第一章 光敏电阻及其特性1
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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。
光敏电阻介绍1. 光敏电阻的定义与原理光敏电阻,又称为光敏电阻器或光敏电阻器件,是一种能够根据光照强度变化来改变电阻值的电子元件。
它是基于光电效应的原理制作而成的。
光照在光敏电阻表面产生电流,进而改变电阻值,实现对光线的探测和测量。
光敏电阻的主要原理是光生导电效应,即当光敏电阻表面受光照射时,光子的能量被吸收,使得电子从价带跃迁到导带,从而产生电流。
光敏电阻一般由光敏材料制成,例如硒化铟、硒化锌等。
2. 光敏电阻的特点光敏电阻具有以下几个特点:•灵敏度高:光敏电阻能够对光强进行精确的测量和探测,具有较高的灵敏度;•响应速度快:由于光生导电效应的原因,光敏电阻的响应速度较快;•光照范围广:光敏电阻可以对不同波长的光进行探测,光照范围广;•结构简单:光敏电阻的结构相对简单,易于加工和制造;•使用方便:光敏电阻可以与其他电子元件进行方便的连接和组合,便于使用。
3. 光敏电阻的应用领域光敏电阻在许多领域都有广泛的应用,主要包括以下几个方面:3.1 光控开关光敏电阻可以作为光控开关的核心元件,实现对光线的控制。
通过监测光敏电阻的电阻变化,可以控制开关的状态,实现自动化控制。
3.2 光照度测量光敏电阻可以用来测量光照度,广泛应用于光照度传感器和光照度测量仪器中。
通过测量光敏电阻的电阻值变化,可以准确地反映出周围环境的光照强度。
3.3 光电检测光敏电阻可以用于光电检测领域,例如光电传感器和光电开关等。
通过监测光敏电阻的电流变化,可以实现对物体的检测和触发。
3.4 光电自动控制光敏电阻在光电自动控制方面也有广泛的应用。
例如在路灯自动控制系统中,使用光敏电阻来感知环境光照强度,通过控制电路来实现路灯的自动开关。
4. 光敏电阻的选型与使用在选择和使用光敏电阻时,需要考虑以下几个因素:4.1 光敏材料不同的光敏材料具有不同的特性和灵敏度,根据具体应用需求选择合适的光敏材料。
4.2 光敏电阻的电阻范围光敏电阻的电阻范围要满足实际应用需求,根据需要选择适当的电阻范围。
光敏电阻的主要参数与特性1.光敏电阻的主要参数(1)暗电阻◆光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻,此时流过的电流称为暗电流。
(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。
(3)光电流◆亮电流与暗电流之差称为光电流。
2.光敏电阻的基本特性(1)伏安特性◆在一定照度下,流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。
硫化镉光敏电阻的伏安特性(2)光谱特性◆光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性,亦称为光谱响应。
下图为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。
对应于不同波长,光敏电阻的灵敏度是不同的。
光敏电阻的光谱特性(3)光照特性◆光敏电阻的光照特性是光敏电阻的光电流与光强之间的关系,如图8-10所示。
◆由于光敏电阻的光照特性呈非线性,因此不宜作为测量元件,一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。
光敏电阻的光照特性(4)温度特性◆光敏电阻受温度的影响较大。
当温度升高时,它的暗电阻和灵敏度都下降。
◆温度变化影响光敏电阻的光谱响应,尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。
下图为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线。
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线(5)光敏电阻的响应时间和频率特性◆实验证明,光电流的变化对于光的变化,在时间上有一个滞后,通常用时间常数t来描述,这叫做光电导的弛豫现象。
所谓时间常数即为光敏电阻自停止光照起到电流下降到原来的63%所需的时间,因此,t越小,响应越迅速,但大多数光敏电阻的时间常数都较大,这是它的缺点之一。
下图所示为硫化镉和硫化铅的光敏电阻的频率特性。
光敏电阻的频率特性。
光敏电阻特性测试及分析南京理工大学紫金学院光电综合实验室光敏电阻主要参数及基本特性的测试一、工作原理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的强弱而改变的电阻器;半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
当光敏电阻受到光照时,价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带,成为自由电子,同时产生空穴,电子—空穴对的出现使电阻率变小。
光照愈强,光生电子—空穴对就越多,阻值就愈低。
当光敏电阻两端加上电压后,流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。
