光敏电阻特性的研究及演示用光敏器件的设计

1、光敏电阻特性的研究及演示用光敏器件的设计范佳午、杨军、张灿坤、颜鑫亮北京师范大学物理学系摘要 :对光敏电阻从理论上、实验上和教学上进行系统的研究。主要结合实验可测量的量推算了不同频率光对光敏电阻激发的量子产额的表达式;测量了光敏电阻在不同频率光照射下的 R-E (阻值照度曲线;设计实验研究了光敏电阻的响应时间与照射光的照度和频率的关系,并给出了上升和下降时间的测量方法;并设计了教学演示用光敏器件光控照明器、闪光探测器和光源方向探测装置,可以应用于中学传感器教学。关键词:光敏电阻,光照特性,光谱特性,响应特性,响应时间,量子产额,传感器教学,光控照明器,闪光探测器,光源方向探测电路一、光敏电阻及

2、其特性的介绍光敏电阻是基于内光电效应的一种光传感器。 具有灵敏度高, 光谱响应范围宽, 体积小、重量轻、机械强度高,耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等优点。因此作为开关式光电信号传感元件广泛应用在自动化技术中。制造光敏电阻的材料主要有金属的硫化物、硒化物和锑化物等半导体材料。光敏电阻的结构如图所示。 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。 为了获得高的灵敏度,光敏电阻的电极一般采用硫状图案,结构见下图。它是在一定的掩模下向光电导薄膜

3、上蒸镀金或铟等金属形成的。这种硫状电极,由于在间距很近的电极之间有可能采用大的灵敏面积,所以提高了光敏电阻的灵敏度。 金属封装的硫化镉光敏电阻结构图其中:1-光导层 ; 2-玻璃窗口 ; 3-金属外壳 ; 4-电极 ;5-陶瓷基座 ; 6-黑色绝缘玻璃 ; 7-电阻引线。引线45 6光敏电阻的灵敏度易受湿度的影响,因此要将导光电导体严密封装在玻璃壳体中。如果把光敏电阻 连接到外电路中,在外加电压的作用下,用光照射就能改变电路中电流的大小。光敏电阻的主要参量有暗电阻、亮电阻、光谱范围、峰值波长和时间常数等。基本特性有伏安特性、 光照特性、光谱特性、温度特性等。大致介绍如下:暗电阻:关闭 10Lx

4、 光照后第 10秒的电阻值。亮电阻:用 400 -600Lx光照射 2小时后,在标准光源 A (色温 2853K 下,用 10Lx 光测量。 灵敏度:指其不受光照射时的电阻值 R D (暗电阻和受光照射时的电阻值 R P (亮电阻的相对变化 值。光敏电阻暗电阻的阻值一般在兆欧数量级,亮电阻在千欧数量级,有很高的灵敏度。时间常数:当光敏电阻在 0上升到 100LX 时电阻到达稳定状态的 63%所需的时间。也称为惯性。光谱特性:表示光敏电阻对不同波长的光照敏感程度,光谱响应最敏感的波长称为光谱响应峰值。 伏安特性:指在一定照度下,加在光敏电阻两端的电压和光电流之间的关系。光照特性:指在一定外加电压

5、下,光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。温度特性:光敏电阻的性能 (灵敏度、暗电阻 受温度的影响较大。随着温度的升高,其暗电阻和灵 敏度下降,光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。厂家在测量光敏电阻特性时,采用色温为 2853K 的标准 A 光源,并且在较少的历史效应的条件下测 得。二、项目取得的成果(一 :对光敏电阻特性的理论推导我们在查阅文献的基础上,对光敏电阻的理论分析进行了系统的总结。并对照在光敏电阻上的照度 与波长和光子数的关系进行了推导,与课题中设计的两个实验结合起来,推出了光敏电阻的量子产额的 表达式。光敏电阻是基于光电导效应的光电元件。当半导体受到光照射时,引起半导体电导率改变

6、的现象称 为光电导效应。光电导现象最基本的过程是光激发在半导体中产生自由载流子。半导体吸收光子能使电 子从价带激发到导带,分别在导带和价带中产生可以自由移动的电子和空穴,它们引起的光电导称为本 征光电导。另外,在光激发不引起载流子数目变化,而只是使载流子迁移率变化的情况下,也可以发生 带内光电导现象。1、附加光电导如果平衡态的电子和空穴浓度为 为 ,则半导体的电导率和 000p n : (000p n u p u n e +=其中 0为无光照时的电导率(暗电导率, p n u u 和 分别是电子和空穴的迁移率。光照产生的非平衡载流子,开始时它们的能量比平衡载流子的平均能量高,或者说这些载流子的

