光敏电阻伏安特性光敏二极管光照特性
四川大学-光电传感器试验研究
光电传感器物理设计性实验研究
姓名
（制造科学与工程学院学号114302****）
摘要：光电传感器件在生活中已经扮演着越来越重要的角色，本次实验运用DH-SJ3型光电传感器，了解光敏电阻，硅光电池，光敏二极管，光敏三极管的基本特性，了解光纤基本原理，着重研究光敏电阻，并通过测量不同光照强度下流过电阻的电流随电压变化关系，绘制伏安特性曲线，通过测量不同电压下流过电阻的电流随光照强度的变化关系，绘制光照特性曲线，了解其工作原理。
关键词：光电传感器光敏电阻伏安曲线光照曲线。Photoelectric sensor physical design
experimental research
Name
(Manufacturing science and engineering institute Student
id:114302****)
Abstract:Photoelectric sensor thing in life have played more and more important role, this experiment using DH-SJ3 type
photoelectric sensor, understand photoconductive resistance, photocell, photosensitive diode, the basic characteristic of the light activated triode, understand the basic principle of fiber, focused on the research of photoconductive resistance, and through the measurement under different illumination intensity of electric current flows through the resistance with voltage changing relationship, draw current-voltage characters curve, through different voltage measurement of the current flows through the resistance with light intensity change relations, draw illumination characteristic curve, understand its working principle
实验10(光敏电阻)实验报告
实验十-光敏电阻及光敏二极管的特性实验
实验1：光敏电阻的特性实验
一、实验目的
了解光敏电阻的光照特性和伏安特性。
二、实验原理
在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材料的一种体效应。光照愈强，器件自身的电阻愈小。基于这种效应的光电器件称光敏电阻。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关。实验原理图如图10-1。
三、实验器械
主机箱中的转速调节0～24V 电源、±2V～±10V 步进可调直流稳压电源、电流
表、电压表；光电器件实验（一）模板、光敏电阻、发光二极管、庶光筒。
四、实验接线图
五、实验数据记录和数据处理
1：亮电阻和暗电阻测量
实验数据如下：
2：光照特性测量
实验数据如下：
实验数据拟合图像如下：
3：伏安特性测量
实验数据如下：
实验数据拟合图像如下：
六、实验思考题
1：为什么测光敏电阻亮阻和暗阻要经过10 秒钟后读数，这是光敏电阻的缺点，只能应用于什么状态？
答：稳定态
实验2：光敏二极管的特性实验
一、实验目的
了解光敏二极管工作原理及特性。
二、实验原理
当入射光子在本征半导体的p-n 结及其附近产生电子—空穴对时，光生载流子受势垒区电场作用，电子漂移到n 区，空穴漂移到p 区。电子和空穴分别在n 区和p 区积累，两端便产生电动势，这称为光生伏特效应，简称光伏效应。光敏二极管基于这一原理。如果在外电路中把p-n 短接，就产生反向的短路电流，光照时反向电流会增加，并且光电流和照度基本成线性关系。
三、实验器械
光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性
1、光电效应
光敏传感器的物理基础是光电效应，在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效
应，或光电子发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。电子并不逸出材料表面的则
是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应则属于内光电效应。即半导体材料的许多电学特性都因受到光
的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类，几乎大多数光电控制应用的传感
器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。
（1）光电导效应
若光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来
的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由
于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能
量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光
电导的长波限比本征型光电导的要长的多。
（2）光生伏特效应
在无光照时，半导体PN结内部自建电场。当光照射在PN结及其附近时，在能量足够大的光子作用下，在
结区及其附近就产生少数载流子（电子、空穴对）。载流子在结区外时，靠扩散进入结区；在结区中时，
则因电场E的作用，电子漂移到N区，空穴漂移到P区。结果使N区带负电荷，P区带正电荷，产生附加
电动势，此电动势称为光生电动势，此现象称为光生伏特效应。
光敏传感器的光电特性测量实验
二、实验目的
1.了解光敏电阻的电阻特性 ，掌握光敏电阻的伏安特性 及其随光照强度的变化规律 。
2.测出它的伏安特性曲线和 光照特性曲线。
三、实验原理
1.原理与结构： 原理：当光照射到光电导体上时，若光电导体为某种本征
半导体材料，光辐射能量足够强，（光导材料价带的电子将激 发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光 导体的电导率变大。）将产生内光 电效应，实现能级的跃迁，产生内 光电效应要求入射光的能量大于一 个特定的数值，即光敏电阻对光具 有选择性。
在一定的光照(如光源电压12V，距离100mm）条件下,测出加在光敏电阻 上电压UCC为+2V；+4V；+6V；+8V；+10V；+12V时的6个光电流数据，即
I ， ph
U U R UR R Байду номын сангаас cc 算出此时光敏电阻的阻值，即 。 I Ph 1k
UCC
UR1
实验线路图
线路版面图
光源电压版面图
UR 1k
U cc U R Rg I Ph
六.实验的结果与分析
表1.光敏电阻伏安特性测量 Tab.
