1、实验一 光敏电阻特性实验实验目的：1. 了解光敏电阻的工作原理及相关的特性。 2. 了解非电量转化为电量进行动态测量的方法。 3. 了解简单光路的调整原则和方法。4. 在一定照度下，测量光敏电阻的电压与光电流的关系。 5. 在一定电压下，测量光敏电阻的照度与光电流的关系。实验原理:1. 光敏电阻的结构与工作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,其结构如图 1-1 所示。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。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。无
2、光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。 2. 光敏电阻的主要参数 (1) 暗电阻：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻， 此时流过的电流称为暗电流。 (2) 亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。 (3) 光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。 3. 光敏电阻的基本特性(1) 伏安特性 光敏电阻的伏安特性如图 1-2 所示，不
3、同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明电阻值随光照度发生变化。光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。图 1-2 光敏电阻的 伏安特性曲线 （2）光照特性 光敏电 阻的光照特性是描述光电流 I 和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。光敏电阻的光照特性则如图 1-3 所示。不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但是在大多数的情况下，曲线的形状都与图 1-3 类似。由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适宜作测量型的线性敏感元件，在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感器。 图 1-3 光敏电阻
4、的光照特性曲线(3) 光谱特性 光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。图 1-4 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。 对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。图 1-4 几种光敏电阻的光谱特性实验所需部件:稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元） 、电压表、各种光源、遮光罩、激光器实验步骤:1. 测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻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。(1) 将光敏电阻完全置入黑暗环境中（
5、将光敏电阻装入光通路组件,不通电即为完全黑暗）,使用万用表测试光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻 R 暗。 (注：由于光敏电阻个性差异，某些暗电阻可能大于 200M 欧，属于正常。) (2) 组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极）,将光源调制单元 J4 与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。(3) 移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的阻值为亮电阻 R 亮。(4) 将直流电源正负极与电压表头对应相连，打开电源，将直流电流调到 12V，关闭电源，拆除导线。 (5) 按照如下电路连接电路图，RL 取 RL=RL6=1M。 (6
6、) 打开电源，记录电压表的读数，使用欧姆定理 I=U/R 得出支路中的电流值 I 暗 （注：在测量光敏电阻的暗电流时，应先将光敏电阻置于黑暗环境中 30 分钟以上，否则在测量暗电流时，电压表的读数会较长时间后才能稳定，若测试的电压值在一小范围内变化时，读数取电压的平均值） 图 2-6 光敏电阻暗电流测试电路2. 光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流按照图 1-5 接线，分别在暗光及有光源照射下测出输出电压暗和 U 亮，电流 L 暗 =U 暗 /R，亮电流 L 亮 =U 亮 /R，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。3. 光敏电阻的伏安特性测试在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与
7、流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。按照图 1-5 接线，电源可从直流稳压电源+2+12V 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 时电阻 R 两端的电压 UR，和电流数据， 图 1-5 光敏电阻的测量电路同时算出此时光敏电阻的阻值，并整理数据填入表格。根据实验数据画出光敏电阻的伏安特性曲线。 4. 光敏电阻的光照特性测试按照图 1-5 接好实验线路，负载电阻 R 选定 1K，光源用白炽灯， （实验者可仔细调节光源控制旋钮，得到不同的光源亮度） ，每确定一种亮度后改变测试电路工作电压从 0V-12V。从电源电压 UCC=2V
