1、光敏電阻基本特性的研究【實驗?zāi)康摹?、了解光敏電阻的工作原理；2、掌握光敏電阻的光電特性，光譜響應(yīng)特性，頻率特性等基本特性；3、理解光敏電阻的一般應(yīng)用。【實驗儀器】SET-GX型光電傳感器特性實驗箱；示波器【實驗原理】圖1光敏電阻結(jié)構(gòu)圖光敏電阻是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻，對光 線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化.它 在無光照射時，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時，其電阻值迅速減小.光 敏電阻通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成的 如圖1所示?？梢姽獠ǘ魏痛髿馔高^的幾個窗口都有適用的光敏電 阻，利用光敏電阻制成的光控開關(guān)在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見廣泛 應(yīng)

2、用于各種自動控制電路（如自動照明燈控制電路、自動報警電路 等）、家用電器（如電視機中的亮度自動調(diào)節(jié)，照相機的自動曝光控制等）及各種測量儀器中。在光照作用下能使物體的電導(dǎo)率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)本實驗所用的光敏電阻就是基于內(nèi)光電 效應(yīng)的光電元件.當(dāng)內(nèi)光電效應(yīng)發(fā)生時，固體材料吸收的能量使部分價帶電子遷移到導(dǎo)帶，同時在價帶中 留下空穴。這樣由于材料中載流子個數(shù)增加，使材料的電導(dǎo)率增加，電導(dǎo)率的改變量為b=Ap - e 日+ - e 日（1）在（1）式中，e為電荷電量，成為空穴濃度的改變量，An為電子濃度的改變量，h表示遷移率。當(dāng)兩端加上電壓U后，光電流為：I = A U（2）ph d式中A為與電流

3、垂直的表面，d為電極間的間距。在一定的光照度下，A。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2所示，不同的光照度可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規(guī)定的最高額定值。圖2光敏電阻的伏安特性曲線圖3光敏電阻的光電特性曲線當(dāng)光電器件電極上的電壓一定時，光電流與入射到光電器件上的光照強度之間的關(guān)系稱為光照特性。 光敏電阻的光照特性則如圖3所示。不同的光敏電阻的光照特性是不同的，但是在大多數(shù)的情況下，曲線 的形狀都與圖3的結(jié)果類似。由于光敏電阻

4、的光照特性是非線性的，因此不適宜作線性敏感元件，這是光 敏電阻的缺點之一。所以在自動控制中光敏電阻常用作開關(guān)量的光電傳感器。光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻 的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。圖4為幾種不同材料光 敏電阻的光譜特性。對應(yīng)于不同波長，光敏電阻的靈敏度是不同的，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng) 曲線也不同。圖4光敏電阻的光譜特性圖5光敏電阻的頻率特性實驗證明，光敏電阻的光電流對光照強度的變化有一定的響應(yīng)時間，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定 的惰性，這種惰性通常用時間常數(shù)表示。光敏電阻自光照停止

5、到光電流下降至原值的63%時所經(jīng)過的時間 稱為光敏電阻的時間常數(shù)。大多數(shù)的光敏電阻時間常數(shù)都較大，這是它的缺點之一。不同材料的光敏電 阻具有不同的時間常數(shù)（毫秒數(shù)量級），因而它們的頻率特性也就各不相同。圖5為硫化鎘和硫化鉛兩 種不同材料的光敏電阻的頻率特性，即相對靈敏度與光強變化頻率f之間的關(guān)系曲線。此外，光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大?？傊饷綦娮杈哂泄庾V特性好、允許的 光電流大、靈敏度高、使用壽命長、體積小等優(yōu)點，所以應(yīng)用廣泛?！緦嶒瀮?nèi)容和要求】一、光敏電阻的光電特性將白熾燈光源的連接線接到儀器面板右下角光源輸出位置。在白熾燈光源上的兩個安裝孔中分別 插入光敏電阻和照度計探