U电源/V 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 U1/V 0.84 1.68 2.57 3.42 4.30 U光敏/V 1.16 2.32 3.43 4.58 5.70 I光敏/mA 0.84 1.68 2.57 3.42 4.30
光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性剖析
光敏传感器的光电特性研究
(FB815型光敏传感器光电特性实验仪)
凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量，如光强、光照度等；也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。
光敏传感器的物理基础是光电效应，通常分为外光电效应和内光电效应两大类，在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射现象，则称为外光电效应或光电子发射效应。基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。另一种现象是电子并不逸出材料表面的，则称为是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于内光电效应范畴，本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。
通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用。
【实验原理】
1．光电效应：
（1）光电导效应：
当光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。
《传感器与检测技术》课后习题：第八章(含答案)
第八章习题答案
1．什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。
解：光电效应首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号,光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类：
a)在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应;
b)受光照的物体导电率1R
发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。 2．分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。
解：外光电效应，如光电管、光电倍增管等。
内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。
3．简述CCD 的工作原理。
解：CCD 的工作原理如下：首先构成CCD 的基本单元是MOS 电容器，如果MOS 电容器中的半导体是P 型硅，当在金属电极上施加一个正电压时，在其电极下形成所谓耗尽层，由于电子在那里势能较低，形成了电子的势阱，成为蓄积电荷的场所。CCD 的最基本结构是一系列彼此非常靠近的MOS 电容器，这些电容器用同一半导体衬底制成，衬底上面覆盖一层氧化层，并在其上制作许多金属电极，各电极按三相（也有二相和四相）配线方式连接。CCD 的基本功能是存储与转移信息电荷，为了实现信号电荷的转换：必须使MOS 电容阵列的排列足够紧密，以致相邻MOS 电容的势阱相互沟通，即相互耦合；控制相邻MOC 电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处；在CCD 中电荷的转移必须按照确定的方向。
4．说明光纤传输的原理。
解：光在空间是直线传播的。在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随光纤能传送到很远的距离，光纤的传输是基于光的全内反射。当光纤的直径比光的波长大很多时，可以用几何光学的方法来说明光在光纤内的传播。设有一段圆柱形光纤，它的两个端面均为光滑的平面。当光线射入一个端面并与圆柱的轴线成θi 角时，根据斯涅耳（Snell ）光的折射定律，在光纤内折射成θj ，然后以θk 角入射至纤芯与包层的界面。若要在界面上发生全反射，则纤芯与界面的光线入射角θk 应大于临界角φc （处于临界状态时，θr =90º），即:
光敏传感器的光电特性研究
光敏传感器的光电特性研究
【实验内容】
1.研究光敏二极管的光电特性。
2.研究光敏电阻的光电特性。
【实验目的】
1.了解光敏二极管及电阻的光电特性
2.学习光敏传感器的具体应用
【仪器用具】
1.光电传感器实验仪
2.台灯
3. 万用表
【实验原理】
1．光电效应
（1）光电导效应
当光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。
（2）光生伏特效应
在无光照时，半导体PN结内部有自建电场。当光照射在PN结及其附近时，在能量足够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子（电子、空穴对）。载流子在结区外时，靠扩散进入结区；在结区中时，则因电场E的作用，电子漂移到N区，空穴漂移到P区。结果使N区带负电荷，P区带正电荷，产生附加电
动势，此电动势称为光生电动势，此现象称为光生伏特效应。
2．光敏传感器的基本特性
光敏传感器的基本特性则包括：伏安特性、光照特性等。
伏安特性：光敏传感器在一定的入射光照度下，光敏元件的电流I 与所加电压U 之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到伏安特性曲线。它是传感器应用设计时的重要依据。
光敏电阻特性
光敏电阻特性
【实验目的】
1.
