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光敏电阻的基本特性

2018年01月24日 15:51 网络整理 作者: 用户评论(0

光敏电阻(photoresistor or light-dependent resistor,后者缩写为ldr)或光导管(photoconductor),常用的制作材料为硫化镉,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下,其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。

通常,光敏电阻器都制成薄片结构,以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时,半导体片(光敏层)内就激发出电子—空穴对,参与导电,使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度,光敏电阻的电极常采用梳状图案,它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。一般光敏电阻器结构如右图所示。

光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片(或树脂防潮膜)和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示

光敏电阻常用硫化镉(CdS)制成。它分为环氧树脂封装和金属封装两款,同属于导线型(DIP型),环氧树脂封装光敏电阻按陶瓷基板直径分为Ø3mm、Ø4mm、Ø5mm、Ø7mm、Ø11mm、Ø12mm、Ø20mm、Ø25mm 。

1.光敏电阻的工作原理

在光照作用下能使物体的电导率改变的现象称为内光电效应。本实验所用的光敏电阻就是基于内光电效的光电元件。当内光电效应发生时,固体材料吸收的能量使部分价带电子迁移到导带,同时在价带中留下空穴。这样由于材料中载流子个数增加,使材料的电导率增加。电导率的改变量为:

Δσ=Δp&TImes;e&TImes;μp+Δn&TImes;e&TImes;μn (1)

式中e为电荷电量;Δp为空穴浓度的改变量;Δn为电子浓度的改变量;μp为空穴的迁移率;μn为电子的迁移率。当光敏电阻两端加上电压U后,光电流为

Iph=Ad×Δσ×U (2)

式中A为与电流垂直的截面积,d为电极间的距离。 用于制造光敏电阻的材料主要有金属的硫化物、硒化物和锑化物等半导体材料.目前生产的光敏电阻主要是硫化镉。光敏电阻具有灵敏度高、光谱特性好、使用寿命长、稳定性能高、体积小以及制造工艺简单等特点,被广泛地用于自动化技术中。

本实验光敏电阻得到的光照Φ由一对偏振片来控制。当两偏振片之间的夹角为α时,光照Φ为Φ=Φ0D cos2α,其中:Φ0为不加偏振片时的光照,D为当量偏振片平行时的透明度。

2 光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性包括伏-安特性、光照特性、光电灵敏度、光谱特性、频率特性和温度特性等。本实验主要研究光敏电阻的伏-安特性和光照特性。

1. 光敏电阻的电压U与光电流Iph的关系

表中的记录的光电流Iph的单位是毫安(mA)

光敏电阻的基本特性

对表中数据作图结果如下:

光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性

光敏电阻的基本特性

可以从图表中发现,光敏电阻的光电流和cos2α没有明显的线性关系,根据偏振片的照度公式Φ=Φ0D cos2α,可知光敏电阻的光电流和光照强度不是线性关系,在cos2α比较小的时候;I变化较快,当cos2α增大时,I变化趋于平稳。因为每一组数据都是在电压相等的情况下测量的,因此可以推断,随着光强的增大,光敏电阻的阻值会变小,而且当光强较弱时,增大光强能够让光敏电阻的阻值迅速变小,而之后随着光强的增大,电阻变化趋于缓慢。

分析图像,发现第二部分的实验中每次最后一个数据总是与趋势线有较大的偏离,猜测可能是因为cos2α=1时,α=0,此时两偏振镜能透过的光线强度最大,导致光敏电阻阻值较小,由于电流表内接的缘故影响了数据。

另一方面,通过与其他同学的实验报告比较后发现,我的第二部分实验数据的图像没有呈现出比较光滑的抛物线形。分析得出这是因为我的实验操作有误造成的。在测量同一电压下的光电流I和cos2α的关系时,中途变化了电流表的量程,不仅导致了实验数据有效数字的差异,更导致电流表的内阻发生了变化,影响了实验结果。

非常好我支持^.^

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( 发表人:龚婷 )

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