7、分 布不同于平衡分布。但是经过很短的时间,通过和晶格的碰撞他们把多余的能量传递给晶格,使本身的 能量相应于平衡分布。因此,非平衡载流子在其存在的大部分时间内,与平衡载流子的迁移率相同。设非平衡电子和空穴浓度为 :, 为 导率 则有光照时半导体的电和 p n p n u p p e u n n e ( (00+=于是光照引起的附加光电导 可写为:(p n u p u n e +=虽然在本征光电导中,光激发的电子和空穴是相等的,但是在它们复合消失以前,只有一种光生载 流子有较长时间处于自由状态,而另一种则基本上被禁带中的陷阱能级所束缚。此时:n >>p 或者 p>>n .

8、所以附加光电导写成:p n u p e u n e =或者 ,2、光电导的弛豫实验表明,在恒定光照下,光电导是逐渐增大的,最后才达到稳定值;光照停止时,光电导也是在 一段时间内逐渐消失的。光电导的这种逐渐上升和逐渐下降的现象,称为光电导的弛豫。从产生光电导 的机理来看,这种现象反映了光生载流子的积累和消失过程。以下给出光激发引起的载流子的产生率:设强度为 I 的光均匀的垂直照射到样品的一个表面上。在垂直光照射方向(x 方向单位面积 . 厚度 为 dx 的小体积内吸收的光能量为:dx x I dI =- (式中 为吸收系数。如果 I 是以光子数表示的光强(即单位时间内通光单位面积的光子数,则单

9、位时间内,在单位体积内吸收的光子数为 I 是常数。在这种情况下,载流子的产生率 G 也是常数,可以 把它表示为:I=G表示吸收一个光子产生载流子(或电子空穴对的数目,称为量子产额。设 为由于光照产生的非平衡载流子的寿命,电子和穴会不断复合,对于直接符合和通过复合中 心的复合,复合率(单位时间内复合掉的电子和空穴的对数 /n 。有光照射时的连续性方程可写为: n dt n d -I= 根据起始条件:t=0,0=n , 可解得方程的解为:(/1t n -I= 当 t>>时, n 达到稳定值 s n s n I=由上式可以得出持续光照时,由于光照产生的载流子数目与四个因素有关:量子产额,

10、吸收系数 ,光照强度和载流子寿命。光照停止后,决定 n 变化的连续性方程为: n dt n d -= 由初始条件 t=0, n =s n , 解方程可得:/t sn n -= 由上式可得:当时间 t 远远大于 , n 趋近于 0。下图给出了 n 随时间 t 的变化过程: 3、光能量的传播(1辐射通量和视见函数设光源表面 S 向所有方向辐射出各种波长的光。此光源表面一个面积 dS 的辐射情况,可以用单位时间内该面积 dS 辐射出来的所有波长的光能量(也就是通过该面积的辐射功率来表示,这就是面积元 dS 的 辐射通量。可用 来表示,单位为瓦特。分布函数 e (是单位时间内通过光源面积元的某一波长附

11、近的单位波长间隔内的光能量。 e (是 波长 的函数,它又称为谱辐射通量密度。从光源面积元 dS 辐射出来的波长在 到 +d间的光辐射通量为( d d e d +=于是,从面积元 dS 发出的各种波长光的辐射通量为0( e d = 设任一波长为 的光和波长为5550Å的光,产生相同亮暗视觉所需的辐射通量分别为 和 5550 ,则比 值5550( v = 称为视见函数。(2光通量引入视见函数后,就可以研究光通量,它表示光源表面的可观辐射通量对人眼所引起的视觉强度, 以 表示,它等于辐射通量与视见函数的乘积,在某一波长 附近对于波长间隔为 d 的单色光来讲,其 光通量为( ( ( ( m

12、 d k v d k e d =式中( ( m k k v =( k 称为光谱光视效能, m k 为最大光视效能,简称最大光效率,在国际单位制中 m k =683lm/W(3发光强度发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量,它可用点光源在单位立 体角中发出的光通量的数值来量度,可表示为d I d =式中 d 是点光源在某一方向上所张的立体角元。(4照度照度是表征受照面被照明程度的物理量,它可用落在受照物体单位面积上的光通量数值来量度,如 果照射在物体面元 ds 上的光通量为 d ,则照度 E 可表达为dsd E =我们认为在照射过程中,辐射均匀,则有 s E =从而得出

