實驗4.5 光敏電阻基本特性的測量
光敏感測器是將光訊號轉換為電訊號的感測器，也稱為光電式感測器，它可用於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、工作狀態識別等。光敏感測器具有非接觸、響應快、效能可靠等特點，因而在工業自動控制及智慧型機械人中得到廣泛應用。
【實驗目的】
1. 了解光敏電阻的基本特性，測出它的伏安特性曲線和光照特性曲線。
2. 了解光纖感測器基本特性和光纖通訊基本原理。
【實驗原理】
1. 光敏電阻的工作原理
在光照作用下能使物體的電導率改變的現象稱為內光電效應。大多數光電控制應用的感測器，如光敏電阻、光敏二極體、光敏三極體、矽光電池等都是內光電效應感測器。
對於光敏電阻來說，當內光電效應發生時，固體材料吸收的能量使部分價帶電子遷移到導帶，同時在價帶中留下空穴，這樣由於材料中載流子個數增加，使材料的電導率增加，電導率的改變量為：
4.5.1)
(4.5.1) 式中為電荷量，空穴濃度的改變量，電子濃度的改變量，為空穴的遷移率，為電子的遷移率。當光敏電阻兩端加上電壓後，光電流為
4.5.2)
（4.5.2）式中為與光電流垂直的截面積，為電極間的距離。
用於製造光敏電阻的材料主要有金屬的硫化物、硒化物和銻化物等半導體材料，目前生產的光敏電阻主要是硫化鎘，光敏電阻具有靈敏度高、光譜特性好、使用壽命長、穩定性能高、體積小以及製造工藝簡單等特點，被廣泛地用於自動化技術中。
2. 光敏電阻的基本特性
光敏電阻的基本特性包括伏安特性、光照特性、光電靈敏度、光譜特性、頻率特性和溫度特性等，本實驗主要研究光敏電阻的伏安特性和光照特性
2.1 伏安特性
光敏感測器在一定的入射光強照度下，光敏元件的電流與所加電壓之間的關係稱為光敏電阻的伏安特性。改變照度則可以得到一組伏安特性曲線，它是感測器應用設計時選擇電引數的重要依據。某種光敏電阻的伏安特性曲線如圖4.
5.1所示。從光敏器件的伏安特性可以看出，光敏電阻類似乙個純電阻，其伏安特性線性良好。
2.2 光照特性
光敏感測器的光譜靈敏度與入射光強之間的關係稱為光照特性，有時光敏感測器的輸出電壓或電流與入射光強之間的關係也稱為光照特性，它也是光敏感測器應用設計時選擇引數的重要依據之一。某種光敏電阻光照特性如圖4.5.
3、所示。 從光敏器件的光照特性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，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量的光電感測器使用。
【實驗儀器】
jk-30型光電感測器實驗電源，jk-7訊號源，光學暗筒，數字萬用表，光敏感測器件。
【實驗內容與步驟】
實驗中對應的光照強度均為相對光強，可以通過改變點光源電壓或改變點光源到光敏電阻之間的距離來調節相對光強。光源電壓的調節範圍在0～12v，光源和感測器之間的距離調節有效範圍為:0～200mm。
1.光學暗筒內光照度的標定
為消除雜散光對實驗的影響，實驗時照明光路是置於暗筒中進行。光學暗筒的結構：一端有光敏元件的安裝蓋，用統一大小的元件接外掛程式固定在插口上，用導線引入電路，另一端是裝有白熾燈的可移動杆，桿身標有刻度，可以調節並讀取光源與光電元件的距離，以改變它們之間的相對照度。
由於燈泡引數不可能完全一致，實驗前根據電路圖4.5.2，通過調節加在燈泡兩端的電壓，可改變白熾燈的亮度，直至達到矽光電池模組標薟紙上廠方所標定照度資料（0cm處照度），則校準了乙個相對照度。
表4.5.1 拉桿刻度同光照度對照表
注：刻度數是指燈杆上刻度數，白熾燈到矽電池間實際距離為： 。處的照度由距離平方反比律計算。
2．光敏電阻特性實驗
按電路圖4.5.3接好實驗線路，光源用白熾燈，將光敏電阻（ldr）置於光學暗筒中，電阻等元件插在九孔板中，電源由jk-30型光電感測器實驗電源提供。
使用萬用表測量暗電阻和一般光電阻並記錄。
2.1．光敏電阻伏安特性測試
在自然光下用數字萬用表測光敏電阻在實驗室燈光下的亮電阻，在暗筒中的暗電阻。
調節光源到光敏電阻之間的距離，將光源調至標定的照度，在此光照的條件下，改變光敏電阻電路的偏置電壓，測出電阻兩端電壓，則電流，測量6個不同偏置電壓下的，記到資料表4.5.2。
改變照度重複上述過程（不少於三次）。
2.2. 光敏電阻的光照特性測試實驗
在一定的外加偏置電壓下（如），通過改變光源同光敏電阻之間距離，測出光敏電阻在相對光照強度下兩端電壓，則電流，記到資料表4.5.3。
改變外加偏置電壓重複上述過程（不少於三次）。
3、光纖通訊演示
實驗時按圖4.5.4進行接線，把波形發生器設定為正弦波輸出，幅度調到合適值，示波器將會有波形輸出；改變正弦波的幅度和頻率，接受的波形也將隨之改變，並且喇叭盒也發出頻率和響度不一樣的單頻聲音。
圖中：①訊號源，②為揚聲器，③為示波器，說明：實際實驗的過程中用喇叭盒代替耳機聽筒，光電三極體pht 101也可以換成光電二極體phd 101。
【資料記錄及處理】
1. 記錄光敏電阻伏安特性測試資料，繪出伏安特性曲線。
表4.5.2 光敏電阻伏安特性測試資料表
暗電阻燈光下電阻
2. 記錄光敏電阻光照特性測試資料，繪出光照特性曲線。
表4.5.3光敏電阻光照特性測試資料表
【注意事項】
1. 光電感測器感應光照在時間上有滯後現象，即光電感測器的「響應時間」（或稱弛豫時間），在測試是應待穩定後再讀數。
2. 流過led3的電流不能過大，最高峰值電流為180ma/1khz。
【思考題】
1. 驗證光照強度與距離的平方成反比（把實驗裝置近似為點光源）。
2. 使用數字萬用表作為測量儀器時，是否需要考慮其內阻，為什麼？
3. 根據測量結果，總結光敏電阻的伏安特性和光照特性。
光敏電阻特性測試實驗 精
1 學習掌握光敏電阻工作原理 2 學習掌握光敏電阻的基本特性 3 掌握光敏電阻特性測試的方法 4 了解光敏電阻的基本應用 1 光敏電阻的暗電阻 暗電流測試實驗 2 光敏電阻的亮電阻 亮電流測試實驗 3 光敏電阻光電流測試實驗 4 光敏電阻的伏安特性測試實驗 5 光敏電阻的光電特性測試實驗 6 光敏電...
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