光敏电阻光敏特性的研究

一、实验设计方案

1.1、实验目的

1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的光照特性曲线。

2、学习使用电脑实测。

3、学习使用DataStudio软件。

4、学习了解设计性实验的基本方法。

1.2、实验原理

   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，（如图1）；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器对光的敏感性与人眼对可见光（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，通用白炽灯泡光线或自然光线作控制光源，但本实验采用激光做光源，通过两偏振片控制光照强度并由角速度传感器测出。 

1.2.1光敏电阻的光照特性     

        光电流随照度的变化而改变的规律称为光照特性。不同类型的光敏电阻的光照特性不同， 大多数光敏电阻的光照特性是非线性的。某种光敏电阻的光照特性如图1所示。

利用光敏电阻的光照特性可以测出一些材料的光吸收系数。

1.2.2光敏电阻特性

  图3为某光敏电阻的的阻值与光强关系，利用光敏电阻的光敏特性，可以分别模拟设计一个简单的光控自动报警实验与一个光控自动照明实验。

    光敏电阻的电阻与光强间关系曲线的线性关系,不可以用在线性的光感测量中.

1.3.2选用仪器列表

二、实验内容及具体步骤：

2.1、测绘光敏电阻的光照特性曲线。

  （1）按右图连接好电路，电压传感器连接到750接口。

（2）光敏电阻的光源由一激光提供。并经过两偏振片调整光强后照射在光敏电阻上。其中一偏振片与角速度传感器相连到750接口。试验中保持光强从最弱到最强间变化。

（3）打开DataStudio 软件，创建一个新实验。

（4）在DataStudio 软件的窗口中设置750接口的传感器连接，并设置采样率。（5）在DataStudio 软件的窗口打开一个图表。

（5）接通光敏电阻所在电路电源；

（6）打开激光器，调整两偏振片，然后调整带有角速度传感器的偏振片使照到光敏电阻处的光强最小；

（7）在DataStudio 软件窗口中启动数据采集，并转动带有角速度传感器的偏振片使光敏电阻处的光强从最小到最强间变化。

（8）停止数据采集。断开光敏电阻电源，关了激光器。

    （9）在DataStudio中作一个计算：

①y轴(光电流)：    ……………………（（其中10表示直流电源电压10V，其中为电压、通道A的值其中1000表示直流电源电压1000Ω）

②x轴（相对光照强度）：……………………（其中θ为偏振片从零相位开始转过的角度）

三、数据记录及数据处理

3.1、测绘光敏电阻的阻值随相对光强的变化曲线。

(1)、数据记录(原始数据)

图4

注：上图中电压、通道A（记为）是采样电阻（R=1000Ω)的电压；角位置通道1和2（度），为偏振片又零相位开始转过的角度（记为θ）。

(2)、对以上数据作以下计算：

①光敏电阻两端的电压：   ……………………（其中10表示直流电源电压10V，其中为电压、通道A的值）

②光电流：    ……………………（其中1000表示直流电源电压1000Ω）

③光敏电阻的阻值：

④相对光照强度：……………………（其中θ为偏振片又零相位开始转过的角度）

（3）在DataStudio 中做以上计算，并得以下曲线：

       

               图5                                       图6

注：上图1为光敏电阻加上取样电阻的光强特性曲线。

（4）由：①光敏电阻两端的电压： 

         ③光敏电阻的阻值：

         ④相对光照强度：

得光敏电阻的光照特性，上图6

（5）由：    ③光敏电阻的阻值：

            ④相对光照强度：

                        图7光敏电阻的阻值与相对光强曲线

由光敏电阻的电阻特性，知道其比较适合做光控开关，因为达到某一光强后电阻迅速变化。

   可以用来分别模拟设计一个简单的光控自动报警实验与一个光控自动照明实验。

（6）数据分析：光敏电阻光电流与光照强度关系图( 见图6)以及光敏电阻阻值与光照强度关系图( 见图7)  . 从图7 中可以看出, 光敏电阻的阻值随着光照强度的增加而减小.  但不是线性关系, 即光敏电阻的阻值与光强不成反比关系, 所以光敏电阻不可以用在线性的光感测量中.