13、Es =则照射到光敏电阻上的光强为2cos r E Es I = 式中 r 为光源距受光物体元面积 d 中心的距离, 为光束的轴线方向与受照面法线间夹角。于是,( (m d d k v =对于特定光波长有( (m k v = (即为某波长光辐射到光敏电阻上的辐射功率。 每个光子的能量为 hc ,所以单位时间内通过单位面积的光子数为/ (hc =I 式中 83.010/c m s =是真空中的光速, 346.610/h J s -=是普朗克常量。4、综上可得出光敏电阻量子产额 的表达式 : =s n /( I目前市场上的光敏电阻大多材料为 Cds ,而 Cds 为 N 型半导体,所以s n =/

14、(en u 而 ( (/ (v hck Es v hck hc m m =I 当照度较大时,由于 0>>,可认为 =所以 nu Es e v hck m = ( n u Es e v hck m = ( 式中 s 为光敏电阻上光导电材料的受光面积, E 、 、 可由我们设计的实验测得。 u n 为电子迁移率, 为吸收系数与照射光的波长 有关。其他的量均为常数或由查图表可得。(二光敏电阻在不同频率单色光下的阻值照度关系曲线的测量光敏电阻的光照特性是指在一定外加电压下,光敏电阻的光电流与光通量之间的关系。在电压一定 的条件下,光电流与光敏电阻阻值成反比关系,故只需测得了阻值,即可将之转

15、化为光电流大小。由于 光敏电阻的受光面积一定,照在光敏电阻上的光通量与照度成正比。前人只对复合光下光敏电阻的光照 特性曲线进行了测量,尚未探索光通量光频率阻值之间的关系。但在不同频率光的照射下,光 敏电阻可能有着不同的光照特性曲线,即不同的 R-E 关系曲线。我们设计实验对光敏电阻在不同频率单色 光下的 R-E 关系曲线进行了测量。1、实验装置与实验设计实验装置如下图所示。为了得到不同频率的照射光,采用高亮度可发出连续的复合光的溴钨灯作为 光源。再通过滤色片得到单一频率的光。在光源后放置透镜 1使透过后的光成为平行光。偏振器由一对偏振片组成, 用来控制照射到光敏电阻上的光强度。 两偏振片间的夹

16、角 与照射光强度 I 的关系为 I = I 0cos2,其中 I 0为当两偏振片平行时的出射光强。当平行光入射至偏振器后,通过改变两偏振器间的夹角 可 达到调节照射光强度变化的目的。透镜 2可使由偏振器出射的平行光能高效、均匀地照射光敏电阻。滤色 片置于紧贴遮光筒开口处,这样可保证照射到光敏电阻上的光为单色光。而光敏电阻置于遮光筒中,避 免了杂散光的影响。光敏电阻阻值的测量采用了数字欧姆表。数字欧姆表不仅精度高,同时避免了组装 测量电路的麻烦。 阻值照度关系曲线测量装置图在摆置图一所示的装置时,要注意将各元件调整至等高共轴状态,并调整好透镜 1和透镜 2的位置, 使照射到光敏电阻上的最大光强尽

17、可能大。实验前先将偏振片的夹角调至零度,用照度计测量照射到光 敏电阻上的最大照度值。测量时注意要将照度计的探头放至和光敏电阻相同的位置,并使探头平面和光 敏电阻平面平行。实验时,只要调整偏振片角度改变光强,并读出相应的阻值即可。2、 实验数据及作图用以上的实验方法,我们对两只光敏电阻在不同频率单色光下的光照特性进行了测量,整理后的实 验数据如表 1和表 2,根据数据画出图 1和图 2 ,光敏电阻 2在 407nm 光照射下的 R-E 曲线的数据由于 最大照度不够只测到三组数据,表中未列出:表 1 光敏电阻 1的数据 表 2 光敏电阻 2的数据 联系到 (一 中推出的量子产额的公式, 影响量子产

18、额 的吸收系数 、 视见函数 V( 都与 有关, 响应时间 与 可能有关,我们将在(三部分的实验中试图研究。并且 本身也影响着 。 V( 与 的关系较为简单,是仅有一个峰值的光滑曲线(可参见姚启钧光学教程 257页 。而 与 的关系可 能较复杂,它受本征吸收、激子吸收、杂质吸收、自由载流子吸收等的影响(可参见黄昆固体物理学 441页 。因此, 与 的关系可能比较复杂。注意:图中均没有测到照度为零时的阻值,图一中照度很小的点看似已经在纵轴上,实际并未在纵 轴上,而是还接受微弱的光照。实验测得,当光照为零时(把光敏电阻用黑纸严实包住,光敏电阻的 阻值会随着时间的增加一直增加,直至超出量程为 88M

