图18光敏电阻的光照特性
光敏电阻的物理特性
Ⅰ.光敏电阻的物理特性光敏电阻:常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
Ⅱ.组成特性光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。
Ⅲ.作用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）。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。
光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。
根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器、可见光光敏电阻器。
Ⅳ.参数特性（1）光电流、亮电阻。
光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。
（2）暗电流、暗电阻。
光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。
外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。
（3）灵敏度。
灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。
（4）光谱响应。
光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。
若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。
（5）光照特性。
光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。
从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。
《光敏电阻说》课件
光谱响应
表示光敏电阻在不同波长光线下的灵敏度。理想的光敏电阻 应在全光谱范围内具有均匀的光谱响应，但实际产品可能存 在偏差。
04
光敏电阻的选型与使 用
光敏电阻的主要参数
灵敏度
光敏电阻对光的敏感程 度，通常以暗电阻和亮 电阻之间的差异来表示
。
响应时间
光敏电阻从一种状态转 换到另一种状态所需的
时间。
当光照射在光敏电阻上时，光子穿过光敏层，将能量传递给电子，使电子获得 能量成为自由电子，形成光生电场。光生电场对电子进行收集，形成光电流。
光敏电阻的等效电路
等效电路的组成
光敏电阻的等效电路由光敏层、 电极和基底等组成。
等效电路的参数
光敏层的电阻率、电极的接触电阻 和基底的绝缘电阻等参数都会影响 光敏电阻的性能。
亮电阻与亮电流
亮电阻
在有光照条件下，光敏电阻的电阻值。亮电阻越小，说明光敏电阻对光的响应越 灵敏。
亮电流
在有光照条件下，流过光敏电阻的电流。亮电流越大，说明光敏电阻的性能越好 。
光电灵敏度与光谱响应
光电灵敏度
表示光敏电阻单位面积上产生光电流的能力，通常用微安/勒 克斯表示。光电灵敏度越高，说明光敏电阻的性能越好。
《光敏电阻说》 PPT课件
目 录
• 光敏电阻简介 • 光敏电阻的工作原理 • 光敏电阻的参数与性能指标 • 光敏电阻的选型与使用 • 光敏电阻的发展趋势与未来展望 • 总结
01
光敏电阻简介
什么是光敏电阻
定义
光敏电阻是一种光电传感器，能 够将光信号转换为电信号。
工作原理
光敏电阻由半导体材料制成，其 电阻值随光照强度的变化而变化 。当光敏电阻受到光照时，其阻 值会减小，从而产生电信号。
实验一_光敏电阻特性参数及其测量
硅光电池常有 3 种偏置方式，即自偏置、零伏偏置与反向偏置。在不同偏置下，硅光电池表现出不同 的特性（“光电技术” 3.2.3 节对其进行了详细的叙述）。通过典型光电池的各种偏置电路的实验，掌握这 些特性对正确选用硅光电池的偏置电路是非常重要。
2. 实验内容
12
180
12
200
测量公式 RL=Ubb/Ip
二、光敏电阻光照特性测量
