1、光敏傳感器的光電特性測量實驗實驗簡介光敏傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，也稱為光電式傳感器，它可用于檢測直接引起光強度變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(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)識別等。光敏傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，因而在工業(yè)自動控制及智能機器人中得到廣泛應(yīng)用。實驗?zāi)康?1.了解光敏傳感器的基本特性. 2.測出光敏電阻的伏安特性曲線和光照特性曲線。實驗原理1.光電效應(yīng)：是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光敏傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效

2、應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。（1）外光電效應(yīng)：在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。2.內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)兩類。光電導(dǎo)效應(yīng)是指在光線作用下，某些電子吸收光子能量從原來的束縛態(tài)變成導(dǎo)電的自由態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率變化的現(xiàn)象，基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。光生伏特效應(yīng)是指在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象?；谠撔?yīng)的光

3、電器件有硅光電池和光敏二極管、光敏三極管。 2.光敏電阻的工作原理：當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時，若光電導(dǎo)體為某種本征半導(dǎo)體材料，光輻射能量足夠強，（光導(dǎo)材料價帶的電子將激發(fā)到導(dǎo)帶上去，從而使導(dǎo)帶的電子和價帶的空穴增加，致使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大。）將產(chǎn)生內(nèi)光電效應(yīng)，實現(xiàn)能級的躍遷，產(chǎn)生內(nèi)光電效應(yīng)要求入射光的能量大于一個特定的數(shù)值，即光敏電阻對光具有選擇性。3.光敏電阻的伏安特性 光敏電阻在一定的入射照度下，光敏電阻的電流I與所加電壓U之間的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。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)計時選擇電參數(shù)的重要依據(jù)。下面是某種光敏電阻的一族伏安特性曲線。橫坐標(biāo)是U光敏/V,

4、縱坐標(biāo)是Iph/mA?？梢钥闯?，光敏電阻是一個純電阻，其伏安特性線性良好，在一定照度下，電壓越大光電流越大，但必須考慮光敏電阻的最大耗散功率，超過額定電壓和最大電流都可能導(dǎo)致光敏電阻的永久性損壞。4、光敏電阻的光照特性 光敏傳感器的光譜靈敏度與入射光強之間的關(guān)系稱為光照特性，有時光敏傳感器的輸出電壓或電流與入射光強之間的關(guān)系也稱為光照特性，下面是某種光敏電阻的光照特性。橫坐標(biāo)是光照度/Lux,縱坐標(biāo)是Iph/mA.可以看出光敏電阻的光照特性呈非線性，一般不適合作線性檢測元件。 實驗儀器光敏傳感器光電特性實驗儀，其工作面板如圖所示。該實驗儀由光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池四種光敏傳感

5、器及可調(diào)光源、電阻箱、數(shù)字電壓表等組成。 GR1 光敏電阻+2-+12VR1 1KUCC實驗線路圖線路版面圖光源電壓版面圖光敏電阻的光電特性測試實驗線路圖UR1V實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容 （1）在一定的光照(如光源電壓12V，距離100mm）條件下,（先將電壓表與照度調(diào)節(jié)連接，調(diào)節(jié)照度調(diào)節(jié)旋鈕，使數(shù)字電壓表顯示所需的值）按照示意圖連接試驗線路，將檢測用光敏電阻裝入待測點，連結(jié)主機電源電壓UCC：2-12V電源；R1兩端的電壓UR1接入數(shù)字電壓表。測出加在光敏電阻上電源系統(tǒng)電壓UCC為+2V；+4V；+6V；+8V；+10V；+12V時的6個光電流數(shù)據(jù)，分別用電壓表測量R1兩端的電壓UR1，填入表格，（

6、2）計算光敏電阻中的電流 計算光敏電阻兩端電壓 計算光敏電阻的阻值 填入表格。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏電阻的一族伏安特性曲線1.光敏電阻的伏安特性測試實驗2.光敏電阻的光照特性實驗（1）按照示意圖連接好實驗線路，選擇一個一定的電源電壓（如選擇電源電壓Ucc=12V不變），測出光敏電阻在不同光照強度下的光電流數(shù)據(jù)。光照強度與光照電壓，距離之間的關(guān)系參照實驗參照表。（查表：當(dāng)d=100mm時，光源電壓為+4V；+6V；+8V；+10V；+12V ；+14V ；+16V ；+18V光照強度值填入實驗數(shù)據(jù)表格）。分別用電壓表測R1兩端的電壓UR1填入表格，（2）計算光敏電阻中的電流， 計算光敏電阻兩

7、端電壓 計算光敏電阻的阻值 填入表格。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏電阻的一族光照特性曲線實驗內(nèi)容實驗數(shù)據(jù)電源電壓Ucc/VUR1/VIph/mAU光敏/V光敏電阻Rg/k2.04.06.08.010.012.0表1.光敏電阻伏安特性測量注1：光照強度一定，(如光源電壓12.00V,距離100mm),其中R1=1k；Iph=UR1/R1; U光敏=Ucc-UR1；Rg=U光敏/Iph光源電壓Ucc/V光照度/LuxUR1/VIph/mAU光敏/V光敏電阻Rg/k4.000.096.000.858.004.010.0010.012.002014.004016.006518.00100表2.光敏電阻光

8、照特性測量注1：電源電壓一定，(如電源電壓Ucc=12.00V,距離100mm),其中R1=1k；Iph=UR1/R1; U光敏=Ucc-UR1；Rg=U光敏/Iph光照電壓與光照度照度對照光源電壓/v距離/mm光照度/Lux光源電壓/v距離/mm光照度/Lux24.024.024.024.02020202018181818161616161414141450100150200501001502005010015020050100150200501001502009003001501005001608050300100503518065352012040201212.0012.0012.0012.0010.0010.0010.0010.008.008.008.008.006.006.006.006.004.004.004.004.0050100150200501001502005010015020050100150200501001502006220126.030.010.05.03.010.04.02.01,03.00.850.450.2