了解光敏电阻的基本特性。2.测量光敏电阻的伏安特性曲线和光照特性曲线。
【实验仪器】
DH-CGOP1光电传感器实验仪1套（包括灯泡盒，光敏电阻LDR ，九孔板实验箱,1K 电阻）；DH-VC3直流恒压源1台；万用表1块；导线若干
【实验原理】
光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子一空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电导率增加，电导率的改变量为
p n pe ne σμμ∆=∆+∆\*MERGEFORMAT (1)
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，μp 为空穴的迁移率，μn 为电子的迁移率。当光敏电阻两端加上电压U 后，光电流为
ph A I U d σ=∆\*MERGEFORMAT (2)
其中A 为与电流垂直的截面积，d 为电极间的距离。由和可知，光照一定时，光敏电阻两端所加电压与光电流为线性关系，呈电阻特性。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子一空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
光电检测实验报告
光电检测试验报告
专业：应用物理学
姓名：叶长军
学号：10801030125
指导教师：王颖
实验时间：2011.4
重庆理工大学光电信息学院
实验一光敏电阻特性实验
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。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。
内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为：
，e为电荷电量，
为空穴浓度的改变量，
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：
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，
为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。
光敏电阻的伏安特性如图1-2所示，不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图1-3 光敏电阻的光照特性曲
线
实验仪器:
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、光照度计（做光照特性测试，由用户自备或选配）
实验步骤:
1. 测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、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阻值为亮电阻R亮，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光电阻越大，则灵敏度越高。
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。
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。
光敏电阻的工作原理
光敏电阻的工作原理
引言概述：
光敏电阻是一种能够感知光线强度并将其转化为电阻变化的器件。它在许多领域中被广泛应用，例如光照控制、自动亮度调节和光电测量等。本文将详细介绍光敏电阻的工作原理，包括光敏电阻的基本结构和原理、光敏电阻的特性以及光敏电阻的应用。
一、光敏电阻的基本结构和原理：
1.1 光敏电阻的结构
光敏电阻通常由光敏材料、电极和封装材料组成。光敏材料是光敏电阻的关键部份，它能够对光线产生响应并引起电阻的变化。电极用于连接光敏材料和电路，封装材料则对光敏电阻进行保护。
1.2 光敏电阻的原理
光敏电阻的原理基于光敏材料的光电效应。当光线照射到光敏电阻上时，光子能量会激发光敏材料中的电子，使其跃迁到导带中，从而导致电阻的变化。光敏电阻的电阻值与光线强度呈反比关系，即光线越强，电阻越小；光线越弱，电阻越大。
1.3 光敏电阻的灵敏度
光敏电阻的灵敏度是衡量其对光线变化响应的能力。光敏电阻的灵敏度取决于光敏材料的特性和结构设计。普通来说，光敏电阻的灵敏度越高，对光线变化的响应越敏感。
二、光敏电阻的特性：
2.1 光敏电阻的光谱响应
光敏电阻的光谱响应是指其对不同波长的光线的响应程度。不同类型的光敏电阻对光线的响应范围有所差异，有些光敏电阻对可见光敏感，而有些对红外光敏感。
2.2 光敏电阻的时间响应
光敏电阻的时间响应是指其对光线变化的响应速度。光敏电阻的时间响应受到光敏材料的特性和结构设计的影响，普通来说，光敏电阻的时间响应越快，对光线变化的响应速度越高。
2.3 光敏电阻的温度特性
光敏电阻的温度特性是指其在不同温度下的电阻变化情况。光敏电阻的温度特性与光敏材料的特性密切相关，普通来说，光敏电阻的温度特性应尽可能稳定，以确保其在不同环境下的可靠性。
北航光电子实验报告 光敏电阻特性及应用实验报告
光敏电阻特性及应用实验报告
2016年4月18日
实验三光敏二极管特性实验
一．实验目的：
１．熟悉光敏二极管的结构和光电转换原理。
２．掌握光敏二极管的暗电流及光电流的测试方法。
３．了解光敏二极管的特性，当光电管得工作偏压一定时，光电管输出光电流与入射光的照度（或通量）的关系。
二．实验原理:
光敏二极管是一种光生伏特器件，用高阻P 型硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN 结，N 区扩散区很浅为1um 左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大部分光子入射到耗尽层内，光被吸收而激发电子——空穴对，电子——空穴对在外加反向偏压的作用下，空穴流向正极，形成了二极管的反向电流即光电流。光电流通过外加负载电阻RL 后产生电压信号输出。光敏二极管原理如图（9）所示。
在无光照的情况下，若给P—N 结一个适当的反向电压，则反向电压加强了内建电场，使P—N 结空间电荷区拉宽，势垒增大，流过P—N 结的电流（称反向饱和电流或暗电流）很小，它（反向电流）是由少数载流子的漂移运到形成的。当光敏二极管被光照时，满足条件hv≧Eg 时，则在结区产生的光生载流子将被内场拉开，光生电子被拉向N 区，光生空穴被拉向P 区，于是在外加电场的作用下以少数载流子漂移运动为主的光电流。显然，光电流比无光照时的反向饱和电流大得多，如果光照越强，表示在同样条件下产生的光生载流子越多，光电流就越大，反之，则光电流越小。当二极管与负载电阻RL 串联时，则在RL 的两端便可得到随光照度变化的电压信号，从而完成了将光信号转变成电信号的转换。
光敏传感器光电特性的研究