8、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从“弱光”到逐步增强（通过白炽灯亮度调节）的电流数据，即： ，1.0RphUIK同时求出此时光敏电阻的阻值，即： 。这里要求尽量多的测点（不少于 4cRgPhI个）不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。整理数据填入表格，并根据以上实验数据画出光敏电阻的一组光照特性曲线。5. 光敏电阻的光谱特性： 用不同的半导体材料制成的光敏电阻有着不同的光谱特性，见图 1-4。当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。用高亮度 LED（红、黄、绿、
9、蓝）作为光源，发光管与光敏电阻顶端可用附件中的黑色软管连接。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、日光（白光）作为光源，测得光电流，将测得的数据记入表格，据此做出两种光电阻大致的光谱特性曲线：6. 光敏电阻的温度特性：光敏电阻与其他半导体器件一样，性能受温度影响较大。随着温度的升高电阻值增大，灵敏度下降。请按图 1-5 测试电路，分别测出常温下和加温（可白炽灯光照加热 35 分钟）后的伏安特性曲线。注意事项:1. 实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率 P MAX, P MAX=LU2. 光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。3. 实验时各种不同波长光源
10、选用的高亮度 LED 在不发光时均为透明材料封装，查看颜色及亮度均可从其顶端透镜前观察。用做光源时也应将透镜发光点对准光敏器件。实验数据：1. 暗电阻的测量测量次数 电源电压 U(v) 电流 I(mA) 暗电阻 R()1 5 0 无穷2 10 0 无穷3 12 0 无穷4 16 0 无穷2 亮电阻测量测量次数 电源电压U(v)入射光照强度 电流I(mA)亮电阻R()1 12 弱 1.95 6152 12 较弱 5.5 2183 12 中等 6.5 1.854 12 较强 7.04 1.705 12 强 8.02 1.506 12 很强 8.30 1.453 光敏电阻的伏安特性测试光敏电阻伏安特
11、性测试数据表（暗光） 电源电压（伏） 2 4 6 8 10UR（毫伏） 124.7 262 419 566 726电阻（k 欧姆） 11031.18 11327.27 11162 11095.52 11040.48电流（mA） 0.17 0.33 0.5 0.67 0.84光敏电阻伏安特性测试数据表（正常环境光照）电源电压（伏） 2 4 6 8 10UR（伏） 1.28 2.44 3.57 4.77 5.79电阻（欧姆） 1285.714 1356.522 1404.624 1392.241 1436.86电流（mA） 0.72 1.56 2.43 3.23 4.21光敏电阻伏安特性测试数据表
12、（白炽灯照射）电源电压（伏） 2 4 6 8 10UR（伏） 1.94 3.89 5.84 7.79 9.74电阻（欧姆） 645.8333 616.1616 615.894 615.7635 609.375电流（mA） 0.48 0.99 1.51 2.03 2.56光敏电阻伏安特性曲线弱 中等 很强照度0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1000.511.522.533.5白 炽 灯 照 射正 常 环 境 光 照暗 光电 压/V4 光敏电阻的光照特性测试：光敏电阻光照特性测试数据表（电源电压：2V）照度 很弱 较弱 中等 较强 很强UR（伏）0.185 0.245 1.05 1.25
13、1.34光电流（mA）0.176 0.239 1.07 1.19 1.32光敏电阻光照特性测试数据表（电源电压：4V）照度 很弱 较弱 中等 较强 很强UR（伏）0.365 0.495 2.11 2.52 2.69光电流（mA）0.357 0.508 2.114 2.65 2.73光敏电阻光照特性测试数据表（电源电压：6V）照度 很弱 较弱 中等 较强 很强UR（伏）0.551 0.759 3.18 3.79 4.04光电流（mA）0.547 0.762 3.15 3.84 4.18光敏电阻光照特性测试数据表（电源电压：8V）照度 很弱 较弱 中等 较强 很强UR（伏）0.78 1.03 4.
14、25 5.06 5.4光电流（mA）0.72 1.12 4.36 5.12 5.48光敏电阻光照特性测试数据表（电源电压：10V ）照度 很弱 较弱 中等 较强 很强电流/mAUR（伏）1.023 1.305 5.34 6.35 6.76光电流（mA）1.04 1.38 5.45 6.42 6.89光敏电阻光照特性曲线0 1 2 3 4 5 6024685. 光敏电阻的光谱特性：光源 激光 红 黄 绿 蓝光电流() 4.78 4.18 4.02 4.04 3.10光电流() 20.2 5.9 6.1 1.1 0.5很弱 中等 很强 照度10V8V4V2V6VI/ mA6. 光敏电阻的温度特性：
15、加热 1 分钟电源电压（伏） 2 4 6 8 10UR（伏）1.46 2.93 4.36 5.87 7.46电流( ) 15 28 41 56 69加热 2 分钟电源电压（伏） 2 4 6 8 10UR（伏）1.09 2.17 3.24 4.3 5.4电流( ) 1.33 2.68 4.06 5.42 6.77结果分析：1. 光敏电阻随入射光线的强弱其对应的阻值变化不是线性的，也就不能用它作光电的线性变换。2. 在光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流测试中，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光电阻越大，则灵敏度越高。随着光照强度的增强，电阻会变小，而且光照越强，电阻减小的越快。通过实验得到的光敏电阻的电阻与光强间关系曲线，不是线性关系, 即光敏电阻的阻值与光强不成反比关系, 因此光敏电阻不可以用在线性的光感测量中.可用于做光控开光等。3. 由实验结果得到的光敏电阻伏安特性曲线看出，光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱和现象。受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能超过最高工作电压。 心得体会：通过本次试验加深了对光敏电阻的了解，增加了试验动手和数据分析处理的能力。当光敏电阻受光照射时，其阻值将发生变化。光照越强，它的电阻值越低。因此，可以通过一定的电路得到输出信号随光的变化而改变的电压或电流信号。
