北航17系光电子实验报告1-4

1、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：了解光敏电阻的工作原理。掌握使用本仪器测定光敏电阻的各种特性。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,其结构如图（1）所示， 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

2、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：Ds = Dp e m p + Dn e mn在上式中，e 为电荷电量，Dp 为空穴浓度的改变量，Dn 为电子浓度的改变量，m 表示迁移率，当两端加上电压U后，光电流为Iph=Adu式中 A 为与电流垂直的表面，d 为电极间的间距。在一定的光照度下， Ds 为恒定的值，因 而光电流和电压成线性关系。光敏电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

3、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 102106 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（）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图（3）的特性曲线， 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

4、的典型特 性曲线如图（4）所示，低照度 a 区曲线斜率较大，中间照度区 b 区可近似视为直线区，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。图（）光敏电阻光照特性曲线 图（）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）所示，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（）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

5、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 光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 光敏电阻的光电流会有所下降。图（）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. 测试光敏电阻的暗电阻、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

6、电阻值为暗电阻暗，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亮，暗电阻暗与亮电阻亮之差为光电阻光， 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II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I3.9M9923.899M光敏电阻II很大（无法测出）989无法算出. 测试光敏电阻的暗电流、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暗和亮，电流暗=暗/，亮电流亮=亮/，亮电流亮与 暗电流暗之差称为光电流光，光电流越大则灵敏度越高。图（）发光

7、管连接电路 图（）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I65.2mV3.8V62.8k1.038A60.5A59.462A光敏电阻II70.38mV6.90V62.8k1.121A108.28A107.159A. 光敏电阻的伏安特性测试。按照图（8）接线，电源可从直流稳压电源210V 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 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=1k)工作电压2V4V6V8V10VU（mV）0.7071.

8、582.583.624.780I（uA）0.7071.582.582.584.780R 光（M）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=1k)工作电压2V4V6V8V10VU（V）1.252.533.825.086.02I（mA）812192632R 光（）600581570.7574.8661.1光敏电阻伏安特性测试数据表（有光源照射）(R=1k)工作电压2V4V6V8V10VU（V）(R两端)1.9683.9575.9417.859.82I（uA）1221324152R 光（k）16.6210.879.9319.110.37伏安特性

9、曲线如下图：. 光敏电阻的光照特性测试。按照图（8）接好实验线路，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），从电源电压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从“弱光到逐步增强的电流数据，即：I ph= U R , (2V 20K W, 4V 40K W, 6V 60K W) ，R同时求出此时光敏电阻的阻值，即： Rg= U cc - U R I Ph。这里要求尽量多测试（不少于15 个）在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

10、线。 光敏电阻光照特性测试数据表（电压： 2V 电阻：20k）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:40k ）照度00.511.522.533.544.555.566.57UR（伏）3.293.333.373.463.543.603.653.693.723.743.763.773.783.78

11、53.792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：60k ）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。. 光敏电阻的光谱特性测试

12、。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（），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。 照图（8）接线, 其工作电源可选用直流稳压电源的负电源，用高亮度 LED（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图（ （7） 。 限流电阻用选配单元上的 10K60K 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

13、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：.了解光敏电阻的应用。 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， 当光照消失（无光照）时，光敏电阻 CdS 的阻值增大，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 发光管发光。 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:按照仪器面板所示，将光敏电阻对应接入“光敏灯控”单元的“光敏入”，“发光管”端 口与“发光二极管”相接，输出端 Vo 接数字电压频率表 20V 档。确认无误后，开启仪器电源，调节“暗光控制”电位器，使在实验室光照环境下发光管 不亮。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。根据暗通电路原理，试设