光敏电阻等传感器的特性

光敏电阻基本特性测量教学目的：光传感器是测量端与信息处理系统的中间环节,可以理解为把光信息变换为电信息的一个元件, 光敏电阻 就是基于内光电效应的一种光传感器,光敏电阻具有灵敏度高,光谱特性好,使用寿命长,稳定性高,体积小以及制造工艺简单等特点,因此作为开关式光电信号传感器广泛应用在自动化技术中。

自然界中有很多信息是通过光辐射形式传播的，用常规的仪器无法检测,而通过光电器件则可获得这些信息；光敏电阻体型小,灵敏度高,价格便宜，灵敏度峰值Gds(520mm),根据其特性可实际用于摄像机的露点计﹑光控制器﹑光联结器﹑光电继电器等方面。

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,在可见光范围内,常用的光敏电阻是硫化镉(CdS)本实验即采用该种光敏电阻,光敏电阻的主要参量有暗电阻,亮电阻,光谱范围,峰值波长和时间常量等,基本特性有伏安特性,光谱特性,光照特性等通过本次实验,学生不仅能对光敏电阻的特性有一定的了解,还可以学习到光路的调整方法,有助于学生动手能力的培养.教学安排：本实验学时数为4学时。

原理综述：光照下物体电导率改变的现象称为内光电效应(光导效应)光敏电阻是基于内光电效应的光电元件,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,同时在价带留下空穴,由于材料中载流子数目增加,材料的电导率增加,电导率的改变量为p n pe ne σμμ∆=∆+∆ (1)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, μΡ为空穴的转移率, μn 为电子的迁移率.当光敏电阻两端加上电压U 之后,光电流为ph A I U dσ=∆ (2) 其中A 为与电流垂直的截面积,d 为电极间的距离,由(1)和(2)可知,光照一定时,光敏电阻两端电压与光电流为线性关系,呈电阻特性,该直线经过零点,其斜率反映在该光照下的阻值状态.光照特性是指在一定的外加电压下,光敏电阻的光电流与光通量之间的关系.。