实验光敏传感器光电特性的研究
光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成份分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。
光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性等因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的APD雪崩式光电二极管，半导体光敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD图像传感器等，为光电传感器的应用开创了新的一页。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。
【实验目的】
1.了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线；
2.了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。
【实验仪器】
1. 直流恒压源DH-VC3
2. DH-CGOP光敏传感器实验仪,其中包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、暗箱（九孔板实验箱）、点光源（灯泡）、短接桥、导线
光敏电阻特性
实验6 光敏电阻特性
光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。
实验目的
1. 了解光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性，包括伏安特性和光照特性。
2. 了解光纤传感器基本特性。
3. 了解光纤通讯基本原理。
实验预习思考题
1. 什么是伏安特性？
2. 什么是光照特性？
3. 普通电阻的伏安特性是怎样的？
4. 光敏电阻的基本工作原理。
5. 硅光电池的基本工作原理。
6. 光敏二极管的基本工作原理。
7. 光敏三极管和普通三极管的区别。
8. 在实验过程中如何改变光照强度？
9. 了解光纤传感的基本原理与应用优势。
10. 光纤通信系统的基本构成？
实验原理
1、伏安特性
光敏传感器在一定的入射光强照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变光强照度则可以得到一组伏安特性曲线，它是传感器应用设计时的重要参数依据。例如，某种光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管的伏安特性曲线分别如图1、图2、图3、图4所示。从这四种光敏器件的伏安特性可以看出：（1）光敏电阻类似一个纯电阻，其伏安特性线性良好，在一定照度下，电压越大光电流越大，但必须考虑光敏电阻的最大耗散功率，超过额定电压和最大电流都可能导致光敏电阻的永久性损坏。（2）光敏二极管的伏安特性和光敏三极管的伏安特性类似，但光敏三极管
光敏电阻特性的测量
实验4.5 光敏电阻基本特性的测量
光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可
用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。
【实验目的】
1. 了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。
2. 了解光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。
【实验原理】
1. 光敏电阻的工作原理
在光照作用下能使物体的电导率改变的现象称为内光电效应。大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应传感器。
对于光敏电阻来说，当内光电效应发生时，固体材料吸收的能量使部分价带电子迁移到导带，同时在价带中留下空穴，这样由于材料中载流子个数增加，使材料的电导率增加，电导率的改变量为：
n p ne pe μμσ∆+∆=∆ (4.5.1) (4.5.1) 式中e 为电荷量，p ∆空穴浓度的改变量，n ∆电子浓度的改变量，p μ为空穴的迁移率，n μ为电子的迁移率。当光敏电阻两端加上电压U 后，光电流为 U d
A
I ph σ∆=
(4.5.2) （4.5.2）式中A 为与光电流垂直的截面积，d 为电极间的距离。
用于制造光敏电阻的材料主要有金属的硫化物、硒化物和锑化物等半导体材料，目前生产的光敏电阻主要是硫化镉，光敏电阻具有灵敏度高、光谱特性好、
光敏电阻基本特性及主要参数的测试
光敏电阻特性测试及分析南京理工大学紫金学院光电综合实验室
光敏电阻主要参数及基本特性的测试
一、工作原理
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）
光敏电阻的主要参量有暗电阻，亮电阻、光谱范围、峰值波长和时间常量等。基本特性有伏安特性、光照特性、光谱特性等。伏安特性是指在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压和光电流之间的关系。光照特性是指在一定外加电压下，光敏电阻的光电流与光通亮的关系。
根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：
1．紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。
2．红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
3．可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。
光敏传感器的光电特性实验20130619
光敏传感器的光电特性实验20130619
<i>大学物理实验</i>
光敏传感器的光电特性研究
光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。因此，了解光敏传感器的原理、测量其基本特性并学会使用是十分必要的。【实验目的】
1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线；
2、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线；
3、了解硅光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线；
4、了解硅光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。
【实验原理】1、光电效应