利用 YHGD1 型光电实验平台和图 21 所示的测量电路可以测量光敏电阻的光照特性。首先将发光二 极管发出的光用照度计标定出发光管电流 If 与受光面照度 Ev 间的关系，然后，将光敏电阻的光敏面置于照 度计标定的受光面上。通过改变发光管电流 If 获得一族光照度及其所对应的阻值 Rp。将 If 与阻值 Rp 分别 用直角坐标与以 10 为底的对数坐标画出光照特性曲线，比较二曲线，分析它们的特点。
当停止辐射时，由于光敏电阻体内的光生电子和光生电荷需要通过
复合才能恢复到辐射作用前的稳定状态，而且随着复合的进行，光生载流子数密度在减小，复合几率在下
降，所以，停止辐射的过渡过程要远远大于入射辐射的过程。停止辐射时光电导率和光电流的变化规律可
表示为
2. 时间响应的测量
Ds
=
Ds 0
1 1+ t /t
实验一 光敏电阻特性参数及其测量
1. 实验目的：
通过光敏电阻特性参数的测量实验，学习光敏电阻的基本工作原理；掌握光敏电阻的光照特性、时间 响应特性和伏安特性等基本特性。达到能够选用光敏电阻进行光电检测的目的。
2. 实验仪器：
1） YHGDSⅠ型光电实验平台主机系统； 2） YHGDSⅠ型光电实验平台系统所提供的配件；
光敏电阻特性研究实验报告
课程名称：大学物理实验（一）实验名称：光敏电阻特性研究图3 光敏电阻光照特性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（可见光）的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可图4 无光照时的光敏电阻原理示意图图5 有光照时的光敏电阻原理示意图光敏电阻是一种能够感知光的电子元件，其原理在于光照射到光敏电阻表面时，会激发其中的电子发生跃迁，导致电阻值发生变化。
具体来说，光敏电阻中含有一种半导体材料的物质作为感光元件如硒化铋、硫化镉等，当光线照射到这种材料上时，会让一些电子从价带跃迁到导带，使得电子数量增加，从而导致电阻值降低。
导体材料在没有光照射时，其中的电子处于价带中，不能自由移动。
因此，当光线强度增加时，电阻值就会相应地减小；反之，当光线强度减小或消失时，电阻值则会增大。
4.光敏电阻的伏安特性：光敏电阻在光强一定的情况下（偏振片角度θ不变）时，电阻是一个定值电阻。
根据R = U/I,可得到光强不变时电阻是一条直线，它的斜率就是电阻的阻值。
图1 光敏电阻特性研究实验装置图图2偏振片角度θ=30°时光敏电阻的伏安特性曲线由图可知：直线斜率即为此时的光敏电阻的阻值。
由于电压单位是（V）而电流单位是（mA），根据欧姆定律，其中U的单位是（V），I的单位是（A），故此时光敏电阻阻值为1505Ω。
变形式R=UI3.光敏电阻的光照特性和电阻特性研究表3 光敏电阻电流随相对光照强度变化数据表θ0º10º20º30º40º50º60º70º80º90º图3 光敏电阻光照特性曲线由图可知：电压一定时，当相对光强增大时，电流也逐渐增大。
当相对光照强度达到最大时，电流也取到最大值。
当相对光照强度为0时，电流不为0，但接近0，因为光敏电阻的暗阻较大。
除此之外，实验时电压恒定为2V，故可根据欧姆定律变形式R=UI计算不同相对光照强度时的电阻。
光敏电阻阻值随光照强度变化的曲线
光敏电阻阻值随光照强度变化的曲线
光敏电阻是一种半导体元件，其电阻值的变化与光照强度有关。
当光照强度增大时，光敏电阻的电阻值会下降，反之，当光照强度减小时，光敏电阻的电阻值会上升。
首先，我们需要了解一下光敏电阻的工作原理。
光敏电阻是一种用于探测光强度的元件。
当光照射在光敏电阻表面时，光能被半导体材料所吸收，从而导致半导体材料内部的载流子浓度发生变化，影响了电阻值的大小。
一般来说，光敏电阻的电阻值与光照强度呈反比关系，即光照强度越弱，电阻值越大，反之亦然。
1.线性段
在较弱的光照下，光敏电阻的电阻值随着光照强度的增大呈线性下降趋势。
这个段落的斜率通常称为光敏度，即光敏电阻的电阻值变化量与光照强度变化量的比值。
2.饱和段
总之，光敏电阻的电阻值随着光照强度的增大而下降，直至达到饱和点。
不同的光敏电阻元件在不同的光线波长、频率、温度等条件下都有各自的电阻随照度变化特性曲线，综合考虑要求选用合适的光敏元件。
参考文献：
丁旭儒. 物理电子学实验指导[M]. 北京: 电子行业出版社, 2009.
