北航17系光电子实验报告1-4.docx

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：?? ? ?p ? e ? ? p ? ?n ? e ? ?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，? 表示迁移率，当两端加上电压U后，光电流为Iph=A÷d×?σ×u 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， ?? 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 CdS 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 = 2 \* ROMAN II的暗电阻无法读出） 暗电阻亮电阻光电组（暗电阻-光电组）光敏电阻 = 1 \* ROMAN I3.9MΩ992Ω3.899MΩ光敏电阻 = 2 \* ROMAN II很大（无法测出）989Ω无法算出 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