光敏电阻基本特性及主要参数的测试光敏电阻（Photocell）是一种基于光敏效应的传感器，其电阻值随光照强度的变化而变化。

它广泛应用于光控系统、照度计、曝光计、光敏开关等领域。

为了评估光敏电阻的性能，我们需要测试其基本特性和主要参数。

首先，我们需要测试光敏电阻的光敏特性，也就是其电阻值与光照强度之间的关系。

这可以通过将光敏电阻连接到一个恒定电压源上，然后使用一个光源以不同的光照强度照射它，并测量电阻值。

这样我们可以得到光敏电阻的响应曲线，即电阻值与光照强度的关系曲线。

通常，我们使用一个光照度计来提供可靠的光照强度测量。

其次，我们需要测试光敏电阻的光谱特性，也就是其对不同波长的光的响应。

这可以通过使用不同波长的光源进行测试。

我们可以使用一个光谱分析仪来测量光敏电阻在不同波长下的响应，并绘制光谱响应曲线。

这将帮助我们了解光敏电阻在不同光谱范围内的工作效果。

除了光敏特性和光谱特性，还有一些其他重要的参数需要测试。

其中一个是光敏电阻的响应时间。

响应时间是指光敏电阻从光照变化到实际电阻变化所需的时间。

我们可以通过使用一个快速的光源以不同频率照射光敏电阻，并测量其响应时间来测试这个参数。

另一个重要的参数是光敏电阻的灵敏度。

灵敏度是光敏电阻对光照强度变化的敏感程度。

可以通过改变光照强度，然后测量光敏电阻的电阻值的变化来测试灵敏度。

此外，还有一些其他参数也需要测试，例如光敏电阻的线性度、温度特性、稳定性等等。

这些参数可以通过使用不同光照强度和温度，然后测量光敏电阻的电阻值来测试。

总之，测试光敏电阻的基本特性和主要参数是非常重要的，它们可以帮助我们了解光敏电阻的性能和适用范围。

通过这些测试，我们可以选择合适的光敏电阻，并优化光敏电阻的应用。

Ⅰ.光敏电阻的物理特性光敏电阻: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。

Ⅱ.组成特性光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。

Ⅲ.作用光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。

光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。

设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器、可见光光敏电阻器。

Ⅳ.参数特性（1）光电流、亮电阻。

光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。

（2）暗电流、暗电阻。

光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。

外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。

（3）灵敏度。

灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。

（4）光谱响应。

光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。

若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。

（5）光照特性。

光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。

从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。

光敏电阻：将光能转化为电能的多面手
光敏电阻是一种能够将光辐射转化为电能的特殊材料，在当今的
高科技领域中被广泛应用。

它的主要特点是灵敏度高、响应速度快、
成本低廉、体积小巧等。

以下是光敏电阻的几个典型应用方向：
1. 感光器件：光敏电阻可作为一种非常有用的感光器件。

例如，
它可以被用于拍照机、换相器、自动测光仪等设备上，起到控制器的
作用。

2. 电子产品：光敏电阻也被广泛应用于各种电子产品，如计算机、手机、摄像机、电视机等，可以起到自动控制、自动调节、降低噪音
等多种作用。

3. 道路照明：光敏电阻也可以起到很好的道路照明作用。

有些路
灯的光源是通过传感器来控制的，当周围环境比较暗的时候，光敏电
阻会自动启动，将灯的亮度调整到最合适的程度。

总之，光敏电阻在现代社会中得到了广泛的应用，并且这种应用
越来越多样化。

随着人们对于环境和安全问题的日益重视，光敏电阻
的用途也会越来越广泛，发挥着更加重要的作用。

课程名称：大学物理实验（一）实验名称：光敏电阻特性研究图3 光敏电阻光照特性光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光（可见光）的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可图4 无光照时的光敏电阻原理示意图图5 有光照时的光敏电阻原理示意图光敏电阻是一种能够感知光的电子元件，其原理在于光照射到光敏电阻表面时，会激发其中的电子发生跃迁，导致电阻值发生变化。

具体来说，光敏电阻中含有一种半导体材料的物质作为感光元件如硒化铋、硫化镉等，当光线照射到这种材料上时，会让一些电子从价带跃迁到导带，使得电子数量增加，从而导致电阻值降低。

导体材料在没有光照射时，其中的电子处于价带中，不能自由移动。

因此，当光线强度增加时，电阻值就会相应地减小；反之，当光线强度减小或消失时，电阻值则会增大。

4.光敏电阻的伏安特性：光敏电阻在光强一定的情况下（偏振片角度θ不变）时，电阻是一个定值电阻。

根据R = U/I,可得到光强不变时电阻是一条直线，它的斜率就是电阻的阻值。

图1 光敏电阻特性研究实验装置图图2偏振片角度θ=30°时光敏电阻的伏安特性曲线由图可知：直线斜率即为此时的光敏电阻的阻值。

由于电压单位是（V）而电流单位是（mA），根据欧姆定律，其中U的单位是（V），I的单位是（A），故此时光敏电阻阻值为1505Ω。

变形式R=UI3.光敏电阻的光照特性和电阻特性研究表3 光敏电阻电流随相对光照强度变化数据表θ0º10º20º30º40º50º60º70º80º90º图3 光敏电阻光照特性曲线由图可知：电压一定时，当相对光强增大时，电流也逐渐增大。

