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实验十三 光敏传感器的光电特性研究 【实验目的】 1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线； 2、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线； 3、了解硅光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线； 4、了解硅光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 【实验仪器】 FD-LS－Ａ、FD-LS－Ａ （1） 在（1）式中，e为电荷电量，为空穴浓度的改变量，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： （2） 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。 光敏电阻的伏安特性如图2a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，而且没有饱和现象。当然，与一般电阻一样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2a 光敏电阻的伏安特性曲线 图2b 光敏电阻的光照特性曲线 光敏电阻的光照特性则如图2b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2b的结果类似。由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适宜作线性敏感元件 ，这是光敏电阻的缺点之一。所以在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感器。 （2）硅光电池 硅光电池是目前使用最为广泛的光伏探测器之一。它的特点是工作时不需要外加偏压，接收面积小，使用方便。缺点是响应时间长。 图3a为硅光电池的伏安特性曲线。在一定光照度下，硅光电池的伏安特性呈非线性。 图3a 硅光电池的伏安特性曲线 图3b 硅光电池的光照特性曲线 *图3b中 1： 开路电压 2： 短路电流 当光照射硅光电池的时候，将产生一个由N区流向P区的光生电流；同时由于PN结二极管的特性，存在正向二极管管电流，此电流方向与光生电流方向相反。所以实际获得的电流为： （3） 式中V为结电压，为二极管反向饱和电流，n为理想系数，表示PN结的特性，通常在1和2之间，为波尔兹曼常熟，T为绝对温度。短路电流是指负载电阻相对于光电池的内阻来讲是很小的时候的电流。在一定的光照度下，当光电池被短路时，结电压V为0，从而有： （4） 负载电阻在20欧姆以下时，短路电流与光照有比较好的线性关系，负载电阻过大，则线性会变坏。 开路电压则是指负载电阻远大于光电池的内阻时硅光电池两端的电压，而当硅光电池的输出端开路时有，由（3）（4）式可得开路电压为： （5） 图3b为硅光电池的光照特性曲线。开路电压与光照度之间为对数关系，因而具有饱和性。因此，把硅光电池作为敏感元件时，应该把它当作电流源的形式使用，即利用短路电流与光照度成线性的特点，这是硅光电池的主要优点。 （3）光敏二极管和光敏三极管 光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二极管，光敏三极管的伏安特性和光敏二极管的伏安特性类似，如图4a，b所示。但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二极管大好几十倍，零偏压时，光敏二极管有光电流输出，而光敏三极管则无光电流输出。原因是它们都能产生光生电动势，只因光电三极管的集电结在无反向偏压时没有放大作用，所以此时没有电流输出（或仅有很小的漏电流）。 图4a 光敏二极管的伏安特性曲线 图4b 光敏三极管的伏安特性曲线 光敏二极管的光照特性亦呈良好线性，这是由于它的电流灵敏度一般为常数。而光敏三极管在弱光时灵敏度低些，在强光时则有饱和现象，这是由于电流放大倍数的非线性所至，对弱信号的检测不利。故一般在作线性检测元件时，可选择光敏二极管而不能用光敏三极管。 图5a 光敏二极管的光照特性曲线 图5b 光敏三极管的光照特性曲线 　 【实验内容和要求】 本实验内容分为必做部分和选作部分两项内容。 一、必做部分 1、光敏电阻的特性测试 图6 1.1光敏电阻的伏安特性测试 （a）按实验仪面板示意图接好实验线路，光源用标准钨丝灯将检测用光敏电阻 装入待测点，连结+2--+12V电源，光源电压0--24V电源（可调）。 （b）先将可调光源调至一定的光照度， 每次在一定的光照条件下，测出加在光敏电阻