误差分析：受背景光影响。温度变化对光敏电阻的影响。

四、实验结果陈述与总结

4.1结果陈述

   （1）通过实验得到光敏电阻的光照特性曲线，为非线性曲线。

 （2） 通过实验得到光敏电阻的电阻与光强间关系曲线，不是线性关系, 即光敏电阻的阻值与光强不成反比关系, 因此光敏电阻不可以用在线性的光感测量中.可用于做光控开光等。

 （3）通过次实验，基本学会了使用计算机及DataStudio软件进行实验。并初步了解了设计性实验的基本方法。

4.2实验总结.

①本实验测得光敏电阻的光强特性，得到所用光敏电阻的光强特性为非线性，比较接近乘幂拟合。光敏电阻的电阻与光强间关系曲线的线性关系,不可以用在线性的光感测量中.

②本实验中，利用计算机采集数据，体现出方便、快捷、成本极低的优势。

第二篇：光敏电阻特性实验报告

                          光敏电阻特性实验

一、 实验目的：

了解光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性等基本特性。

二、 基本原理：

1、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。

2、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。

3、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。

三、 需用器件与单元：

主机箱、安装架、普通光源、各种滤光镜、 光电器件实验（一）模板 、光敏电阻探头、照度计模板、光照度探头。

四、 实验步骤：

1、亮电阻和暗电阻测量                                                

（1）光敏电阻实验原理图

 

（2）调节光敏电阻工作电压：

（3）亮电阻测试：

（4）暗电阻测试：

实验结果：

                   

  分析：

       一般情况下，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，可见测量数据有效。

2 光照特性测试

光敏电阻的工作电压一定时（5V），它的阻值（光电流）随光照度变化而变化。按表3-2进行测量，作图3-2.。

       

分析：

     理论上，光敏电阻在弱光照下，光电流I与光照度E具有良好的线性；在强光照下则为非线性。根据测试数据所画得的光照特性曲线较好地满足上述情况，说明实验操作准确。

3 伏安特性测试

光敏电阻在一定的光照度下，光电流随外加电压的变化而变化

（1）调节光源电压为100Lx时对应的电压值

（2）调节光敏电阻工作电压的值读取相应的光电流

（3）重复测试不同照度的伏安特性，将测量数据填入表3-3，并作图3-3。

分析：

 （1）、由图3-3可知，在给定光照下，光敏电阻的阻值与外加电压无关，仅由光敏电阻本身性质决定，但是不同光照情况下的伏安特性具有不同的斜率，即光照强度不同，阻值不同。

 （2）、当光敏电阻承受的功率超过它本身的额定功率，曲线开始变弯，说明光电流趋向饱和。

4 光谱特性测试

光敏电阻在一定的工作电压时，在等能量、不同波长的光作用下，其阻值的变化是不同的，即光电流大小不一样。本实验光功率以1mW为标准，更换光源前端盖的滤光镜获得不同波长的光。将测量数据填入表3-4，并作图3-4。

分析：

     光谱特性与光敏电阻材料有关。从图3-4可知，本实验选用的光敏电阻的光谱响应范围在可见光区域，而峰值大概出现在600nm，在稍离此波长的光谱响应迅速衰减，在远离处则无响应。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源种类相结合考虑，以获得满意的结果。

五、 思考题

    为什么测光敏电阻亮阻和暗阻要经过10秒后再读数？

答：

   因为光敏电阻是依靠非平衡载流子效应工作的，非平衡载流子的产生与复合都是一个时间过程，此过程在一定程度上影响光敏电阻对光照的响应。因此，测亮阻和暗阻时要考虑此时间过程，一般取值10秒。

六、 实验总结

1、在测量光照特性前，要先明确所用光源的光照度与光源工作电压的对应关系，以便通过调节电压控制光照度的大小。

2、在测量光谱特性前，要先明确不同波长的光源光功率与光源电压的对应关系，以确保采用不同波长时，其功率大小一致。

3、因为光敏电阻随光照变化是个时间过程，加上测量仪器的灵敏度和精度有限，所以需要我们有