当相对光照强度达到最大时，电流也取到最大值。

当相对光照强度为0时，电流不为0，但接近0，因为光敏电阻的暗阻较大。

除此之外，实验时电压恒定为2V，故可根据欧姆定律变形式R=UI计算不同相对光照强度时的电阻。

光敏传感器的认识光敏传感器（光敏器件）是一类可以感知光线强度的传感器，它们在不同的应用中被广泛使用。

这些传感器对光的敏感度可以因器件类型和用途而异。

以下是光敏传感器的一些常见类型和基本认识：1. 光敏二极管（Photodiode）:-光敏二极管是一种半导体器件，其电流与入射光的强度成正比。

当光照射在光敏二极管上时，电荷被产生，并且这个电荷流动的电流被用作测量光的强度。

它们常用于光电探测、光通信等领域。

2. 光敏电阻（Photocell or LDR - Light-Dependent Resistor）:-光敏电阻的电阻值随光的强度而变化。

在弱光条件下，电阻较大；而在强光条件下，电阻较小。

这种特性使得光敏电阻常被用于光敏电路和自动照明系统中。

3. 光敏晶体管（Phototransistor）:-光敏晶体管是一种光敏二极管的变种，具有放大功能。

当光照射到光敏晶体管时，电流增大，可以用于检测光的强度并产生电信号。

它在一些需要检测光强度并进行放大的应用中很有用。

4. 光敏电容（Photocapacitor）:-光敏电容是一种光敏器件，其电容值随光的强度而变化。

光敏电容被用于一些需要检测光强度并转换为电容变化的应用中。

5. 光敏传感器模块（Light Sensor Module）:-这是一种集成了光敏传感器的模块，通常包括前端的光敏元件和后端的信号处理电路。

这种模块化设计使得它们更容易在电子项目中使用，无需过多的电路设计。

应用领域包括光控开关、自动照明系统、光电传感器、相机的自动曝光控制等。

选择适当类型的光敏传感器通常取决于应用的需求，例如对灵敏度、响应时间、工作光谱范围等的要求。

光敏电阻知识点总结一、工作原理光敏电阻的工作原理主要是基于半导体在光照下电阻发生变化的特性。

在暗光条件下，光敏电阻的电阻值较大；而在强光照射下，电阻值则会减小。

这是因为在光照条件下，半导体中的电子受光子激发，会从价带跃迁至导带，造成导电性能的增加。

因此，光敏电阻的电阻值与环境光照强度成反比，当光照强度增加时，电阻值减小，当光照强度减小时，电阻值增加。

二、特性1、感光特性：光敏电阻属于感光元件，能够根据光照强度的变化来改变自身的电阻值。

2、响应速度快：光敏电阻对光照的变化具有较快的响应速度，当环境光照发生变化时，它的电阻值可以迅速调整。

3、线性特性：光敏电阻在一定范围内，其电阻值与光照强度成线性关系。

4、温度特性：光敏电阻的温度特性较强，温度升高会导致电阻值减小，而温度降低则会导致电阻值增加。

5、稳定性高：在一定的工作条件下，光敏电阻的稳定性较高，能够长时间保持其性能稳定。

三、应用领域1、光控开关：光敏电阻可以应用在光控开关中，根据光照强度的变化来控制开关的状态。

2、光敏灯控：光敏电阻可以应用在光敏灯控系统中，根据环境光照强度的变化来控制灯光的亮度。

3、光敏电子设备：光敏电阻也被广泛应用于光敏电子设备中，如光敏传感器、光敏探测器等。

4、环境检测：光敏电阻可以用于环境光照强度的检测，例如用于户外环境光照强度监测等。

5、照相器件：光敏电阻也可以应用在照相器件中，例如测光装置等。

总结：光敏电阻作为一种能够感应光照强度变化的敏感元件，具有很高的实用价值。

它的工作原理简单，特性稳定，应用领域广泛，因此在工程和电子领域中得到了广泛的应用。

未来，随着智能化、自动化领域的不断拓展，光敏电阻将会有更广阔的发展前景。

简述光敏电阻的特点及其应用光敏电阻，也称为光敏电阻器或光敏电阻器件，是一种能够根据光线强度改变电阻值的元件。

它的特点在于在光照条件不同的情况下，电阻值会发生变化，从而实现对光线强度的检测和控制。

光敏电阻的工作原理是基于半导体材料的光电效应。

当光线照射在光敏电阻表面时，光子能量被半导体材料吸收，激发电子跃迁到导带中，从而使材料的电导率发生变化，导致电阻值发生变化。

光照越强，电导率越高，电阻值越小；光照越弱，电导率越低，电阻值越大。

这种特性使得光敏电阻在光敏传感器、光控开关、光敏电路等领域有着广泛的应用。

光敏电阻的应用非常广泛。

首先，在自动控制领域，光敏电阻常用于光控开关、光敏传感器等设备中，实现对环境光强度的检测和控制。

