电子科技基础实验

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1、光电传感器综合实验实验（一）热释电红外传感器实验一、实验目的了解热释电红外传感器基本原理和在实际中的应用二、实验仪器光电器件实验（二）模板、主机箱、红外热释电探头、红外热释电探测器。三、实验原理热释电效应是通过所谓的热释电材料实现的。热释电材料首先是一种电介质，是绝缘体。再详细一点说，它是一种结晶对称性很差的压电晶体，因而在常态下具有自发电极化(即固有电偶极矩)。由电磁理论可知，在垂直于电极化矢量P的材料表面上出现面束缚电荷，S面电荷密度δS=｜P｜。由于晶体内部自发电极化矢量排列混乱，因而总的P并不大。再SS加上材料表面附近分布的外部自由电荷的

2、中和作用，通常觉察不出有面电荷存在。如果对热电体施加直流电场，自发极化矢量将趋向于一致排列(形成单畴极化)，总的P加大。当电S场去掉后，如果总的P仍能保持下来，这种热电体有时常称为热电一铁电体。它是实现热S释电现象的理想材料。现在我们来说明什么是热释电现象。热电体的｜P｜决定了面电荷密度δS的大小，S当P发生变化时，面电荷密度也跟着变化。经过单畴化的热电体，保持有较大的｜P｜。SS这个｜P｜值是温度的函数，如图9-1所示。温度升高，｜P｜减小。升高到TC值时，自SS发极化突然消失，T称为居里温度。在T温度以下，才有热释电现象。当强度变化的光照CC

3、射热电体时，热电体的温度发生变化，P亦发生变化，面电荷从原来的平衡值跟着发生变S化。十分重要的是，热释电体表面附近的自由电荷对面电荷的中和作用比较缓慢，一般在1～1000秒量级。好的热电体，这个过程很慢。在来不及中和之前，热电体侧表面就呈现出相应于温度变化的面电荷变化，这就是热释电现象。如果把热电体放进一个电容器极板之间，把一个电流表与电容两端相接，就会有电流流过电流表，这个电流称为短路热释电流，如果极板面积为A，则电流为dPSdPSdTdTiAAAdtdTdtdtdP式中S称为热释电系数。很显然，如果照射光是恒定的，那么T为恒定值，

4、P亦为SdT恒定值，电流为0。所以热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。热释电器件产生的热释电电流在负载电阻R上产生的电压为LdTUiRLARLdt可见，热释电器件的电压响应正比于热释电系数和温度的变化速率dT/dt，而与晶体和入射辐射达到平衡的时间无关。热释电器件的图形符号如图9-2(a)所示。如果将热释电器件跨接到放大器的输入端，其等效电路如图9-2(b)所示。图中I为恒流源，R和C为晶体内部介电损耗的等效阻性SSS和容性负载，R和C为外接放大器的负载电阻和电容。由等效电路可得热释电器件的等效LL负载电阻为1RRL1/

5、RjC1jRC式中，RR//R，CCC，分别为热释电器件与放大器的等效电阻和等效电容。SLSL可得RRL2221/21RC图9-2热释电器件图9-3热释电实验接线图四、实验内容光电器件实验（二）模板分两部分，分为器件原理实验图（左），传感器实验图（右）1、原理实验（1）按图9-3接线：将红外热释电探头的三个插孔相应地连到实验模板热释电红外探头的输入端口上（红色插孔接D；蓝色接S；黑色接E），再将实验模板上的VCC+5V和“⊥”相应的连接到主控箱的电源上，再将实验模板的右边部分的探测器信号输入短接。（2）打开主机箱电源，手在

6、红外热释电探头端面晃动时，探头有微弱的电压变化信号输出，经两级电压放大后，可以检测出较大的电压变化，再经电压比较器构成的开关电路，使指示灯点亮。观察这个现象过程。2、传感器实验（1）红外热释电探测器有四个接线，参见光电器件实验（二）模板连线图：将探头的1、3号线相应的连接到实验模板的+12V与“⊥”上，再将红外热释电探测器2、4号线分别接到实验模板的探测器信号输入端口上，再将实验模板的+12V和“⊥”接到主机箱+12V电源和“⊥”上，+5V和“⊥”接到主机箱+5V电源和“⊥”上。（2）打开主机箱电源，需延时几分钟模板才能正常工作。当人体或动物移动

7、后，蜂鸣器报警。逐点移远人与传感器的距离，估计观察能检测到的红外物体的探测距离。人体静止不动，观察蜂鸣器是否报警。实验（二）位置敏感探测器（PSD）传感器实验一、实验目的了解光电位置敏感器件（PSD）的原理与应用二、实验仪器PSD传感器及位移装置、PSD传感器实验模板、主机箱三、基本原理光电位置敏感器件是基于光生伏特器件的横向效应的器件，是一种对入射到光敏面上的光电位置敏感的光电器件。因此，称其为光电位置敏感器件(PSD，PositionSensingDetector)器件。PSD器件具有比象限探测器件在光点位置测量方面更多的优点。例如，它对光斑

8、的形状无严格的要求，即它的输出信号与光斑是否聚焦无关；光敏面也无须分割，消除了象限探测器件盲区的影响；它可以连续测量光斑在光电位置敏感器