK-30工作電源(見(jiàn)圖3)：本實(shí)驗(yàn)儀配有JK-30工作電源，圖為專(zhuān)用電源面板功能分布圖。主要提供兩路工作電壓，一路光電源輸出，供白幟燈發(fā)光，電壓可變，另一路傳感器工作電源，有等量值變化，以保證實(shí)驗(yàn)的不同需要。光敏傳感器的照度可以通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)光源的電壓或改變光源與傳感器之間的距離來(lái)調(diào)節(jié)。3. 其他實(shí)驗(yàn)配件(見(jiàn)圖4)：【附錄1】FB815光敏傳感器光電特性實(shí)驗(yàn)儀相對(duì)照度（）參考表距離(cm)電壓56789101223501950170015301400130011177414591280115610529801012581059923825756704986172963256751948085484694113683383