6、頭。將光敏電阻和電流表分別接入光敏電阻單元中的相應(yīng)位置，接電流表時注意正負，即構(gòu)成下圖6 所示的電路。+Vcc mA圖6打開儀器主電源及照度計，光源開關(guān)暫時不開。記下電流表的讀數(shù)（暗電流），并將數(shù)據(jù)填入表1。按下光源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)光旋鈕，每隔5Lx記錄電流表讀數(shù)，直至電流表達到滿偏，并繪制相應(yīng)的 表格。根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)做出照度-電流曲線。二、光敏電阻的光譜響應(yīng)特性將白熾燈光源的連接線接到儀器面板右下角光源輸出位置，在光源光譜三棱鏡支架上放好三棱 鏡，將光敏電阻傳感器插入光譜盒后面的傳感器安裝孔。開啟電源及光源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)光旋鈕至最大，調(diào)整三棱鏡及光譜盒位置，使光譜盒內(nèi)成一條豎直 的色帶，如不準(zhǔn)可

7、適當(dāng)調(diào)節(jié)透鏡及狹縫位置。將光敏電阻接入光敏電阻單元的相應(yīng)位置，電流表不接。輸出Vo接電壓表。轉(zhuǎn)動光譜支架調(diào)整螺母，使傳感器透光狹縫處于紅外外測，并使輸出最小，光譜指針指在紅外區(qū) 域。記下此時電壓表讀數(shù)，填入表2中。轉(zhuǎn)動調(diào)整螺母，使透光狹縫慢慢進入有效光譜區(qū)域從電壓表數(shù)字開始變化起，參考光譜分布圖每 隔一定的乙入記下一數(shù)值,直到紫外外側(cè).并觀察光譜指示發(fā)光管的變化。做出波長-電壓響應(yīng)曲線。根據(jù)該曲線,對照光譜分布圖可得出該光敏電阻光譜響應(yīng)及峰值波長的大致范圍。表2波長（um）0.78 近紅外0.78 紅0.622橙0.597 黃0. 577綠0.492藍電壓（V）三、光敏電阻的頻率特性（由于儀器

8、原因，可不做）將光敏電阻傳感器插入頻率特性單元中的光源插座上。將光敏電阻接入光敏電阻單元的相應(yīng)位置，電流表不接。輸出Vo接示波器。開啟儀器電源，觀察示波器波形。調(diào)節(jié)頻率特性單元中的頻率調(diào)節(jié)旋鈕，觀察示波器波形的變化。用示波器另一個探頭接頻率特性單元中的探測孔（頻率調(diào)節(jié)旋鈕旁邊），與光敏電阻單元輸HVo 的波形作比較。（應(yīng)該設(shè)一表格，在頻率改變的條件下測電壓）。四、光敏電阻的應(yīng)用研究（一）光敏電阻做光敏開關(guān)將白熾燈光源的連接線接到儀器面板右下角光源輸出位置，將光敏電阻傳感器插入白熾燈光源上 的傳感器安裝孔。將光敏電阻接入光敏電阻單元相應(yīng)位置，電流表不接。輸HVo接電壓表。輸出指示開關(guān)置于照度 指示。開啟電源及光源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)光旋鈕，逐漸增大光強，觀察光敏電阻單元上的LED燈的變化如何。（二）光敏電阻做色度敏感開關(guān)在光源光譜三棱鏡支架上放好三棱鏡，調(diào)整三棱鏡及光譜盒位置，使光譜盒內(nèi)成一條豎直的色帶， 如不準(zhǔn)可適當(dāng)調(diào)節(jié)透鏡及狹縫位置。將光敏電阻傳感器放入光譜盒后面的傳感器安裝孔中，接線不變。光敏電阻單元上的輸出指示開 關(guān)置于光譜指示，調(diào)節(jié)光強至最大，觀察不同波長的光照對光敏電阻的影響。轉(zhuǎn)動光譜支架，調(diào)整螺母使傳感器透光狹縫進入光譜帶紅光一側(cè)。轉(zhuǎn)動調(diào)整螺母，在光譜帶內(nèi)移動狹縫，并注意光敏電阻單元上的LED燈的閃亮。描述該現(xiàn)象，并