光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性
光敏电阻、光敏二极管的特性研究
实验十一、十二
【实验目的】
见讲义
【实验仪器】
见讲义
【实验原理】
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。
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。
光电传感器综合物理实验
图1光敏电阻结构图
光电传感器综合实验
【实验目的】
1.学习各种光电传感器的工作原理、基本物理特性和测量方法。
2.
自主设计测量方案，测试各类光电传感器的伏安特性、光照特性、光谱特性并进行分析总结。
【实验内容】
1.搭建测试系统，测量光敏电阻的伏安特性、光照特性。（必做）
2.搭建测试系统，测试光电二极管或光电三极管的伏安特性、光照特性。（必做）
3.
搭建测试系统，测试硅光电池的伏安特性、光照特性。（必做）
【课前预习】
1.查阅参考文献资料，学习各种光电传感器的工作原理及物理特性。
2.
思考伏安特性、光照特性、光谱特性测试的实现方法。
【实验原理】
1、光敏电阻
光敏电阻是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化．它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。光敏电阻通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成的，如图1所示。
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。本实验所用的光敏电阻就是基于内光电
效应的光电元件。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
p n
p e n e σµµ∆=∆⋅⋅+∆⋅⋅（1）
在（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，µ表示迁
移率。
当两端加上电压U 后，光电流为：
ph A
I U d
σ=
⋅∆⋅（2）
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，σ∆为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。
光敏二极管和光敏电阻的工作原理
光敏二极管和光敏电阻都是基于半导体材料的光电器件，它们的工作原理基本相同，都是基于半导体的光电效应。
当光敏二极管或光敏电阻受到光照时，半导体材料中的电子吸收光子的能量，从价带跃迁到导带，从而产生电子-空穴对。这些电子和空穴在电场的作用下，分别向相反的方向运动，形成光电流。光敏二极管和光敏电阻的区别在于它们的结构和工作方式不同。
光敏二极管是一种具有PN结结构的半导体器件，它的PN结面积比普通二极管要大。当光照射到光敏二极管的PN结时，PN结中的电子-空穴对数量增加，光电流也随之增大，从而实现了对光信号的检测。
光敏电阻是一种由半导体材料制成的电阻器，它的电阻值随着光照强度的变化而变化。当光照射到光敏电阻时，半导体材料中的电子-空穴对数量增加，电阻值减小，从而实现了对光信号的检测。
光敏二极管和光敏电阻都具有很高的灵敏度和响应速度，广泛应用于各种光检测和光控制系统中。
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。
光敏电阻和光敏管的特点
一、光敏电阻的特点
光敏电阻是一种可以通过光线照射来改变电阻值的元器件，具有以下特点：
1. 对光线敏感：光敏电阻对光线敏感，即在光照强度发生变化时，其电阻值也会发生相应的变化。
2. 可调性较差：由于光敏电阻的电阻值变化范围较小，因此其可调性相对较差。在实际应用中，通常需要与其他电路元件组合使用，才能发挥出更好的效果。
3. 价格便宜：相比于其他光敏元件，如光敏二极管、光敏三极管等，光敏电阻的价格较为便宜，因此在一些成本要求不高的应用中得到广泛应用。
4. 应用范围广：光敏电阻在光控开关、光控电子器、光控电动玩具、照度计和光敏测距仪等领域都有广泛的应用。
5. 可靠性低：由于光敏电阻本身存在一定的温度漂移和光谱响应差异，因此其稳定性和可靠性较低，需要在实际应用中加以注意。
二、光敏管的特点
光敏管是一种利用光电效应来控制电流的元件，具有以下特点：
1. 灵敏度高：光敏管对光线非常敏感，可以检测到非常微弱的光信号，并将其转化为电信号输出。在低光条件下，其检测能力明显优于其他光敏元件。
2. 可调性好：光敏管的灵敏度可以通过调整其工作电压、阳极电阻等参数进行调节，因此其可调性比光敏电阻要好很多。
3. 阻抗高：光敏管的输入阻抗比其他光敏元件要高得多，可
以达到几十兆欧姆以上，因此可以直接驱动高阻抗负载。
4. 应用范围广：光敏管在光控继电器、光控开关、光控电子器等领域都有广泛的应用。
5. 价格高：相对于光敏电阻等其他光敏元件，光敏管的价格较为昂贵，因此在成本敏感的应用中使用较少。
综上所述，光敏电阻和光敏管都有各自的优点和缺点，应根据具体的应用需求来选择合适的光敏元件。
光敏二极管与光敏电阻有何相同点和不同点
光敏二极管与光敏电阻有何相同点和不同点
相同点二极管
光敏二极管和光敏电阻的不同点
1、功能不同
光敏电阻，是利用半导体材料和其他材料的光特性实现可变电阻的功能，而光敏二极管，是利用半导体材料的光特性实现二极管的开关功能。
2、材料不同
虽然有些时候两者用同样的材料如硅，砷化镓，但是光敏电阻的材料范围比光敏二极管的更广。
3、参数不同
光敏电阻，标称电阻值、使用环境温度（最高工作温度）、测量功率、额定功率、标称电压（最大工作电压）、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等，而光敏二极管，最高工作电压，暗电流，光电流，光电灵敏度、响应时间、结电容和正向压降等。
4、结构不同