杜景元, 葛贻君, 郑崇伟. 半导体器件及其应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2013.。
《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:21arcsin k c n n θϕ≥=且在光纤内部以同样的角度反复逐次反射，直至传播到另一端面。
光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性
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）。
光敏电阻
<右侧图片>
外观描述: 基板:L5.1mm±0.2mm×W4.3mm±0.2mm×H2.4mm
引线长:L36mm±0.2mm /引线直径：￠0.5mm
封装类型：属环氧树脂封装/直插型（DIP)
常用型号：LXD5516 / LXD5528 / LXD5537 / LXD5539 / LXD5549 / LXD5516D LXD5626D / LXD5637D / LXD5649D
（3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。
（4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。
（5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。
CdS光敏电阻￠3mm
CdS光敏电阻￠3mm <右侧图片>
外观尺寸： 基板:L3.3mm±0.2mm×W3.0mm±0.1mm×H1.8mm
引线长:L36mm±0.2mm /引线直径：￠0.4mm
封装类型：属环氧树脂封装/直插型（DIP)
常用型号：LXD3526 / LXD3537 / LXD3548
规格：光敏电阻￠11mm系列<右侧图片>
外观描述: 基板:L11mm±0.2mm×W9.0mm±0.2mm×H2.4mm
引线长:L36mm±0.2mm /引线直径：￠0.6mm
封装类型：属环氧树脂封装/直插型（DIP)
光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电流作用特性
光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电流作用特性暗电流：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的限制。
超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。
（5）光敏电阻的频率特性当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。
由于不同材料的光敏，电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，如图。
光敏电阻特性实验报告
光敏电阻特性实验报告实验目的：通过实验研究光敏电阻的特性，并探究光敏电阻的光照度对电阻值的影响。
实验器材：1.光敏电阻2.电阻箱3.多用电表4.正弦波信号发生器5.光源6.PPT实验执行时序图实验原理：光敏电阻是一种根据光照强度变化而改变电阻值的电子元件。
光敏电阻由光敏材料制成，其电阻值与光照强度成反比。
当光敏电阻暴露在光线下时，光敏材料吸收光子，并产生载流子，从而使电阻值减小。
实验步骤：1.将光敏电阻与电阻箱和电源相连，组成电路。
2.将多用电表设置为电阻测量模式，并连接到电路中，用于测量光敏电阻的电阻值。
3.使用正弦波信号发生器，连接到电路中的电源，提供交流电源。
4.将光源对准光敏电阻，并调整光照强度。
5.分别测量不同光照强度下光敏电阻的电阻值。
6.记录测量结果，并对实验数据进行分析和总结。
实验结果：根据实验数据测量结果，在不同光照强度下记录了光敏电阻的电阻值。
随着光照强度的增加，光敏电阻的电阻值逐渐减小。
这表明光敏电阻的电阻值与光照强度成反比。
实验总结与分析：通过本次实验，我们了解了光敏电阻的特性，并验证了光敏电阻的电阻值与光照强度的关系。
光敏电阻在光线下表现出明显的特性变化，可以被应用于光敏开关、自动调光等领域。
在实际应用中，我们还可以通过调整光敏电阻的参数来满足不同的要求。
然而，本实验还存在一些限制和改进空间。
首先，光敏电阻的光照度与电阻值的关系是非线性的，在高光照强度时，电阻值接近零，而在低光照强度时，电阻值较大。
因此，我们可以进一步研究光敏电阻在不同光照强度下的电阻值变化曲线，探索其非线性特性。
此外，本实验的光照强度调节仅使用了光源的近距离调节，可以尝试使用不同光源、不同距离和不同角度进行光照度的变化，以进一步研究光敏电阻的响应特性。
综上所述，实验结果表明，光敏电阻的电阻值受光照强度的影响，并且具有非线性特性。
进一步研究光敏电阻的特性可以为其在光电领域的应用提供更多可能性。
光敏电阻(实验报告的要求)
实验目的
1．了解光敏电阻的基本特性； 2．掌握测定光敏电阻伏安特性和光照特性的方法； 3．学习从实验曲线中判断光敏电阻特性的方法。 重点要求： 准确熟练的连接线路、正确的使用电源 掌握磁电式电表的使用、读数与不确定度的计算
实验内容
1．测定光敏电阻的伏安特性曲线；(1\3\10LUX) 2．测定光敏电阻的光照特性曲线.
一. 实验原理
1 . 光敏电阻阻值改变的原因 半导体、 内光电效应 2 . 描述光敏电阻的主要参数
伏安特性、照度特性、频率特性.
