北航17系光电子实验报告1-4

北京航空航天大学光电子技术实验报告实验时间：2015.05.13报告时间：2015.05.21I.光敏电阻特性及应用试验

实验一光敏电阻特性实验一．实验目的：１．了解光敏电阻的工作原理。２．掌握使用本仪器测定光敏电阻的各种特性。３．了解从实验曲线中获取物理特性的方法。二．实验原理：利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器叫光敏电阻又称为光导管是一种均质的半导体光电器件,其结构如（1所图（1）光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。光敏电阻应用得极为广泛，可见光波段和大气透过的几个窗口都有适用的光敏电阻利用光敏电阻制成的光控开关在日常生活中随处可见当内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为：pepnen在上式中e为电荷电量，p为空穴浓度的改变量，n为电子浓度的改变量，表示迁移率，当两端加上电压U后，光电流为Iph=A÷d×∆σ×u式中A为电流垂直的表面，d为极间的间距。在一定的光照度下，为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。光敏阻在未受到光照射时的阻值称为暗电阻此时流过的电流称为暗电流光敏电阻受到光照射时的阻值称为亮电阻此时流过的电流称为亮电流亮电流与暗电流之差称为光电流一般暗电阻越大亮电阻越小光敏电阻的灵敏度越高光敏电阻的暗电阻一般在兆欧数量级，亮电阻在几千欧以下，暗电阻与亮电阻之比一般在102～106之间。一般光敏电阻（如硫化铅、硫化铊）的伏安特性曲线如图（2）所示由该曲线可知，所加的电压越高光电流越大而且没有饱和现象在给定的电压下光电流的数值将随光照增强而增大在设计光敏电阻变换电路时应使光敏电阻的工作电压或电流控制在额定功耗线之内。图（２）光敏电阻伏安特性曲线光敏电阻的光电流与光照强度之间的关系称为光敏电阻传感器的光照特性不同类型的光敏电阻其光照特性也不同多数光敏电阻传感器光照特性类似于（3的特性线，光敏电阻的光照特性呈现出一定程度的非线性特性光敏电阻的光照度——电阻值的典型特性曲线如图（4）所示低照度a曲线斜率较大，中间照度区b区近似视为直线区，也是光敏电阻的主要工作区因而光电流随光照度增长较快在高照度区电阻值随照度下降慢，光电流随照度增长也变慢。（３光敏电阻光照特性曲线（４光敏电阻照度—电阻特性曲线几种常用光敏电阻的光谱特性曲线如图（5）示，对于不同波长的光，光敏电阻的灵敏度是不同的从图中可以看出硫化镉的峰值在可见光区域而硫化铅的峰值在红外区域。因此，在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。图（５）光敏电阻光谱特性曲线当光敏电阻元件温度升高时，光敏电阻的阻值会下降，并且暗电阻比亮电阻下降更多。环境温度对低照度时电阻值的影响比在高照度时影响更大因此当环境温度升高时光敏电阻的亮电阻与暗电阻之差值会减小，这意味着光敏电阻的光电流会有所降低，图（6）示出了CdS敏电阻在光照度一定时光电流与环境温度的关系曲线可以看出环境温度上升时CdS光敏电的光电流会有所下降。图（６）光敏电阻温度特性曲线三．实验所需部件:直流稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元电位器、数字电压／频率表、各种光源、遮光罩、固体激光器、光照度计（自备或选配）四．实验过程及数据处理１.测试敏电阻的暗电阻亮电阻并计算光电阻观察光敏电阻的结构用遮光罩将光敏电阻完全掩盖用万用表欧姆档测得的电阻值为暗电阻Ｒ暗移开遮光罩在环境光照下测得的光敏电阻的电阻值为亮电阻Ｒ亮暗电阻Ｒ暗与亮电阻Ｒ亮之差为光电阻Ｒ光，光电阻越大则光敏电阻灵敏度越高然后在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻，试作性能比较分析。实验数据表格：（由于仪器量程限制，光敏电阻=2\*ROMANII的暗电阻无法读出）暗电阻亮电阻光电组（暗电阻-光电组）光敏电阻=1\*ROMANI3.9MΩ992Ω3.899MΩ光敏电阻=2\*ROMANII很大（无法测出）989Ω无法算出２.测试敏电阻的暗电流、亮电流、光电流。按照图（8）接线，分别在暗光及环境光照射下测出输出电压Ｕ暗和Ｕ亮电流Ｉ暗=Ｕ暗/Ｒ亮电流Ｉ亮=Ｕ亮/Ｒ，亮电流Ｉ亮与暗电流Ｉ暗之差称为光电流Ｉ光，光电流越大则灵敏度越高。图（７）发光管连接电路图（８）光敏电阻测量电路实验数据处理;暗电压亮电压负载电阻暗电流亮电流光电流光敏电阻=1\*ROMANI65.2mV3.8V62.8kΩ1.038μA60.5μA59.462μA光敏电阻=2\*ROMANII70.38mV6.90V62.8kΩ1.121μA108.28μA107.159μA３.光敏阻的伏安特性测试按照（8接线电源可从直流稳压电源±2～±10V间选用，每次在一定的光照条件下，测出当加在光敏电阻上电压为+2V+4V+6V、+8V、+10V时阻R两端的压U和电流I同时计算出此时光敏电阻的阻值光敏电阻伏安特性测试数据表（暗光）(R=1kΩ)工作电压2V4V6V8V10VU（mV）0.7071.582.583.624.780I（）0.7071.582.582.584.780R光（MΩ）2.8292.5312.3252.2092.091光敏电阻伏安特性测试数据表（正常环境光照）(R=1kΩ)工作电压2V4V6V8V10VU（V）1.252.533.825.086.02I（A）812192632R光（Ω）600581570.7574.8661.1光敏电阻伏安特性测试数据表（有光源照射）(R=1kΩ)工作电压2V4V6V8V10VU（V）(R两端)1.9683.9575.9417.859.82I（A）1221324152R光（kΩ）16.6210.879.9319.110.37伏安特性曲线如下图：４.光敏阻的光照特性测试。按照图（8）好实验线路，负载电阻R选定10K光源用高亮度卤钨灯（实验者可仔细调节光源控制旋钮，得到不同的光源亮度，从电电压UCC=2V开始到UCC=10V每次在一定的外加电压下测出光敏电阻在相对光照度“光到逐步增强的电流数据即Iph

