《光敏电阻伏安特性光敏二极管光照特性通信电子电子设计通信电子电子设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光敏电阻伏安特性光敏二极管光照特性通信电子电子设计通信电子电子设计.pdf（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、光敏传感器的光电特性研究（FB81型5光敏传感器光电特性）实验仪 凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可 用于检测直接由光照明度变化引起的非电量，如光强、光照度等；也可间接用来检测能转 换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。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，通常分为外光电效应和内光电效应两大类，在光 辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射现象，则称为外光电效应或光电子发射 效应。基于这种效应的光电器件有光电
2、管、光电倍增管等。另一种现象是电子并不逸出材 料表面的，则称为是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。好多 半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于内光电效应范 畴，本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管的光电传感特性及在某些 领域中的应用。【实验原理】1光电效应：（1）光电导效应：当光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收 光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的 电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光
3、电导效应。它是一种内光电效应。光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带 跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使 电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的 空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长 的多。（2）光生伏特效应：在无光照时，半导体 PN结内部有自建电场。当光照射在 PN 结及其附近时，在能量 足够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子（电子、空穴对）。载流子在结 区外时，靠扩散进入结区；在结区中时，则因电场 E的作用，电子漂移到
4、 N 区，空穴漂移 到 P区。结果使 N 区带负电荷，P区带正电荷，产生附加电动势，此电动势称为光生电动 势，此现象称为光生伏特效应。2光敏传感器的基本特性：光敏传感器的基本特性则包括：伏安特性、光照特性等。伏安特性：光敏传感器在一定的入射光照度下，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。改变照度则可以得到一族伏安特性曲线。它是传感器应用设 计时的重要依据。掌握光敏传感器基本特性的测量方法，为合理应用光敏传感器打好基础。本实验主要 是研究光敏电阻、光敏二极管的基本特性。（1）光敏电阻：利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻。目前光敏电阻应 用
5、的极为广泛，其工作过程为，当光敏电阻受到光照时，发生内光电效应，光敏电阻电导 率的改变量为：p e p n e n（1）在（1）式中，e为电子电荷量，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：A Iph Ad U 式中 A 为与电流垂直的表面积，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 5a 所示，不同的光强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
6、的最高额定 值。（2）光敏二极管：光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二 2）称为光电式传感器它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量如光强光照度等也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量如零件直径表面粗糙度位移速度加速度及物体形状工作状态识别等光敏传感器具有非接触响应快性电效应和内光电效应两大类在光辐射作用下电子逸出材料的表面产生光电子发射象则称为外光电效应或光电子发射效应基于这种效应的光电器件有光电管光电倍增管等另一种象是电子并不逸出材料表面的则称为是内光电效应光电导于内光电效应范畴本实验所涉及的光敏电阻光敏二极管等均是内光电效应传感器通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻光