19、 欧的万用表量程。光敏电阻的暗电阻定义为:关闭 10Lx 光照后第 10秒的电阻值。(三光敏电阻响应时间的研究光敏电阻是基于光电导效应的光电元件。在从无光到恒定光照下,光电导逐渐增大,最后才达到稳 定值;光照停止后,光电导也是在一段时间内逐渐减小到稳定值的。光电导的这种逐渐上升和逐渐下降 的现象,称为光电导的弛豫。这种现象表现了光电导对光强变化反应的快慢。从产生光电导的机理来看, 弛豫现象反映了光生载流子的积累和消失过程。光电导上升或下降的时间就是弛豫时间,或称为响应时 间。光敏电阻的灵敏度指其不受光照射时的电阻值 R D (暗电阻和受光照射时的电阻值 R P (亮电阻的相 对变化值。相对灵敏

20、度 S s 为 (RD -R P /RD 。下面的图表示出光敏电阻的响应特性。当脉冲光照射后上升到饱 光敏电阻的响应特性和值的 63%的时间称为上升时间,而脉冲光遮挡后下降到饱和值的 37%的时间称为下降时间。大多数光敏 电阻的响应时间较长,这是它的缺点之一。1、 实验装置与实验设计实验装置如下图所示。光源采用高亮度可发出连续的复合光的溴钨灯。再通过滤色片得到单一频率 的光。在光源后放置透镜 1使透过后的光成为平行光。偏振器由一对偏振片组成,用来控制照射到光敏 实验装置示意图电阻上光强度。两偏振片间的夹角 与照射光强度 I 的关系为 I = I 0cos 2其中 I 0为当两偏振片平行时 的出

21、射光强。当平行光入射至偏振器后,通过改变两偏振器间的夹角 可达到调节照射光强度变化的目 的。透镜 2可使由偏振器出射的平行光能高效、均匀地照射光敏电阻。滤色片置于贴近快门处,这样可 保证照射到光敏电阻上的光为单色光。而将光敏电阻置于快门中后部以避免杂散光的影响。利用快门的 打开和关闭来获得入射光脉冲。将光敏电阻和另一固定阻值的电阻串联后接到稳压电源上,在光敏电阻的两端并联数字存储示波器。 则可将光敏电阻的阻值的变化转化为电压的变化在示波器上显示出来。利用数字存储示波器的储存功能 或采用长余辉慢扫描方式将光脉冲引起的波形存储下来以便测量。本实验采用半定量的方法研究光敏电阻的响应时间与照射光的照度

22、和波长的关系,可以得出响应时 间随照射光的照度和波长的变化规律。为了避免由于波形的起点和终点不好确认而带来的误差,我们规 定每次测量电压从初始值到最后的稳定值的改变量的 10%上升到 90%所用的时间(仅测量快门关闭引起的 电压变化波形,光敏电阻阻值增加,相对灵敏度下降 。实验时只需改变偏振片的夹角 ,再按我们的规 定测量相应的时间。在测完一组数据后,将偏振片夹角转至 0度,将照度计探头置于和光敏电阻同样位置 和角度处测量最大照度。然后更换另一种波长的滤色片,测量另一组数据和相应的最大照度。由于光敏 电阻的受光面积和对光源位置保持不变,可以证明光敏电阻受到的照度也满足 E=E0cos 2, 其

23、中 E 0为光敏电阻受到的最大照度。最后可通过作图将在不同波长光照射下测得的数据进行对比。2、 实验数据及作图在串联了 2000欧的电阻情况下,对型号为 5606的光敏电阻测量的结果见表。其中波长为 550nm 的入射 光的最大照度为 140lx ,用 E 1代表光敏电阻受到的照度, T 1代表根据上面规定测得的时间;波长为 600nm 的 入射光的最大照度为 180lx ,用 E 2代表光敏电阻受到的照度, T 2代表根据规定测得的时间。响应时间与照度关系实验数据/(° E 1(lx T 1(ms E 2(lx T 2(ms 0 140.0 112 180.0 11010 135.

