光敏传感器的光电特性测量实验.ppt

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1、光敏传感器的光电特性测量实验高峰辽宁科技大学物理与计算科学实验中心目录1.引言2.实验目的3.实验原理4.实验的仪器5.实验的方法与步骤6.实验的结果与分析7.对照表8.注意事项大型硅光电池（藏北）一、引言1.光敏传感器：是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器。光敏传感器的物理基础是光电效应，光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为

2、光电导效应。几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。2.光敏电阻：又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。3.光敏电阻演示二、实验目的1.了解光敏电阻的电阻特性，掌握光敏电阻的伏安特性及其随光照强度的变化规律。2.测出它的伏安特性曲线和光照

3、特性曲线。三、实验原理1.原理与结构：原理：当光照射到光电导体上时，若光电导体为某种本征半导体材料，光辐射能量足够强，（光导材料价带的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。）将产生内光电效应，实现能级的跃迁，产生内光电效应要求入射光的能量大于一个特定的数值，即光敏电阻对光具有选择性。结构：管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有限，因此光电导体一般都做成薄层。为

4、了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案。符号：2.光敏电阻的伏安特性光敏电阻在一定的入射照度下，光敏电阻的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏电阻的伏安特性。改变照度则可以得到一族伏安特性曲线。它是传感器应用设计时选择电参数的重要依据。下面是某种光敏电阻的一族伏安特性曲线。可以看出，光敏电阻是一个纯电阻，其伏安特性线性良好，在一定照度下，电压越大光电流越大，但必须考虑光敏电阻的最大耗散功率，超过额定电压和最大电流都可能导致光敏电阻的永久性损坏。3、光照特性光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有

5、时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性，下面是某种光敏电阻的光照特性。可以看出光敏电阻的光照特性呈非线性，一般不适合作线性检测元件。四、实验仪器五、实验内容与步骤1.实验内容：1.1测量光敏电阻的伏安特性,用计算机软件绘出伏安特性曲线.1.2测量光敏电阻的光照特性,用计算机软件绘出光照特性曲线.2.实验步骤:2.1光敏电阻的伏安特性测试实验2.1.1按示意图接好实验线路。将检测用光敏电阻装入待测点，连结主机UCC：2-12V电源；光源标准钨丝灯连接0--24V（可调）光源电压；R1两端的电压UR1接

6、入数字电压表。在一定的光照(如光源电压12V，距离100mm）条件下,测出加在光敏电阻上电压UCC为+2V；+4V；+6V；+8V；+10V；+12V时的6个光电流数据，即，算出此时光敏电阻的阻值，即。GR1光敏电阻+2--+12VR11KOUTUCCUR1实验线路图线路版面图光源电压版面图2.2光敏电阻的光照特性实验2.2.1实验线路同测量伏安特性线路2.2.2选择UCC=6V、光源电压为0.00V;3.00V;6.00V;9.00V;12.00V;15.00V18.00V;21.00V;24.00V，距离为100mm时

7、，测出光敏电阻的时的8个光电流数值，在计算：GR1光敏电阻+2--+12VR11KOUT六.实验的结果与分析U电源/VU1/VU光敏/VI光敏/mA2.00.841.160.844.01.682.321.686.02.573.432.578.03.424.583.4210.04.305.704.30表1.光敏电阻伏安特性测量Tab.注1：光照25.00Mv(12V)；R1=1kΩ；U光敏=U电源-U1；I光敏=U1/R1注：可用计算机软件绘制光照/mVU1/VI光敏/mA5.00(0.00)0.480.4810.00(3.

8、00)1.051.0515.00(6.00)1.631.6320.00(9.00)2.152.1525.00(12.00)2.582.5830.00(15.00)2.932.9335.00(18.00)3.243.2440.00(21.00)3.493.4945.00(24.00)3.713.71表.2