光敏电阻，只需要两个电极就行了，而光敏二极管，两个电极间要求能够形成一个PN结，而且为了加大导通电流，把一个电极的面积设计的很大，另一个相对很小。
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。
光敏电阻的基本特性
Fundamental characteristics of photosensitive resistors
课程内容 Course Contents
1. 伏安特性
2. 温Biblioteka Baidu特性 3. 光谱响应 4. 频率特性 5. 光照特性
1. 伏安特性 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。
温度系数:
在一定光照下，温度每变化1℃，光敏电阻 阻值的平均变化率。
硫化镉光敏电阻的温度特性
2. 温度特性
温度对光谱特性影响
随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。因此采取 降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。
3. 光谱特性 光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光 谱特性。对不同波长的光，光敏电阻的灵敏度是不同的。
在给定的电压情况下，光照度越大，光电流也 就越大；
在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，
没有饱和现象。 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，
耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。
注意：光敏电阻的阻值与入射光量有关，而与电压电流无关。（斜率一定）
2. 温度特性 光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。
5. 光照特性 光照特性：光敏电阻的光电流与光强之间的关系。
由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在 自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。
光敏电阻的特性
光敏电阻的特性
光敏电阻是一种利用太阳照射的能量来输出电能的电子器件。它具有太阳能利用率高、成型简便、结构紧凑、应用灵活等特点，可以广泛应用于车辆发电机、照明系统等。
光敏电阻具有非常特殊的响应特性，它的阻值随着照射环境的变化而变化。由于任何
给定的指定的光照强度时，阻值的大小是通过到观测者的光强变化来决定的，所以当光强
改变时，光敏电阻也会有相应的变化。同样，光敏电阻具有影响照度变化而保持其稳定阻
值的能力，这里也有着光敏电阻的响应灵敏度高于照度的变化程度。
光敏电阻的特性大致可分为五大类：
（1）表面特性：光敏电阻具有耐高温、耐腐蚀能力，也不易受电磁干扰，能够稳定
可靠地产生模拟或数字信号。
（2）工作特性：光敏电阻的阻值灵敏性和照射度有关，同样可以用来处理视觉信息，并且有着出色的可重复性（它可以正确表示视觉信息，并且能够重复准确反映现有的光度
变化）。
（3）响应特性：光敏电阻的响应特性很好，它可以满足稳定的环境，对于各种变化
的光强都能够准确地反映出阻值变化；
（4）动力学特性：当光强变化时，光敏电阻具有稳定的调节特性，可以实现快速响应；
（5）抗干扰特性：光敏电阻不受外界电磁干扰，即使在环境噪声较大的情况下也能
够精准地反应出所测光强变化。
在当今的智能系统应用中，光敏电阻的特性几乎可以被用作测量技术的核心基础，智
能产品的多样性和可用性也由此得到极大增强。
光敏二极管 光敏电阻
光敏二极管光敏电阻
光敏二极管是一种能够将光信号转换成电信号的器件，也被称为光电二极管。它通常由一个半导体材料制成，具有两个电极（阳极和阴极）。当光照射到光敏二极管时，光子能量会促使电子从价带跃迁到导带，从而形成电流。
光敏电阻是另一种用于检测光的器件，它通常是由半导体材料或光敏材料制成。光敏电阻的电阻值会随着光照强度的变化而改变。当光照强度增加时，光敏电阻的电阻值会减小，反之亦然。
光敏二极管和光敏电阻都可以用于光控制系统、照相机、光电转换器等应用中。它们的基本原理类似，但工作原理和性能略有不同，具体使用哪种器件取决于具体的应用需求。
(整理)光敏电阻简介
（1）光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电流
暗电流：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时在给定电压下流过的电流。
亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流。
光电流：亮电流与暗电流之差。
光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。
实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1MΩ,甚至高达100MΩ，而亮电阻则在几kΩ以下，暗电阻与亮电阻之比在102～106之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。
（2）光敏电阻的光照特性
下图表示CdS光敏电阻的光照特性。在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。
（3）光敏电阻的光谱特性
光谱特性与光敏电阻的材料有关。从图中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。
（4）光敏电阻的伏安特性
在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。由曲线可知，在给定偏压下,光照度较大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现
