光敏电阻特性测定及其应用

1、实验十一 光敏电阻特性测定及其应用一、实验任务1、学习光敏电阻的导电机理，测量其照度特性。2、应用光敏电阻设计自动灯电路。3、学生自己应用光敏电阻设计一种电路。二、实验原理1. 光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光 电器件。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。无光照时，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

2、级， 亮电阻值在几千欧以下。光敏电阻的结构很简单，图 1( a)为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。在玻璃底 板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质， 称为光导层。 半导体的两端装有金属电极， 金属电 极与引出线端相连接， 光敏电阻就通过引出线端接入电路。 为了防止周围介质的影响， 在半 导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最 大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案，如图 1(b)所示。 图 1( c)为光敏电阻的接线图。IRL电源玻璃 底板EE检流计(a)(b)(c)金属电极半导体光敏电阻结构(a) 光敏电阻结构；2.图1(b) 光敏电阻电极；

3、 (c)光敏电阻接线图(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 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为 光敏电阻的伏安特性。 图2为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。 由图可见， 光敏电阻在一定 的电压范围内，其 I-U 曲线为直线。(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

4、性的。 图 3 为硫化镉光敏电阻的光照特 性。(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 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。（4）频率特性实验证明，光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表示。 大多数的光敏电阻时间常 数都较大， 这是它的缺点之一。 不同材料的光敏电阻具有不同的时间常数 （毫秒数量级）

5、因而它们的频率特性也就各不相同。 图 5 为硫化镉和硫化铅光敏电阻的频率特性。图 5 光敏电阻的频率特性图 2 硫化镉光敏电阻的伏安特性 图 3 光敏电阻的光照特性（5）温度特性 光敏电阻和其它半导体器件一样， 受温度影响较大。温度变化时，影响光敏电阻的 光谱响应，同时光敏电阻的灵敏度和暗电阻也随 之改变，尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻 受温度影响更大。图 6 为硫化铅光敏电阻的光 谱温度特性曲线，它的峰值随着温度上升向波长 短的方向移动。光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、 图 6 硫化铅光敏电阻的光谱温度特性 灵敏度高、使用寿命长、体积小等优点，所以应 用广泛。4、性能与特点： 环

6、氧树脂封装、体积小、反映速度快、可靠性好、灵敏度高、光谱特性好。三、仪器与用品1、 QJ23 型直流单电桥2、直流稳压电源3、闭光实验管。 在闭光实验管里光敏电阻固定在沿标尺移动的内钢管上，9V 小灯泡水平照射光敏电阻。四、数据表格与计算 根据光照度与距离平方成反比的关系 , 选择光敏电阻与光源之间的不同距离 , 用 23 型直流单电桥测量光电阻。实验原理图为图2：图 2 测量光电阻原理图 注意：用于灯泡的直流稳压电源电压为9V 。实验数据列于表 1 中：表 1 光电阻随入射光强的变化r(cm)10.0012.0014.0020.0030.0040.0050.0060.00700080.00R

7、()330.0416.0505.0800.01330193025803291398045502 -21/r2(cm) -20.01000.006940.005100.002500.001110.000620.000400.000280.000200.00016五、 光敏电阻的应用1. 相机自动测光 (Camera automation photometry) 2.电子玩具 (Electronic toy)3. 室内光线控制 (Indoor sunlight control) 4.5. 光控灯 (Optical control lamp) 6.7. 光控音乐 I.C (Optical contr

8、ol musicI.C ) 8.9. 电子验钞机 (Electronic proverbial vlitional) 10.工业控制 (Industrial control)光控开关 (Optical control switch) 光电控制 (Photoelectric control) 报警器 (Annunciator)电路中的光敏电阻受到光照射时，电流相当强， 用电器可以正常工作。而当光敏电阻不六、应用光敏电阻的基本电路 受光照射时，阻值增大，电流减弱，用电器停止工作。用发光二极管代替用电器， 接通开关， 先观察光敏电阻被光照射时发光二极管的发光情 况，再观察光敏电阻被不透明物体遮盖时，

9、发光二极管的发光情况。七、光敏电阻的应用电路1、光控灯 应用光敏电阻光照特性，设计了光控灯电路，可用做楼道灯，达到白天自动灭灯， 夜间自动亮灯的目的。2、光控大门装置这里我们要用到一种电子元件 干簧继电器， 它由干簧管和绕在干簧管外的线 圈组成。当线圈内有电流时， 线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化， 两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态， 线圈内没有电流时， 磁场消 失，瓷片在弹力的作用下，回复到分离状态。电路中的光敏电阻受到光照射时，电流相当强，用电器可以正常工作 . 而当光敏 电阻不受光照射时，阻值增大，电流减弱，用电器停地工作。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方， 把带动大门的电动机接在干 簧管的电路中， 那么夜间汽车开到大门前， 灯光照射光敏电阻时， 干簧继电器接 通电动机电路，电动机带动大门打开 （图 15-13 ）。2、天明报知装置这里我们要用到另一种电子元件蜂鸣器（ 图 15-14 ）。蜂鸣器内装有发声电 路，外边有两极引线，一根负极，一根