例如，在一些照明系统中，可以利用光敏电阻感应环境光强度的变化，自动调节灯光亮度，实现节能环保的目的。

其次，在安防监控领域，光敏电阻也可以用于光敏感测器、红外感应器等设备，实现对光线、热量等信号的检测和报警。

此外，在光电仪器、光电信息传输等领域，光敏电阻也扮演着重要的角色。

除了以上应用外，光敏电阻还可以用于光敏电路的设计。

通过光敏电阻和其他元件的组合，可以实现一些特定的功能，如光控开关、光敏报警器、光敏电压比较器等。

光敏电阻与其他传感器、执行器等元件的结合，可以构成各种光敏控制系统，为人们的日常生活带来便利和舒适。

光敏电阻作为一种能够根据光线强度改变电阻值的元件，在自动控制、安防监控、光电仪器等领域有着广泛的应用。

其特点在于灵敏度高、响应速度快、结构简单、成本低廉，能够实现对光线强度的检测和控制。

通过不同的电路设计和应用场景，光敏电阻可以发挥出更多的作用，为人们的生活和工作带来便利和智能化。

在未来的发展中，光敏电阻有望在智能家居、智能城市、工业自动化等领域发挥更大的作用，为人们的生活和工作带来更多的便利和舒适。

《传感器实验指导》光敏电阻传感器特性及应用实验1.了解光敏电阻的光电特性2.了解光敏电阻暗电流、光电流的测量方法3.掌握光敏电阻的伏安特性、负载特性的测量方法1.分析光敏电阻传感器测量电路的原理；2.连接传感器物理信号到电信号的转换电路；3.软件观测亮度变化时输出信号的变化情况；4.记录实验波形数据并进行分析。

1.开放式传感器电路实验主板；2.光敏电阻亮度测量模块；3.导线若干。

光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。

光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。

无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。

当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。

一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。

实际上光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。

图5-1 光敏电阻的电极实验原理及内容：光敏电阻的主要参数及测试方法：1、暗电阻：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

在测量光敏电阻的暗电流时，应先将光敏电阻置于黑暗环境中30分钟以上，否则电压表的读数会较长时间后才能稳定。

将光敏电阻完全置入黑暗环境中（用遮光罩为光敏电阻遮光，且不通电），使用万用表电阻档测量光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻R暗。

由于光敏电阻的个体差异，某些暗电阻可能大于200兆欧，属于正常现象。

利用图5-2，可以测量光敏电阻的暗电流，图中取E=12V，RL=10M，由电压表读数除以RL，即可得出光敏电阻的暗电流I暗。

2、亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

亮电阻的测试：在一定的光照条件下（移除遮光罩）由Counter输出PWM波驱动LED光源，使用万用表电阻档测量光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻R亮。

利用图5-3，取E=12V，RL=2k。

光敏传感器的光电特性研究【实验内容】1.研究光敏二极管的光电特性。

2.研究光敏电阻的光电特性。

【实验目的】1.了解光敏二极管及电阻的光电特性2.学习光敏传感器的具体应用【仪器用具】1.光电传感器实验仪2.台灯3. 万用表【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)光敏二极管在无辐射（暗室中）的情况下，PN 结硅光电二极管的正、反向特性与普通PN 结二极管的特性一样，其电流方程为:()[]1exp −=kT qU I I d （3）I d 为U 为负值（反向偏置时）且|U|>>kT/q 时(室温下kT/q ≈0.26mV ，很容易满足这个条件)的电流，称为反向电流或暗电流。