象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流
光敏电阻基本特性及主要参数的测试
光敏电阻基本特性及主要参数的测试
光敏电阻是一种能够根据光照强度来改变电阻值的器件。
光敏电阻的基本特性：
1.光敏电阻的电阻值与光照强度成反比，即当光照强度增加时，电阻
值会减小。
2.光敏电阻的电阻值与光照频率无关，只与光照强度有关。
3.光敏电阻通常用于测量光照强度或控制光照器件。
光敏电阻的主要参数包括：
1.光敏电阻的阻值范围：光敏电阻的阻值可以根据具体的应用要求来
选择，常见的阻值范围从几十欧姆到几百兆欧姆不等。
2. 光敏电阻的灵敏度：光敏电阻的灵敏度是指光照强度每改变一个
单位，电阻值相对应改变的比例。一般用百分比或者ppt（百万分之一）
来表示。
3.光阻电阻温度系数：光敏电阻的阻值会受到温度变化的影响，因此
其温度系数也是重要的一个参数。一般来说，光阻的温度系数越小越好。
4.响应时间：光敏电阻的响应时间是指器件由在一个光强度状态下的
阻值到达指定变化的时间。响应时间越短，器件对光照强度的变化越敏感。光敏电阻的测试方法：
光敏电阻的测试一般是通过测量其在不同光照条件下的电阻值来进行的。以下是一种常见的测试方法：
1.连接电路：将光敏电阻与一个恒流源并联，电源的电流通过光敏电阻产生电压。可以使用数字电压表或万用表来测量电压值。
2.光照条件：控制一个灯光源，根据需要调节光照强度，在测试过程中保持光照条件稳定。
3.测试步骤：在不同的光照强度下，记录光敏电阻的电压值，并通过电流值计算出电阻值。可以使用模拟信号发生器或变阻器来改变灯光源的亮度。
4.数据分析：根据测试得到的电阻值和对应的光照强度，可以绘制出光敏电阻的光阻特性曲线，以及灵敏度的变化。
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。
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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。
(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一族伏安特性曲线。它是传感器应用设计时的重要依据。
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、光敏二极管的基本特性。 （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：
n p e n e p μ••∆+μ••∆=σ∆ （１)
在（1）式中,e 为电子电荷量,p ∆为空穴浓度的改变量,n ∆为电子浓度的改变量，μ表示迁移率。当两端加上电压U 后,光电流为：
U d
A
I ph •σ∆•=
（2) 式中A 为与电流垂直的表面积,d 为电极间的间距。在一定的光照度下，σ∆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a 5所示,不同的光强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，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。 (2）光敏二极管：
光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二
极管，如图a 7所示。零偏压时,光敏二极管有光电流输出。光敏二极管的光照特性亦呈良好线性，如图c 7。光敏二极管的的电流灵敏度一般为常数。一般在作线性检测元件时，选择光敏二极管。
实验（一）光敏电阻的伏安特性测试
【实验目的】
１.了解内光效应。
2．通过实验掌握光敏电阻工作原理。
3．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】
FB815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。
【实验步骤】
1、按实验仪面板示意图8接好实验线路，光源用标准钨丝灯。将检测用光敏电阻 装入待测点,连结12V ~2V ++电源，光源电压V 12~0电源(可调）。
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：
12V
10V, 8V, 6V, 4V, 2V,++++++时电阻1R 两端的电压R U ,从而得到6个光电流数据
0k Ω
0.1U I R
ph =
,同时算出此
时光敏电阻的阻值,即Ph
R
cc g I U U R -=
。以后调节相对光强重复上述实验(要求至少在三
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。
实验(二）光敏二极管的光照度特性测试【实验目的】
1．了解光敏二极管的工作原理。
2.了解硅光敏二极管的基本特性,并测出它的光照特性曲线。
【实验仪器】
FB815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。
【实验步骤】
1、按实验仪面板示意图１0接好实验线路。
2、选择一定的偏压，每次在一定的偏压下测出光敏二极管在相对光照度为“弱光”到逐步增强的光电流数据，其中k Ω
00.1U I R
ph
（k Ω00.1为取样电阻）。这里要求至少测出3个不同的反偏电压下的数据。 3、根据实验数据画出光敏二极管的一族光照特性曲线。
照度(Lux)
1.１ 3０.５ 173 328 54８ 861 1２５8 1774 2350 V )( U R
光电流A)(
照度(Lux) 1．1 30.5 １73 32８
５４8 8６1 1258 177４ 2３5０ V )( U R
光电流A)(
照度(Lux) 1.1 30.5
１７3 ３28 5４8 861 1２58 1774 2３５0 V )( U R
光电流A)(