UR,(V20K,V40K,V60K)，R同时求出此时光敏电阻的阻值，即：g

UccURIPh

。这里求尽量多测试（不少于15个）在同照度下的电流数据，尤其要在弱光位置选择较多的数据点，以使所得到的数据点能够绘出较为完整的光照特性曲线。光敏电阻光照特性测试数据表（电压：2V电阻：20kΩ）照度00.511.522.533.544.555.566.57UR（伏）1.411.441.471.531.591.651.691.721.741.761.771.781.791.801.80光电流（uA）70.57273.576.579.582.584.586878888.58989.59090光敏电阻光照特性测试数据表（电压：4V电阻:40kΩ）照度00.511.522.533.544.555.566.57UR（伏）3.293.333.373.463.543.603.653.693.723.743.763.773.783.7853.792光电流（uA）82.2583.2584.2586.588.59091.2592.259393.59494.2594.594.62594.8光敏电阻光照特性测试数据表（电压：6V电阻：60kΩ）照度00.511.522.533.544.555.566.57UR（伏）5.205.235.305.405.495.565.625.665.695.715.735.745.755.765.77光电流（uA）86.787.288.39091.592.793.794.394.895.295.595.795.89696.2根据以上实验数据画出光敏电阻的一组光照特性曲线。５.光敏阻的光谱特性测试不同的半导体材料制成的光敏电阻有着不同的光谱特性见（５不同波长的入射光照到光敏电阻的光敏面上光敏电阻就有不同的灵敏度。照（8线,其工作源可选用直流稳压电源的负电源用高亮度LE红黄绿、蓝白作为光源发光电源可选用直流稳压电源的正电源发光管的接线可参照（（7。限流电阻用选配单元上的10K～0K档电位器首先应置电位器阻值为最大开启电源后缓慢调小阻值使发光管逐步发光并至最亮当发光管达到最高亮度时不应再改变限流电阻阻值依次将各发光管接入光电器件模板上的发光管插座发光管与光敏电阻顶端可用附件中的黑色软管连接（透镜对透镜分别测出光敏电阻在各种光源照射下的光电流再用固体激光器作为光源测得光电流将测得的数据记入下表据此作出两种光电阻大致的光谱特性曲线：光源红750黄590绿570蓝495白光电阻I电流/mA0.39930.10720.03460.12760.0981光电阻II电流/mA0.70400.48650.19320.62320.5590实验二光敏电阻的应用-----暗灯控制一．实验目的：１.了解光电阻的应用。二．实验原理:本实验为一种当有光照射时切断电路，无光照射时接通电路的暗通型光电控制器电路，当光照消（无光照时光敏电阻CdS的阻值增处理电路中的晶体管T基极电压升高，T导通，集电极负载LED流过的电流增大，LED光管发光。三．实验所需部件:光敏电阻光敏灯控”单元、发光二极管、数字电压／频率表四．实验步骤:１按照仪器面板所示将光敏电阻对应接“光敏灯控单元“光敏入发光管端口与“发光二极管Ⅰ”相接，输出端o接数字电压／频率表20V档。２确认无误后开启仪器电源调“暗光控制电位器使在实验室光照环境下发光管不亮。３然后改变光照条件分别用白纸带色的纸和遮光罩改变光敏电阻的光照当光照变暗到一定程度时发光管变亮，这就是日常所用的暗光街灯控制电路的原理。４．根据暗通电路原理，