7、敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用实验原理光电效应光电导效应当光照射到某些半导体材 UU 时光敏电阻的阻值，即 R g cc R。以后调节相对光强重复上述实验（要求至少在 g I Ph 三个不同照度下重复以上实验）极管，如图 7a 所示。零偏压时，光敏二极管有光电流输出。光敏二极管的光照特性亦呈 良好线性，如图 7c。光敏二极管的的电流灵敏度一般为常数。一般在作线性检测元件时，选择光敏二极管。实验（一）光敏电阻的伏安特性测试【实验目的】了解内光效应。通过实验掌握光敏电阻工作原理。了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线曲线。【实验仪器】FB815型光敏传感器光电特性设计性实验仪，万
8、用电表一只，导线若干。实验步骤】1、按实验仪面板示意图 8 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 2V 12V 电源，光源 电压 012V 电源（可调）。2、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，测出电源电压为：2V,4V,6V,8V,10V,12V 时电阻 R 1两端的电压 UR，从而得到 6个 UR 光电流数据 I ph R，同时算出此 ph 1.00k 称为光电式传感器它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量如光强光照度等也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量如零件直径表面粗糙度位移速度加速度及物体形状工作状态识别等光敏传感器具有
9、非接触响应快性电效应和内光电效应两大类在光辐射作用下电子逸出材料的表面产生光电子发射象则称为外光电效应或光电子发射效应基于这种效应的光电器件有光电管光电倍增管等另一种象是电子并不逸出材料表面的则称为是内光电效应光电导于内光电效应范畴本实验所涉及的光敏电阻光敏二极管等均是内光电效应传感器通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用实验原理光电效应光电导效应当光照射到某些半导体材3、根据实验数据画出光敏电阻的一族伏安特性曲线。表1 光敏电阻伏安特性测试数据表（照度：173Lux）电源电压（V）2 4 6 8 10 12 R1 电压 UR1（V）光电流 I p
10、h(A)光敏电压 U0（V）光敏电阻 Rg（）表2 光敏电阻伏安特性测试数据表（照度：861Lux）电源电压（V）2 4 6 8 10 12 R1 电压 UR1（V）光电流 I ph(A)光敏电压 U0（V）光敏电阻 Rg（）表3 光敏电阻伏安特性测试数据表（照度：2350Lux）电源电压（V）2 4 6 8 10 12 R1 电压 UR1（V）光电流 I ph(A)光敏电压 U0（V）光敏电阻 Rg（）实验（二）光敏二极管的光照度特性测试【实验目的】了解光敏二极管的工作原理。了解硅光敏二极管的基本特性，并测出它的光照特性曲线。称为光电式传感器它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量如光强光
11、照度等也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量如零件直径表面粗糙度位移速度加速度及物体形状工作状态识别等光敏传感器具有非接触响应快性电效应和内光电效应两大类在光辐射作用下电子逸出材料的表面产生光电子发射象则称为外光电效应或光电子发射效应基于这种效应的光电器件有光电管光电倍增管等另一种象是电子并不逸出材料表面的则称为是内光电效应光电导于内光电效应范畴本实验所涉及的光敏电阻光敏二极管等均是内光电效应传感器通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用实验原理光电效应光电导效应当光照射到某些半导体材实验仪器】FB815型光敏传感器光电特性设计性实验仪，万用电
12、表一只，导线若干。【实验步骤】1、按实验仪面板示意图接好实验线路。2、选择一定的偏压，每次在一定的偏压下测出 光敏二极管在相对光照度为“弱光”到逐步增 强的光电流数据，其中 Iph UR（1.00k ph 1.00k 为取样电阻）。这里要求至少测出 3个不同的反 偏电压下的数据。3、根据实验数据画出光敏二极管的一族光照特 性曲线。表 1 光敏二极管光照特性测试数据表（电压：-4V）照度(Lux)1.1 30.5 173 328 548 861 1258 1774 2350 U R(V)光电流（A）表 2 光敏二极管光照特性测试数据表（电压：-8V）照度(Lux)1.1 30.5 173 328
13、 548 861 1258 1774 2350 U R(V)光电流（A）表3 光敏二极管光照特性测试数据表（电压：-12V）照度(Lux)1.1 30.5 173 328 548 861 1258 1774 2350 U R(V)光电流（A）称为光电式传感器它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量如光强光照度等也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量如零件直径表面粗糙度位移速度加速度及物体形状工作状态识别等光敏传感器具有非接触响应快性电效应和内光电效应两大类在光辐射作用下电子逸出材料的表面产生光电子发射象则称为外光电效应或光电子发射效应基于这种效应的光电器件有光电管光电倍增管等另一种象是