3 . 光强与光照度
二。光敏电阻特性测量
电路图
电压表读数
读数=格数*分度值 （保留到分度值的下一位） 磁电式电表的仪器误差限A=量程×仪器精确度等级℅
光敏电阻伏安特性测试数据记录表（照度：
2、在测光敏电阻伏安特性的数据中选择一组测量数据计算光敏电阻的阻值、 并表示其结果。(包括A类、B类、合成标准不确定度) 计算光敏电阻的阻值 计算出光敏电阻的标准不确定度（推导合成标准不确定度的公式） 计算出光敏电阻的扩展不确定度
写出光敏电阻的结果表达式
作业：
书写实验报告 要求：1、内容 （实验内容、原理、仪器、步骤、数据记 录、数据处理、结果表达。实验小结与分析。参考资料。 2、格式
LUX ）
Ucc（V）
2.0
4.0
6.0
8.010.0来自12.0UR（V） U=Ucc- UR （V） 光电流I（mA）
I ph
UR 1.00kΩ
光敏电阻Rg（Ω ）
光照特性测试数据记录表
（光敏电阻电压： V ）
照度（Lux） 光电流I（mA )
光敏电阻光照特性
得分教师签名批改日期课程编号03题目类型基础设计性深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（三）实验名称：光敏电阻光敏特性的研学院：物理科学与技术学院组号指导教师：赵改清报告人：学号：实验地点科技楼B108 实验时间：实验报告提交时间：一、实验设计方案1.1 实验目的了解光敏电阻随光照变化的基本关系式。
在工作电压恒定的情况下，测绘光敏电阻随光照强度改变变化曲线，并确定其灵敏度以及光照特性。
1.2、实验原理1.2.1 光敏电阻和光照强度的基本关系。
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）。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。
它的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。
光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
光敏电阻常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极。
光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。
由它的结构分析，光敏电阻的电阻随光照强度的增强到一定时会迅速的下降。
光敏电阻的光照特性如下图所示。
1.2.2 光敏电阻的光照特性的测绘。
如果光敏电阻的阻值变化主要由光照强度变化改变。
就可以利用这一特性测出它的光照灵敏度。
电路图如下图1。
通过改变光源的强度改变光敏电阻的阻值其中通过旋转偏振片的角度来改变光源的强度。
其中，先通过线偏正片，其作用为经过其的光源形成一条亮线，再经过减偏正片，其作用为改变偏正光的强度，通过公式I=I0*cosθ*cosθ把直流电路中的电流的相对变化转化成减偏振片旋转的角度的变化。
光敏电阻与光的关系
光敏电阻与光的关系
光敏电阻，也称为光依变电阻，是一种光电器件，它的电阻值会随着光线强度的变化而变化。
光敏电阻的工作原理主要基于半导体材料的特性。
在没有光线或者光线较弱的情况下，光敏电阻的电阻值较高；当有光线照射到光敏电阻上时，其电阻值会迅速降低。
这种变化可以是线性的，也可以是非线性的，取决于光敏电阻的类型和制造材料。
光敏电阻的主要组成部分是半导体材料，如硫化镉（CdS）、硒（Se）、砷化镓（GaAs）等。
这些材料在光照下会产生电子-空穴对，从而改变其电阻值。
光线越强，产生的电子-空穴对越多，电阻值降低得越明显。
光敏电阻广泛应用于各种光电控制系统，如自动开关灯、光强检测、光电传感器等。
在智能家居、自动化控制、环境监测等领域都有重要的应用价值。
光电检测实验指导 - 部分
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，又称为光导管。
是一种均质的半导体光电器件,其结构如图1-1所示。
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：p n p e n e σμμ∆=∆⋅⋅+∆⋅⋅ 在上式中，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 AI U dσ=⋅∆⋅ 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光敏电阻的光照特性则如图 1-3 所示。