24、8 112 174.6 11020 123.6 110 158.9 11830 105.0 108 135.0 10640 82.2 111 105.6 11650 57.8 108 74.4 10660 35.0 116 45.0 11466 23.2 116 29.8 12472 13.4 114 17.2 11678 6.1 135 7.8 12480 4.2 132 5.4 13282 2.7 150 3.5 14484 1.5 152 2.0 14686 0.7 188 0.9 20088 0.2 180 0.2 230根据表 1的数据作出的曲线见下图。由图可以看出,随着照度的减小,

25、光敏电阻的响应时间增长。并 且照度越小,响应时间随照度的变化越急剧。对于型号为 5606的光敏电阻,波长为 550nm 的照射光下和波不同波长光照射下的 T-E 曲线长为 600nm 的照射光下的 T-E 曲线的差别在照度较大时不明显;在照度很小时,表格中的 T 1和 T 2有一定的差 别。但由于实验中照度测量的不确定度较大,并且偏振片夹角在为 90°时也难以完全不透光,而照度小 时 T 随 E 变化剧烈,故 T 的不同可能是由 E 的微小不同引起的。在同样 E 下波长对 T 的影响,还需更精密的实 验来测量。 响应时间测量的示波器显示的照片3、上升时间和下降时间的测量方法下面给出一

26、个上升时间和下降时间的测量方法。实验装置与上面相同。如果实验使用型号为 5549的 光敏电阻,暗电阻为 10兆欧(厂家数据。示波器为 Tektronix TDS 1002,内阻 1兆欧。设稳压电源输出 电压为 U 0。为便于测量,将电阻箱改为串连阻值为 20兆欧的电阻。当光敏电阻阻值为暗电阻时,示波器与 光敏电阻并联的阻值为 0.91兆欧,示波器测得电压为 0.044 U 0。当光敏电阻被光源发出的光(照度在 10lx 以上照射并达到稳定阻值时,阻值小于 1万欧,与示波器并联后,可认为示波器测得电压为 0。根据光 敏电阻响应特性曲线,在相对灵敏度达到 63%的点, (RD -R P /RD =

27、0.63,可得到 R P =0.37RD =3.7兆欧,与示波 器并联后,示波器测得电压为 0.038 U 0。所以用示波器测得电压从最大值下降改变量的(0.044-0.038 / (0.044-0 =13.6%所对应的时间,即为光敏电阻的上升时间。使用同样方法,通过计算对示波器上测得 波形的测量范围,可以测出光敏电阻的下降时间。实验要注意将光敏电阻固定到快门中时要使光敏电阻的后部漏有余光,并控制余光的光强使光敏电 阻的阻值在暗电阻 10M 欧左右。这是因为厂家给出的光敏电阻的暗电阻为:关闭 10Lx 光照后第 10秒的电阻 值。而在完全无光条件下,随着时间的增加,光敏电阻的阻值会一直增加直至

28、超出厂家给出的暗电阻很 多倍。4、实验改进方向条件允许,可研究一下快门的内部电路。设法将快门打开和关闭的信号同步接到示波器的另一个通 道上,从而将快门的信号波形和光敏电阻上电压变化的波形作比较,更加严谨精确的确定上升和下降时 间。另外,由于快门从打开到全开的时间无法得知,我们无法估计它可能给实验带来多大误差。可尝试 寻找能产生光强阶跃变化的闪光发生器来产生光脉冲。但是,虽然有这些不足,我们得出的数据和曲线 都可以半定量的反映出光敏电阻的响应时间与照射光的频率和照度的关系。(四光控照明,闪光探测器,光源方向探测电路的设计光敏电阻作为一种灵敏的光电传感器,有非常广泛的应用。为了在教学中让学生了解到

29、这些应用,并 掌握一些简单的应用电路,启发学生自己寻找在生活中应用传感器的思路,我们设计了一些演示用的光敏器件,包括光控照明、闪光探测器和光源方向探测装置。与其他人设计的电路相比较,我们设计的电 路特色在于原理清晰、简单易懂,便于演示教学使用。1、光控照明在马路上及各种公共场所,长明灯现象十分普遍,这造成了能源的极大浪费。而且由于频繁开关或 者人为因素,墙壁开关的损坏率很高,增大了维修量,浪费资金。因此,能有一种根据光照强度自动控 制照明的方案是十分必要的。我们组设计了一种简便的光控照明电路,作为教学演示用,它的电路简明, 原理清晰,制作简单,有助于帮助学生了解光敏电阻的应用,启发同学们的思路

