光敏电阻特性研究

光敏电阻特性研究

【实验目的】

１．了解和掌握光敏电阻的特性

２．掌握产生和检验偏振光的原理和方法。　

３．进一步学习和掌握调节复杂光路的方法；

【实验仪器与装置】

1000）、光敏电阻、导轨、检偏器、凸透镜（mm

f60

=）、光源（光通量lx

磁性滑块、稳压电源、万用电表、导线等　

【实验原理】

一、光电效应与光电器件

1.1 光电效应

光电效应可以分为以下三种类型：

　（1）外光电效应

在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫外光电效应。

只有当光子能量大于逸出功时，即时，才有电子发射出来，即有光

电效应，当光子的能量等于逸出功时，即时，逸出的电子初速度为0， 此时光子的频率为该物质产生外光电效应的最低频率，称为红限频率。

利用外光电效应制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。

（2）光电导效应

在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电

阻率的变化，这种现象称为光电导效应。由于这里没有电子自物体向外发射，仅

改变物体内部的电阻或电导，有时也称为内光电效应。与外光电效应一样，要产

生光电导效应，也要受到红限频率限制。

利用光电导效应可制成半导体光敏电阻。

（3）光生伏特效应

在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫光生伏特效

应。利用光生伏特效应制成的光电器件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等。 各种光电器件都有下述特性：

（1）光电流

光敏元件的两端加一定偏置电压后，在某种光源的特定照度下产生或增加的电流称为光电流。

（2）暗电流

光敏元件在无光照时，两端加电压后产生的电流称为暗电流。

（3）光照特性

当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为光照特性。一般可表示为。

（4）光谱特性

当光敏元件加一定电压时，如果照射在光敏元件上的是一单色光，当入射光功率不变时，光电流随入射光波长变化而变化的关系，称为光谱特性。

光谱特性对选择光电器件和光源有重要意义，当光电器件的光谱特性与光源的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率也高。在检测中，应选择最大灵敏度在需要测量的光谱范围内的光敏元件，才有可能获得最高灵敏度。

（5）伏安特性

在一定照度下，光电流I与光敏元件两端的电压U的关系称为伏

安特性。

（6）频率特性

在相同的电压和相同幅值的光强度下，当入射光以不同的正弦交变频率调制时，光敏元件输出的光电流I和灵敏度S随调制频率f变化的关系：、称为频率特性。

（7）温度特性

环境温度变化后，光敏元件的光学性质也将随之改变，这种现象称为温度特性。

二、光敏电阻

①光敏电阻工作原理和结构

光敏电阻是利用光电导效应制成的。制造光敏电阻的材料一般由金属的硫化物、硒化物、碲化物组成。由于光电导效应只限于光照的表面薄层，因此光电导体一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，如图一所示。它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。

为了避免外来干扰，光敏电阻外壳的入射孔上盖有一种能透过所要求光谱范围的透明保护窗（如玻璃）。为了避免光敏电阻的灵敏度受潮湿等因素的影响，将电导体严密封装在金属壳中。如图二所示。　

②光敏电阻的基本特性和主要参数

光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，则性能越好。实际用的光敏电阻的暗电阻在1 MO～100MO之间，而亮电阻在几千欧姆以下。

不同类型的光敏电阻，其光照特性也不相同，多数光敏电阻的光照特性类似于图三所示的曲线形状。因此，光敏电阻不宜作为线性测量元件，这是光敏电阻的一个缺点。在一般的控制系统中用作开关式光电信号传感元件。

图三光敏电阻的特性曲线

【实验内容】　

１．调整光路　

将光敏电阻的工作电压设置为１０．００Ｖ，检偏器的角度设置为０°，调整光路，使得此时的输出电流达到最大。　

２．光敏电阻的光照特性研究　

将光敏电阻的工作电压分别设置为８．００Ｖ和１５．００Ｖ，记录检偏器的角度从０°间隔１０°变化为１８０°的过程中光敏电阻的电流输出。　

３．光敏电阻的伏安特性研究　

将检偏器的角度分别设置为３０°和６０°，记录光敏电阻的电压从３．００Ｖ间隔１．００Ｖ到１５．００Ｖ的过程中光敏电阻的电流输出。　

４．整理仪器。　

【数据处理】　

１．绘制光敏电阻的光照特性曲线　

由于光的偏振特性，检偏器角度为０°和１８０°时，透射光的光通量应该相等（lx 20000cos 2000=°×），因此光敏电阻的电流输出应该一致，所以在计算时，将应将两次的电流输出值取算术平均值。同样，１０°与１７０°也应该同样进行处理，依次类推。　

２．绘制光敏电阻的伏安特性曲线，并计算出检偏器角度分别为３０°和６０°时，光敏电阻的阻值。