实验一--光敏电阻特性实验

实验一光敏电阻特性实验

实验目的：

1. 了解光敏电阻的工作原理及相关的特性。

2. 了解非电量转化为电量进行动态测量的方法。

3. 了解简单光路的调整原则和方法。

4. 在一定照度下，测量光敏电阻的电压与光电流的关系。

5. 在一定电压下，测量光敏电阻的照度与光电流的关系。

实验原理:

1.光敏电阻的结构与工作原理

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。光敏电阻没

有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也

可以加交流电压。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。无光照时，

光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。

当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）

急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越

好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光

敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以

下。

2. 光敏电阻的主要参数

(1) 暗电阻：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

(2) 亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

(3) 光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。

3. 光敏电阻的基本特性

(1) 伏安特性

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

（2）光照特性光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。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1-3 光敏电阻的光照特性曲线

(3) 光谱特性光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。图1-4 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。

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

实验步骤:

1.测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻

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。

(1) 将光敏电阻完全置入黑暗环境中（将光敏电阻装入光通路组件,不通电即为完全黑暗）,

使用万用表测试光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻R暗。(注：由于光敏电阻个性差异，某些暗电阻可能大于200M欧，属于正常。)

(2) 组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连

（红为正极，黑为负极）,将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。

(3) 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。

(4) 将直流电源正负极与电压表头对应相连，打开电源，将直流电流调到12V，关闭电源，

拆除导线。

(5) 按照如下电路连接电路图，RL 取RL=RL6=1M 。

(6) 打开电源，记录电压表的读数，使用欧姆定理I=U/R 得出支路中的电流值I 暗 （注：在测量光敏电阻的暗电流时，应先将光敏电阻置于黑暗环境中30分钟以上，否则在测量暗电流时，电压表的读数会较长时间后才能稳定，若测试的电压值在一小范围内变化时，读数取电压的平均值）

图2-6 光敏电阻暗电流测试电路

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。

3. 光敏电阻的伏安特性测试

在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。按照图1-5接线，电源可

从直流稳压电源+2~+12V 间选用，每次在一定的光照条件下，测出当加在光敏电阻上电压为+2V ；+4V ；+6V ；+8V ；+10V 时电阻R 两端的电压U R ，和电流数据， 图1-5 光敏电阻的测量电路

同时算出此时光敏电阻的阻值，并整理数据填入表格。

根据实验数据画出光敏电阻的伏安特性曲线。

4. 光敏电阻的光照特性测试

按照图1-5接好实验线路，负载电阻R 选定1K ，光源用白炽灯，（实验者可仔细调节光源控制旋钮，得到不同的光源亮度），每确定一种亮度后改变测试电路工作电压从0V-12V 。

从电源电压U CC =2V 开始到U CC =10V ，每次在一定的外加电压下测出光敏电阻在相对光照度从“弱光”到逐步增强（通过白炽灯亮度调节）的电流数据，即：

1.00R

ph U I K =Ω

，同

时求出此时光敏电阻的阻值，即：cc R

g Ph

U U R I -=

。这里要求尽量多的测点（不少于4个）不同照度下的电流数据，尤其要在弱光位置选择较多的数据点，以使所得到的数据点能够绘出较为完整的光照特性曲线。整理数据填入表格，并根据以上实验数据画出光敏电阻的一组光照特性曲线。

5. 光敏电阻的光谱特性：

用不同的半导体材料制成的光敏电阻有着不同的光谱特性，见图1-4。当不同波长的入射光照到光敏电阻的光敏面上，光敏电阻就有不同的灵敏度。