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实验6光敏电阻特性

光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器。光敏传感器具有

非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。光

敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光

电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物

体表面的外发射的现象，也称光电发射效应。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的

物理现象，称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光

敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、

光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基

本原理。

实验目的

1.了解光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性，包括伏

安特性和光照特性。

2.了解光纤传感器基本特性。

3.了解光纤通讯基本原理。

实验预习思考题

1.什么是伏安特性？

2.什么是光照特性？

3.普通电阻的伏安特性是怎样的？

4.光敏电阻的基本工作原理。

5.硅光电池的基本工作原理。

6.光敏二极管的基本工作原理。

7.光敏三极管和普通三极管的区别。

8.在实验过程中如何改变光照强度？

9.了解光纤传感的基本原理与应用优势。

10.光纤通信系统的基本构成？

实验原理

1、伏安特性

光敏传感器在一定的入射光强照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称

为光敏器件的伏安特性。改变光强照度则可以得到一组伏安特性曲线，它是传感器应用设

计时的重要参数依据。例如，某种光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管的伏安

特性曲线分别如图1、图2、图3、图4所示。从这四种光敏器件的伏安特性可以看出：

（1）光敏电阻类似一个纯电阻，其伏安特性线性良好，在一定照度下，电压越大光电流越

大，但必须考虑光敏电阻的最大耗散功率，超过额定电压和最大电流都可能导致光敏电阻

的永久性损坏。（2）光敏二极管的伏安特性和光敏三极管的伏安特性类似，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。（3）在一定光照度下硅光电池的伏安特性呈非线性。

图1光敏电阻的伏安特性曲线图2硅光电池的伏安特性曲线

图3光敏二极管的伏安特性曲线图4光敏三极管的伏安特性曲线

2、光照特性

光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系称为光照特性，它也是光敏传感

器应用设计时的重要参数依据之一。例如，某种光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏

三极管的光照特性分别如图5、图6、图7、图8所示。从这四种光敏器件的光照特性可以

看出：（1）光敏电阻的光照特性呈非线性，一般不适合作线性检测元件，（2）硅光电池

的开路电压也呈非线性且有饱和现象，但硅光电池的短路电流呈良好的线性，故以硅光电

池作测量元件应用时，应该利用短路电流与光照度的良好线性关系。短路电流是指外接负

载电阻远小于硅光电池内阻时的电流，一般负载在20Ω以下时，其短路电流与光照度呈良

好的线性，且负载越小，线性关系越好、线性范围越宽。（3）光敏二极管与光敏三极管的

光照特性亦呈良好线性，但是光敏三极管在大电流时有饱和现象，故一般在作线性检测元

件时，可选择光敏二极管而不用光敏三极管。

图5光敏电阻的光照特性曲线图6硅光电池的光照特性曲线

图7光敏二极管的光照特性曲线图8光敏三极管的光照特性曲线

实验仪器

光敏电阻特性实验仪由下列部分组成：光敏电阻板、硅光电池板、光敏二极管板、光

敏三极管板、红光发射管、接受管（包括光电二极管和光电三极管）、光纤、光纤座、测试

架、直流恒压源、九孔板、万用表、电阻元件盒以及转接盒等。实验时，测试架中的光源

电源插孔以及传感器插孔均通过转接盒与九孔板相连，其它连接都在九孔板中实现，测试

架中可以更换传感器板。

实验中对应的光照强度均为相对光强，可以通过改变点光源电压或改变点光源到光敏

电阻之间的距离来调节相对光强。光源电压的调节范围在0～12V，光源和传感器之间的距

离调节有效范围为：0～