北航17系光电子实验报告1-4

北京航空航天大学光电子技术实验报告

实验时间：2015.05.13

报告时间：2015.05.21

I.光敏电阻特性及应用试验

实验一光敏电阻特性实验

一．实验目的：

１．了解光敏电阻的工作原理。

２．掌握使用本仪器测定光敏电阻的各种特性。

３．了解从实验曲线中获取物理特性的方法。

二．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）所示，

图（1）

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：

∆σ=∆p ⋅e⋅μ

p +∆n ⋅e⋅μ

n

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

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。

光敏电阻在未受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流，光敏电阻受到光照射时的阻值称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流，亮电流与暗电流之差称为光电流，一般暗电阻越大，亮电阻越小，光敏电阻的灵敏度越高，光敏电阻的暗电阻一般在兆欧数量级，亮电阻在几千欧以下，暗电阻与亮电阻之比一般在102～106 之间。

一般光敏电阻（如硫化铅、硫化铊）的伏安特性曲线如图（2）所示，由该曲线可知，所加的电压越高，光电流越大，而且没有饱和现象，在给定的电压下，光电流的数值将随光照增强而增大，在设计光敏电阻变换电路时，应使光敏电阻的工作电压或电流控制在额定功耗线之内。

图（２）光敏电阻伏安特性曲线

光敏电阻的光电流与光照强度之间的关系，称为光敏电阻传感器的光照特性，不同类型的光敏电阻，其光照特性也不同，多数光敏电阻传感器光照特性类似于图（3）的特性曲线，光敏电阻的光照特性呈现出一定程度的非线性特性，光敏电阻的光照度——电阻值的典型特性曲线如图（4）所示，低照度a区曲线斜率较大，中间照度区b区可近似视为直线区，也是光敏电阻的主要工作区，因而光电流随光照度增长较快，在高照度区，电阻值随照度下降慢，光电流随照度增长也变慢。

图（３）光敏电阻光照特性曲线图（４）光敏电阻照度—电阻特性曲线几

种常用光敏电阻的光谱特性曲线如图（5）所示，对于不同波长的光，光敏电阻的灵

敏度是不同的。从图中可以看出，硫化镉的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域。因此，在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。

图（５）光敏电阻光谱特性曲线

当光敏电阻元件温度升高时，光敏电阻的阻值会下降，并且暗电阻比亮电阻下降更多。环境温度对低照度时电阻值的影响比在高照度时影响更大，因此，当环境温度升高时，光敏电阻的亮电阻与暗电阻之差值会减小，这意味着光敏电阻的光电流会有所降低，图（6）示出了C dS 光敏电阻在光照度一定时光电流与环境温度的关系曲线，可以看出环境温度上升时 CdS 光敏电阻的光电流会有所下降。

图（６）光敏电阻温度特性曲线

三．实验所需部件:

直流稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元电位器）、数字电压／频率表、各种光源、遮光罩、固体激光器、光照度计（自备或选配）

四．实验过程及数据处理

１. 测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻并计算光电阻。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电阻值为亮电阻Ｒ亮，暗电阻Ｒ暗与亮电阻Ｒ亮之差为光电阻Ｒ光，光电阻越大，则光敏电阻灵敏度越高。然后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。

实验数据表格：（由于仪器量程限制，光敏电阻II的暗电阻无法读出）

２. 测试光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流。按照图（8）接线，分别在暗光及环境光照射下测出输出电压Ｕ暗和Ｕ亮，电流Ｉ暗=Ｕ暗/Ｒ，亮电流Ｉ亮=Ｕ亮/Ｒ，亮电流Ｉ亮与暗电流Ｉ暗之差称为光电流Ｉ光，光电流越大则灵敏度越高。

图（７）发光管连接电路图（８）光敏电阻测量电路实验数据处理;

３. 光敏电阻的伏安特性测试。按照图（8）接线，电源可从直流稳压电源±2～±10V 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，和电流I，同时计算出此时光敏电阻的阻值

光敏电阻伏安特性测试数据表（暗光）(R=1k)

光敏电阻伏安特性测试数据表（正常环境光照）(R=1k)

伏安特性曲线如下图：

４. 光敏电阻的光照特性测试。按照图（8）接好实验线路，负载电阻R选定10K，光源用高亮度卤钨灯（实验者可仔细调节光源控制旋钮，得到不同的光源亮度），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

到逐步增强的电流数据，即：I

ph=U

R ,(2V ↔20KΩ,4V ↔40KΩ,6V ↔60KΩ) ，R

同时求出此时光敏电阻的阻值，即：R

g=U

cc

-U

R

I

Ph

。这里要求尽量多测试（不少于

15 个）在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。

光敏电阻光照特性测试数据表

（电压： 2V 电阻：20k）

光敏电阻光照特性测试数据表

（电压：4V 电阻:40k）

光敏电阻光照特性测试数据表

（电压： 6V 电阻：60k）

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测试。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（５），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。照图（8）接线,其工作电源可选用直流稳压电源的负电源，用高亮度LED（红、黄、绿、蓝、白）

。限流电

（（7）作为光源，发光电源可选用直流稳压电源的正电源。发光管的接线可参照图

阻用选配单元上的10K～60K 档电位器，首先应置电位器阻值为最大，开启电源