用电桥法测光敏电阻的特性

用电桥法测光敏电阻的特性（理论）宋顺成（华东师范大学10级物理系光电班）摘要：利用平衡电桥和非平衡电桥可以研究光敏电阻的光电特性，从中可以掌握将非电量转化为电量进行动态测量的方法，并通过电桥法的实验装置进行改进，可以用半定量法测定光敏电阻响应时间与照射光的照度和波长的关系。关键词：光敏电阻，光照强度，内光电效应，平衡电桥，非平衡电桥，响应时间引言大学生对光敏电阻伏安特性和光照特性的测量实验早有接触，对其结论也已经十分熟悉，用电桥法测光敏电阻的光电特性是一种新的设计，这个实验方案涵盖了电学，光学和半导体物理学等基础知识，本文在理论上设计了这一实验并对其进行说明。实验原理1

R从中解得Ig(1从中解得Ig n RR,+2R+x(2R+R1+R)1gRn 为标准光源，可采用碘钨灯或溴钨灯，也可采用氮氖激光器； 为透镜L］，把点光源发射的光变成平行光，若采用氮氖激光器， 为标准光源，可采用碘钨灯或溴钨灯，也可采用氮氖激光器； 为透镜L］，把点光源发射的光变成平行光，若采用氮氖激光器，L］可省略; 为偏振器，两端各有1个偏振片，其偏振方向夹角为a，用以控制光强I二I。cosa2；n（3）光敏电阻：一些半导体材料如CdS,T1S等在无光照时，电阻很大，近似绝缘，当其受一定波长范围的光照时，会发生内光电效应，即材料所吸收的能量会使部分价带上的电子迁移到导带上，同时在价带上留下空穴，使电导率增大。用这种材料制成的元件有光电特性，被称为光敏电阻。固定形状（长为L，横截面为S）的光敏电阻阻值为：R=p1，其中p二1/90+心）为电阻率，b0为无光照时的电导率,SAb为光强I增加时电导率的改变量，且Aa二Apepp+Ane^n，式中e为电荷电量，Ap为空穴浓度的改变量，An为电子浓度的改变量，pp，pn分别为空穴和电子的迁移率。（4）偏振片：当一束平行的自然光经过某一方向的偏振片后成为这一方向的线偏振光，若其强度为I0,再经过与之成a角的偏振片检偏后，其强度为I,则I二I°cosa2。当I。不变时，I随a变化，因此，改变a，就会引起光敏元件阻值R的变化。实验装置

4） 为透镜L2，起再调光平行作用，其功能是使偏振器出射的光能高效、均匀地照射在光敏电阻上，避免高强度光在光敏元件上会聚成点，损毁元件；5） 为遮光简，避免杂光照在光敏电阻上；6） 为光敏电阻，因其灵敏度易受潮湿影响，故将其密封于玻璃管中；7） 为光学导轨；8） 为稳压电源，为标准光源提供稳定电压和电流；9） 为平衡电桥，用于测量与a角相对应的电阻值；10） 为非平衡电桥，用其灵敏电流计测量与a角相对应的ig；11） 为双刀双掷开关，可将光敏电阻分别连在平衡电桥和非平衡电桥上．实验方法（理论）实验时先将光学导轨上各光学仪器调至光轴一致，调节偏振器两端的偏振片当a角为Oo时，光强I=10为最大，调非平衡电桥的Rn，使ig=0，并用平衡电桥测量Rx0•逐步改变a角，并用平衡电桥、非平衡电桥分别测量与ai相对应的Ri，Igi-据此可得出R-cos2a，Ig-R和Ig—cos2a关系曲线・（注意：根据经验，在无光照时R可达10mq数量级.本实验中，由于受电桥量程限制，Rx0不能设为暗电阻，而灵敏电流计的测量方向是可调的，因此，可从光强最大的a角为00时开始，a角最大取500，这样Rx取值范围可控制在1KQ数量级，普通的箱式平衡电桥就可满足需要•）Ig-cos2aIg-cos2a关系曲线R-cos2a关系曲线 Ig-R关系曲线g由此便可得出光敏电阻的光电特性。关于光敏电阻响应时间的研究（理论）

将电桥法测光敏电阻光电特性的实验装置稍作修改，便能对光敏电阻的响应时间进行研究，改后的实验图如下所示：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由示波器显示．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存储光脉冲引起的波形．在做此实验时，只需更换不同的滤色片，并每次调节角度a,便可得到光敏电阻的响应时间和照射光的照度和波长的关系。实验结论（理论）：2401和4080I2(jUiOIDO2401和4080I2(jUiOIDO1一t0550nm• 600nm550nm 600nm可见，随着照度的减小，光敏电阻的响应时间增长；且照度越小，响应时间随照度的变化越急剧；在照度较小的情况下，波长对响应时间影响较大。总结通过以上实验的研究，可以更清楚地了解光敏电阻的各种特性。如今，光敏电阻已广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）家用电器(如电视机中的亮度自动调节,照相机的自动曝光控制等)及各种测量仪器中，也将在未来的科技发展中占据着不可替代的作用，所以认真研究其特性是非常有必要的。参考文献：张映辉•大学物理实验[M]•大连：大连海事大学出版