14、电子并不逸出材料表面的则称为是内光电效应光电导于内光电效应范畴本实验所涉及的光敏电阻光敏二极管等均是内光电效应传感器通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用实验原理光电效应光电导效应当光照射到某些半导体材FB815 型光敏传感器光电特性设计性实验仪，其结构如图 1所示。该实验仪由光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池四种光敏传感器及可调电 源、电阻箱（自备）、数字万用表，九孔接线板与光学暗箱所组成。具体介绍如下。1.光学暗箱（见图 2）：光学暗箱的大小为 360 280 110mm 3，中间位置是九孔实验板，学生可以在上面 按自己的需要搭建实验电
15、路，在箱子的左里边有编号 L1,L 2,L 8的接线孔，从里面直接 连到箱子左侧的外面，实验时将外用电源，测量万用表及变阻箱通过不同的接线口接入箱 里的实验电路，当箱子密封以后，里面就与外界完全隔绝，工作时照明光路是置于暗箱中 进行，从而消除杂散光对实验的影响。图 2 是暗箱分布示意图。称为光电式传感器它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量如光强光照度等也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量如零件直径表面粗糙度位移速度加速度及物体形状工作状态识别等光敏传感器具有非接触响应快性电效应和内光电效应两大类在光辐射作用下电子逸出材料的表面产生光电子发射象则称为外光电效应或光电子发射效应基于这
16、种效应的光电器件有光电管光电倍增管等另一种象是电子并不逸出材料表面的则称为是内光电效应光电导于内光电效应范畴本实验所涉及的光敏电阻光敏二极管等均是内光电效应传感器通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用实验原理光电效应光电导效应当光照射到某些半导体材2.JK-30 工作电源（见图 3）：本实验仪配有 JK-30 工作电源，图 3为专用电源面板功能分布图。主要提供两路工作 电压，一路光电源输出，供白帜灯发光，电压 0 12V 可变，另一路传感器工作电源，有 2V,4V,6V,8V,10V,12V 等量值变化，以保证实验的不同需要。光敏传 感器的照度可以
17、通过调节可调光源的电压或改变光源与传感器之间的距离来调节。3.其他实验配件（见图 4）：称为光电式传感器它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量如光强光照度等也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量如零件直径表面粗糙度位移速度加速度及物体形状工作状态识别等光敏传感器具有非接触响应快性电效应和内光电效应两大类在光辐射作用下电子逸出材料的表面产生光电子发射象则称为外光电效应或光电子发射效应基于这种效应的光电器件有光电管光电倍增管等另一种象是电子并不逸出材料表面的则称为是内光电效应光电导于内光电效应范畴本实验所涉及的光敏电阻光敏二极管等均是内光电效应传感器通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电
18、阻光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用实验原理光电效应光电导效应当光照射到某些半导体材附录 1】FB815光敏传感器光电特性实验仪相对照度（Lux）参考表 距离（cm）电压 5 6 7 8 9 10 12 2350 1950 1700 1530 1400 1300 11 1774 1459 1280 1156 1052 980 10 1258 1059 923 825 756 704 9 861 729 632 567 519 480 8 548 469 411 368 338 315 7 328 286 249 224 206 191 6 173 158 138 123 113 10
19、5 5 80.2 73.7 64.4 57.8 52.6 48.9 4 30.5 28.2 24.6 22.1 20.2 18.8 3 8.9 7.8 6.8 6.1 5.6 5.3 2.5 3.3 3 2.7 2.4 2.2 2 2 1.1 0.9 0.7 0.6 附录 2】九孔实验板插亏孔距离参考 【思考题】1.光敏传感器感应光照有一个滞后时间，即光敏传感器的响应时间，如何来测试光敏传 感器的响应时间？2.光照强度与距离的关系，验证光照强度与距离的平方成反比（把实验装置近似为点光 源）。称为光电式传感器它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量如光强光照度等也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量如零件直径表面粗糙度位移速度加速度及物体形状工作状态识别等光敏传感器具有非接触响应快性电效应和内光电效应两大类在光辐射作用下电子逸出材料的表面产生光电子发射象则称为外光电效应或光电子发射效应基于这种效应的光电器件有光电管光电倍增管等另一种象是电子并不逸出材料表面的则称为是内光电效应光电导于内光电效应范畴本实验所涉及的光敏电阻光敏二极管等均是内光电效应传感器通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用实验原理光电效应光电导效应当光照射到某些半导体材