光敏传感器的物理基础是光电效应，光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。电子并不逸出材料表面的则是内光电效应，几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。光电导效应、光生伏特效应是两种常见的内光电效应。
（1）光电导效应
若光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，
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光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性(FB815型光敏传感器光电特性实验仪 )
凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量，如光强、光照度等;也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。
光敏传感器的物理基础是光电效应，通常分为外光电效应和内光电效应两大类，在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射现象，则称为外光电效应或光电子发射效应。基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。另一种现象是电子并不逸出材料表面的，则称为是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于内光电效应范畴，本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。
通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池与光学纤维的光电传感特性及在某些领域中的应用。
【实验原理】
1(光电效应:
(1)光电导效应:
当光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。
(2)光生伏特效应:
在无光照时，半导体结内部有自建电场。当光照射在结及其附近时，在能量PNPN
足够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子(电子、空穴对)。载流子在结区外时，靠扩散进入结区;在结区中时，则因电场的作用，电子漂移到区，空穴漂移EN到区。结果使区带负电荷，区带正电荷，产生附加电动势，此电动势称为光生电动PPN
势，此现象称为光生伏特效应。
2(光敏传感器的基本特性:
光敏传感器的基本特性则包括:伏安特性、光照特性等。
伏安特性:
光敏传感器在一定的入射光照度下，光敏元件的电流与所加电压之间的关系称为IU光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一族伏安特性曲线。它是传感器应用设计时的重要依据。
光照特性:
光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性，它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。
掌握光敏传感器基本特性的测量方法，为合理应用光敏传感器打好基础。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性。 (1)光敏电阻:
利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻。目前光敏电阻应用的极为广泛，其工作过程为，当光敏电阻受到光照时，发生内光电效应，光敏电阻电导率的改变量为:
,,,,p,e,,，,n,e,, (1) pn
e在(1)式中，为电子电荷量，,p为空穴浓度的改变量，为电子浓度的改变量，,n
表示迁移率。当两端加上电压后，光电流为: ,U
AI,,,,,U (2) phd
式中为与电流垂直的表面积，为电极间的间距。在一定的光照度下，为恒定Ad,,
1
的值，因而光电流和电压成线性关系。光敏电阻的伏安特性如图所示，不同的光强以5a
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，而且没有饱和现象。当然，与一般电阻一样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。
光敏电阻的光照特性则如图所示。不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但是在5b
的结果类似。由于光敏电阻的光照特性是非线性大多数的情况下，曲线的形状都与图5b
的，因此不适宜作线性敏感元件，这是光敏电阻的缺点之一。所以在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感器。
(2)光敏二极管和光敏三极管:
光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二极管，光敏三极管的伏安特性和光敏二极管的伏安特性类似，如图所示。但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二7a(7b)
极管大好几十倍，零偏压时，光敏二极管有光电流输出，而光敏三极管则无光电流输出。原因是它们都能产生光生电动势，只因光电三极管的集电结在无反向偏压时没有放大作用，所以此时没有电流输出(或仅有很小的漏电流)。光敏二极管, 光敏三极管的光照特性亦呈良好线性，如图7c,7d。光敏二极管的的电流灵敏度一般为常数。而光敏三极管在弱光时灵敏度低些，在强光时则有饱和现象，这是由于电流放大倍数的非线性所致，对弱信号的检测不利。故一般在作线性检测元件时，应选择光敏二极管而不能用光敏三极管。
2
实验(一)光敏电阻的伏安特性测试【实验目的】
,(了解内光效应。
通过实验掌握光敏电阻工作原理。 ,(
,(了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线曲线。
【实验仪器】
型光敏传感器光电特性设计性实验仪，万用电表一只，导线若干。 FB815 【实验步骤】
1 按实验仪面板示意图接好实验线路，8
光源用标准钨丝灯。将检测用光敏电阻装
入待测点，连结电源，光源，2V~，12V
电压电源(可调)。 0~12V
2 先将可调光源调至一定的光照度，每次
在一定的光照条件下，测出电源电压为:
，2V, ，4V, ，6V, ，8V, ，10V, ，12V
RU时电阻两端的电压，从而得到个61R
UR光电流数据I，同时算出此,ph1.00kΩ
U,UccRR,时光敏电阻的阻值，即。以后调节相对光强重复上述实验(要求至少在gIPh
三个不同照度下重复以上实验)。
3 根据实验数据画出光敏电阻的一族伏安特性曲线。
表1 光敏电阻伏安特性测试数据表(照度: ) 电源电压(V) 2 4 6 8 10 12 R1电压UR1(V)
(A)光电流Iph 光敏电压U0(V)
(,)光敏电阻Rg