不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但是在大多数的情况下，曲线的形状都与图1-3 类似。
由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适宜作测量型的线性敏感元件 ，在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感器。
图 1-4 几种光敏电阻的光谱特性实验所需部件: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。
光敏电阻的亮暗电阻
光敏电阻是一种能够根据光强度的变化而改变电阻值的电子元件。
光敏电阻有亮电阻和暗电阻之分。
光敏电阻在受到光照时，其电阻值会降低，这种状态下的电阻值称为亮电阻。
亮电阻通常比较小，一般在几欧姆到几千欧姆之间。
当光敏电阻没有受到光照时，其电阻值会升高，这种状态下的电阻值称为暗电阻。
暗电阻通常比较大，一般在几十千欧姆到几百千欧姆之间。
光敏电阻的亮暗电阻之比可以反映出光敏电阻对光的敏感程度，比值越大，说明光敏电阻对光的敏感程度越高。
在实际应用中，可以根据需要选择不同亮暗电阻比值的光敏电阻。
扩展知识：
光敏电阻是一种对光敏感的电阻器，其电阻值会随着光照强度的变化而变化。
光敏电阻具有灵敏度高、反应速度快、光谱特性好等特点，因此在许多领域都有广泛的应用，包括：
1.光电控制：光敏电阻可以用于控制光照强度，例如在照明系统中
控制灯光的亮度。
2.光电检测：光敏电阻可以用于检测光照强度，例如在光电子学中
用于检测光的强度和频率。
3.光电传感器：光敏电阻可以用于制作光电传感器，例如在自动化
控制系统中用于检测物体的位置和运动。
4.光电计数器：光敏电阻可以用于制作光电计数器，例如在工业生
产中用于计数和检测物品的数量。
5.光电池：光敏电阻可以用于制作光电池，例如在太阳能电池中用
于将光能转化为电能。
总之，光敏电阻在光电控制、光电检测、光电传感器、光电计数器、光电池等领域都有广泛的应用。
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2.1.3 电阻应变片的主要特性
1 灵敏系数 灵敏系数为应变片的电阻相对变化与试件主应力 方向的应变之比。 电阻应变片的灵敏系数与单纯的电阻丝的灵敏系 数是不相同的,原因： (1) 试件的形变是通过剪力传到敏感栅上的。 (2) 栅丝沿长度方向承受纵向应变时，应变片弯角 部分承受横向应变，其截面积变大，则应变片直 线部分电阻增加时，弯角部分的电阻值减少，也 使应变片的灵敏度下降。
图2-1 导体受拉伸后的参数变化
轴向线应变或纵向线应变
面应变
r
dl l l
dA dr 2 2 A r
负号表示面应变与线应变成正比，但是变化方 向相反。
dr / r dr / r dl / l
综合得
R l / l (1 2 ) (1 2 ) K 0 R l l / l l
依据半导体的压阻效应，制成两类传感器。一类 是利用半导体材料的体电阻制成粘贴式应变片， 制作成半导体应变式传感器。另一类是在半导体 材料的基片上用集成电路工艺制成扩散电阻，作 为测量传感元件，亦称扩散型压阻式传感器。 压阻式传感器的优点是： ①灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直 接用于测量； ②分辨率高，测压力时可测10Pa至20Pa的微压； ③元件有效面积可做得很小，故频率响应高； ④可测量低频加速度与直线加速度。 压阻式传感器的最大缺点是温度误差较大。
d
设E为半导体材料的弹性模量
F E A
同样，由电阻定律表达式可推出半导体材料压 阻效应的定量表达式
R dR [(1 2 ) E ] K s R R
对于半导体材料
E (1 2 )
，因此
R E K s R
F l AE
F r AE
图2-5 实心轴力敏感器
图2-6所示为采用实心轴力敏感器的电阻应变 式力传感器，是通过将应变片粘贴到受力的实 心轴力敏感器上而构成的。
图2-6 应变式力传感器示意图
2.2 其它电阻式传感器
2.2.1 压阻式传感器
