传感器原理任务书(光敏电阻、光电池)

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1、传感器原理及应用设计性实验任务书项目：光电传感器电路的设计传感器的种类繁多，千差万别，应用场合也各式各样，即便是同种类的测定量也可采用不同工作原理的传感器，因此，在掌握传感器基本原理的同时还应该对传感器的应用有所了解。如传感器的性能、测量条件、使用方法的等等。以下实验内容是针对传感器系统实验仪中缺少的实验内容，而应用又较多的部分传感器设计的应用性实验。集成式传感器技术正在迅速发展，有必要对各种新型传感器做更多得了解。一、电路的设计及实验任务在了解光电传感原理的基础上，设计一光电传感发射和接收电路，并在面包板上用实际电子元器件插接、调试电路，记录光强变化对应接收电压变化的数据结果。①使

2、用光敏电阻接收光信号进行设计并调试完成实验；②使用光电池接收光信号进行设计并调试完成实验；③指标要求：光强成线性变化；实验提供所有电子元器件及实验台。二、设计提示1．工作原理1.1光敏电阻工作原理RG入射光电源光电流光敏电阻工作原理图光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，就是电阻器件。上图为光敏电阻结构图，RG为光敏电阻，当RG两端通有电流而无光照射，RG呈高阻态，回路中仅有微弱的暗电流通过；当光敏电阻受到一定波长范围的光照射时，因光敏电阻光导材料吸收光能而生成电子—空穴对，这时电子移向正极，空穴移向负极，它的阻值急剧减少，电流迅速增大。光电流的

3、大小变化控制电路中的电压电流变化。当光照射停止时，自由电子与空穴复合，电阻又恢复原值，电路有只有微弱暗电流通过。亮电流与暗电流的差称为光电流，通常光电流越大越好，表明光敏电阻敏感度好。光敏电阻的工作原理是基于光电导效应，其结构是在玻璃底版上涂一层对光敏感的半导体物质，两端有梳状金属电极，然后在半导体上覆盖一层漆膜。7 光敏电阻结构及符号光敏电阻光照特性：·光敏电阻无光照时，内部电子被原子束缚，具有很高的电阻值；·光敏电阻有光照时，当光子能量E0＞Eg时，电阻值随光强增加而降低；·光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。光敏电阻主要参数：·暗电阻——无光照时的电阻为暗电阻；·暗电

4、流——无光照时的电流，在给定工作电压流过暗电阻时的电流；·亮电阻、亮电流——受光照时的阻值，电流称亮电流；·光电流——亮电流与暗电流之差称光电流。基本特性：·伏安特性·给定偏压，光照越大光电流越大；·给定光照度，电压越大光电流越大；·光敏电阻的伏安特性曲线不弯曲无饱和，但受最大功耗限制。光敏电阻伏安特性 光谱特性·光敏电阻灵敏度与入射波长有关，不同波长光敏电阻灵敏度不同；·光敏电阻灵敏度与半导体掺杂的材料有关，不同材料灵敏度不同，例如7材料相对灵敏度峰值位置波长（λ）硫化镉（CdS）0.3～0.8(μm)硫化铅（PbS）1.0～3.5(μm)锑化铟（InSb）1.0～7.3(μm)光

5、敏电阻光谱特性 温度特性温度变化影响光敏电阻的灵敏度、暗电流和光谱响应。光敏电阻温度特性1.2光电池工作原理光电池（有源器件）光电池工作原理也是基于光生伏特效应，是可直接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电源，如光电池。广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控制等。光电池种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜等等，其中硒光电池转换效率较高，价格低廉寿命长，是使用较广泛的一种光电池；砷化镓光电池光谱响应与太阳光谱吻合，耐高温，耐宇宙射线，是宇航光电池首选材料。结构原理：光电池实质是一个大面积PN结，结构如下图所示，上电极为栅状受光电极，栅状电极下涂有抗反射膜，用

6、以增加透光，减小反射，下电极是一层衬底铝。当光照射PN结的一个面时，电子空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势，一般可产生0.2V～0.6V电压，50mA电流。光照硅光电池的P区时，在P区产生电子-空穴对，硅光电池表面的光子多，电子-空穴对也越多。在内电场的作用下，电子向内扩散，在复合前到达P-N结过渡区，内电场的作用将这些电子推向N区。于是光照产生的电子-空穴对中的电子流向N区；空穴则留在P区，导致P区带正电，N区带负电，形成电位差。7 光电池结构图光电池工作原理图光电池符号·光照特性·开路电压———光生电动势UOC与照度EV之间关系称开路电压曲线；开路电压与

7、光照度关系是非线性关系，在照度位2000lx下趋于饱和。·短路电流———短路电流ISC与照度EV之间关系称短路电流曲线；短路电流是指，外接负载RL相对内阻很小时的光电流，实验证明：负载电阻RL越小，曲线线性越好，线性范围越宽；RL≈100Ω以下为好。短路电流曲线在很大范围内与光照度成线性关系，因此光电池作为测量元件使用时，一般不作电压源使用，而作为电流源的形式应用。光电池光照特性图光电池光照与负载的关系·光谱特性光电池对不同波长的光灵敏度不同，下图为硅光电