30、。适合目前中学普遍开 展的传感器的教学应用。 原理为:当有光照射时,光敏电阻呈现低电阻,三极管处于截止状态,那么,灯泡两端的电压接近 于零,处于不亮的状态。同样,当光敏电阻没有光线照射时,呈现为高电阻,三极管处于饱和连通状态, 灯泡两端处于高电压状态,灯泡变亮,此电路可以用作使用光敏电阻作光控照明的演示电路。2、闪光探测器闪光探测器可用于有间隔的闪光的探测和闪光次数计数,在一些自动控制和实验中有着应用。在设 计过程中使用了一些芯片,可以使中学生提前接触到并了解目前有广泛应用的电子芯片,激发学生的兴 趣。电路图如下,我们的电路由光脉冲发生器、计数器、显示译码器和显示器组成。 光脉冲发生器采用 5

31、55构成的施密特触发器, 计数器选用 74LS163, 显示译码器选用 74LS42, 显示器 采用共阳极显示器。电路原理:当光敏电阻受到闪光灯照射时,电阻变小,约等于 2K , 而一直串联的电阻为 5K ,那 么,它所分到的电压约为 72V DD 小于 31V DD ,这样一来, 6脚电压也小于 31V DD , 555置位, 3脚跃变为高 电平,作为计数脉冲加至计数器计数。当没有收到闪光灯照射时,光敏电阻呈现高电阻约为 1M 左右, 所以能分到较大部分电压,此电压大于 32V DD ,这就使得 6脚处的电压也大于 32V DD , 555复位, 3脚输 出低电平,计数器不能计数。这样,我们

32、就可以通过是否产生计数脉冲来描述闪光的有无。译码器的作用就是把由计数器输出的信号转化成显示器需要的输入信号,然后通过显示器显示出来,即,已探测到 闪光的次数。3、光源方向探测电路利用光敏电阻的光照特性还可以用来探测光源的方位。我们设计了一种光源方位探测器,其原理电 路图如图 3所示 .这样一个简单的电路,可以用来判断太阳光的方位,在太阳能的开发与利用方面,起到重要的作用。 这个电路可以大大地激发学生的研究和制作兴趣。所使用的元件有:光敏电阻 (9个 , 透镜 (半径 cm r 4=, 焦距 cm f 12= , 普通电阻 (9个, 22K , 电源(8节 5号电池 ,发光二极管(8个 ,开关一

33、个,手电筒。其电路原理如图 3所示:每个光敏电阻都与一个普通电阻串联, 9个这样相同的部分并联到电源两端。 发光二极管正极都接在标号为 0的光敏电阻上,负极接在相应的光敏电阻和普通电阻的中间接线处。 原理:当没有光照或 0号和 1号光敏电组上有相同的光照强度时, 两光敏电阻阻值相等, a 点电势等 于 b 点电势, 1号发光二极管截止, 不发光; 当照在 1号光敏电阻上的光照强度大于照在 0号光敏电阻上 的光照强度时, 1号光敏电阻阻值小于 0号光敏电阻阻值, a 点电势低于 b 点电势, 1号发光二极管导通 发光。其余 2 8号光敏电阻依此类推。 本器件中主要元件具体位置示意图如图 4所示(

34、对电源和普通电阻的位置及部分导线没有要求,所以在这里未画出 。 其中, 阴影部分表示凸透镜所在位置, 所有光敏电阻和发光二极管都在同一个平面内, 且处于凸透镜所在平面下方约 8cm 处。 0号光敏电阻置于凸透镜正下方, 1 8号光敏电组围成一个 cm r 5. 2=的圆。用手电筒光照射,发现在距离凸透镜 1m 范围以内,器件能比较准确地指示光源方位。这个器件的待改进之处是:当光源是较大的面光源时,光可以同时照在三个或者三个以上的光敏电 阻上,可能导致多个发光二极管都发光,这时只可以确定光源的一个位置范围。三、总结对光敏电阻从理论上、实验上和教学上进行系统的研究。主要推算了不同频率光对光敏电阻激发的 量子产额的表达式, 并结合了设计的实验;测量了光敏电阻在不同频率光照射下的 R-E (阻值照度 曲 线;设计实验研究了光敏电阻的响应时间与照射光的照度和频率的关系,并给出了上升和下降时间的测 量方法;并设计了简单易懂的光敏器件:光控照明器、闪光探测器和光源方向探测装置,可以配合中学 物理新课标对传感器教学的要求,应用于中学传感器教学。 推算出光敏电阻的量子产额:n u Es e v hck m = (式中 s 为光敏电阻上光导电材料的受光面积, E 、 、 可由我们设计的实验测得。 u n