半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生 变化，这种现象称为“压阻效应”。
零漂：已粘贴的应变片，在温度保持恒定、试件 上没有应变的情况下，应变片的指示应变会随时 间的增长而逐渐变化，此变化就是应变片的零点 漂移。 蠕变：已粘贴的应变片，在温度保持恒定时，承 受某一恒定机械应变长时间的作用，应变片的指 示应变会随时间而变化。 在应变片工作时，零漂和蠕变是同时存在的。在 蠕变值中包含着同一时间内的零漂值，这两项指 标都是用来衡量应变片特性对时间的稳定性，在 长时间测量时其意义突出。
2.1.2 电阻应变片的结构、种类 1 电阻应变片的结构 电阻应变片的结构如图所示，由敏感栅(金属 丝或箔)、基底、覆盖层、粘合剂、引出线等 组成。
图2-2 金属电阻应变片的结构
2 电阻应变片的种类 按敏感栅的结构形式，金属电阻应变片可分为 丝式、箔式、薄膜式等。
图2-3 金属应变片的结构形式
第2章 电阻式传感器及其信号调理
2.1 电阻应变片
2.2
其它电阻式传感器
2.3 电阻式传感器的信号调理
电阻式传感器的基本原理是依据某种物理、化学 或生物效应将某种非电量的变化转换成传感元件 电阻值的变化，再经过转换电路将电阻值的变化 变成电信号输出，从而完成非电量的电测量。 电阻式传感器的类型包括热电阻、应变片、热敏 电阻、湿敏电阻、光敏电阻、气敏电阻等。
4 温度效应 环境温度变化时，会引起粘贴到试件上的电阻应变 片阻值的变化。从电信号方面看，似乎发生了应变， 即产生了虚假应变，这种现象称为温度效应。 温度改变引起电阻变化的主要因素有二：其一是应 变片电阻丝的温度系数；其二是电阻丝材料与试件 材料的线膨胀系数不同。 5 应变极限 指当温度一定时，指示应变和真实应变的相对差值 不超过一定数值时的最大真实应变数值。一般规定 此差值为10％，即指示应变数值为真实应变的90％ 时的真实应变值称为应变片的极限。
2.1.5 电阻应变片的典型应用举例 电阻应变片主要有以下两种应用方式： 1) 被测量为应变 2) 被测量为除应变外的其他非电量 力可以通过实心轴、空心轴、悬臂梁、双端固 支梁等结构型式的敏感器转换为应变。 如图2-5所示为实心轴，通过材料力学知识的 推导，可得轴向应变和径向应变分别为
2.2.2 热电阻 利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫做电 阻式温度传感器，按采用的电阻材料可分为金属 热电阻和半导体热敏电阻两大类。 制作温度敏感元件的电阻材料要满足以下要求： ①要有尽可能大而且稳定的电阻温度系数； ②电阻率大，以便在同样灵敏度下减小元件尺寸； ③电阻温度系数要保持单值，并且最好是常数，以 保证电阻随温度变化的线性关系； ④性能要稳定，在电阻的使用范围内，其物理、化 学性能基本保持不变。 广泛应用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等。
2.1 电阻应变片
2.1.1 电阻应变片的工作原理——应变效应
电阻应变片基于金属材料的应变效应。因形变而 使其阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。 对于横截面均匀的导体(或半导体)，其电阻为
L R A
两边进行微分运算，求得其电阻相对变化
dR dl dA d R l A
2 横向效应 横向效应：沿应变片轴向的应变 x 必然引起应 变片电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向的 横向应变 y 也会引起其电阻的相对变化。 3 机械滞后，零漂及蠕变 应变片安装在试件上以后，通过实验，在一定的 温度下，在零到某一指定应变之间的应变范围内， 作出应变片电阻相对变化与试件机械应变之间加 载和卸载的特性曲线，二者并不重合，这种现象 称为应变片的机械滞后。 产生机械滞后的原因，主要是金属丝、粘结剂和 基底在承受机械应变后都留有残余变形。
6 电阻应变片的动态响应特性 动态应变是以应变波的形式在试件中传播的， 它的传播速度V与声波相同。
图2-4 应变波
2.1.4 电阻应变片的粘贴技术
应变片的粘贴步骤如下： (1) 应变片的检查与选择。 (2) 试件的表面处理。 (3) 底层处理。 (4) 贴片。 (5) 固化。 (6) 粘贴质量检查。 (7) 引线焊接与组桥连线。