入射光消失,电子-空穴对逐渐复合,电阻也逐渐恢复原值,电流也逐渐减小。
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)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、光照特性、光谱特性等。
伏安特性是指在一定照度下,加在光敏电阻两端的电压和光电流之间的关系。
光照特性是指在一定外加电压下,光敏电阻的光电流与光通亮的关系。
根据光敏电阻的光谱特性,可分为三种光敏电阻器:1.紫外光敏电阻器:对紫外线较灵敏,包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等,用于探测紫外线。
2.红外光敏电阻器:主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。
锑化铟等光敏电阻器,广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱,红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
3.可见光光敏电阻器:包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。
主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门户,航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭,自动给水和自动停水装置,机械上的自动保护装置和“位置检测器”,极薄零件的厚度检测器,照相机自动曝光装置,光电计数器,烟雾报警器,光电跟踪系统等方面。
二、实验目的1、学习掌握光敏电阻工作原理2、学习掌握光敏电阻的基本特性3、掌握光敏电阻特性测试的方法4、了解光敏电阻的基本应用三、实验内容1、光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻测试实验(基本参数测试)2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流测试实验(基本参数测试)3、光敏电阻的光谱特性测试实验(特性测试)4、光敏电阻的伏安特性测试实验(特性测试)四、测试仪器的技术参数及结构原理1、仪器的测量精度:电压:0.01V电流:0.01mA2、光学参数偏振片口径:35mm3、导轨长度: 980mm4、结构原理:结构如图(一)所示,在导轨上安置四个磁力滑座,分别将光源、起偏器、减偏器、接收器插入滑座內。
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。
什么是光敏电阻?光敏电阻的特性、原理和作用!
一、光敏电阻
光敏电阻是用硫化隔或硒化隔等半导体材料制成的特殊电阻器,表面还涂有防潮树脂,具有光电导效应。
二、特性
光敏电阻对光线十分敏感。
光照愈强,阻值就愈低。
随着光照强度的升高,电阻值迅速降低,可降低至1KΩ以下。
三、工作原理
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应,即在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻。
为了增加灵敏度,两电极常做成梳状。
四、光敏模块原理图
五、用途
1. 光敏电阻模块对环境光强最敏感,一般用来检测周围环境的亮度和光强。
2. 模块在无光条件或者光强达不到设定阈值时,DO 口输出高电平,当外界环境
光强超过设定阈值时,模块D0 输出低电平。
3. 小板数字量输出D0 可以与单片机直接相连,通过单片机来检测高低电平,由
此来检测环境的光强改变。
4. 小板模拟量输出AO 可以和AD 模块相连,通过AD 转换,可以获得环境光强更
精准的数值。
光敏电阻的特性
光敏电阻是一种利用太阳照射的能量来输出电能的电子器件。
它具有太阳能利用率高、成型简便、结构紧凑、应用灵活等特点,可以广泛应用于车辆发电机、照明系统等。
光敏电阻具有非常特殊的响应特性,它的阻值随着照射环境的变化而变化。
由于任何
给定的指定的光照强度时,阻值的大小是通过到观测者的光强变化来决定的,所以当光强
改变时,光敏电阻也会有相应的变化。
同样,光敏电阻具有影响照度变化而保持其稳定阻
值的能力,这里也有着光敏电阻的响应灵敏度高于照度的变化程度。
光敏电阻的特性大致可分为五大类:
(1)表面特性:光敏电阻具有耐高温、耐腐蚀能力,也不易受电磁干扰,能够稳定
可靠地产生模拟或数字信号。
(2)工作特性:光敏电阻的阻值灵敏性和照射度有关,同样可以用来处理视觉信息,并且有着出色的可重复性(它可以正确表示视觉信息,并且能够重复准确反映现有的光度
变化)。
(3)响应特性:光敏电阻的响应特性很好,它可以满足稳定的环境,对于各种变化
的光强都能够准确地反映出阻值变化;
(4)动力学特性:当光强变化时,光敏电阻具有稳定的调节特性,可以实现快速响应;
(5)抗干扰特性:光敏电阻不受外界电磁干扰,即使在环境噪声较大的情况下也能
够精准地反应出所测光强变化。
在当今的智能系统应用中,光敏电阻的特性几乎可以被用作测量技术的核心基础,智
能产品的多样性和可用性也由此得到极大增强。
光敏电阻的特点及其应用光敏电阻是一种光电传感器,其特点在于能够将光线的变化转化为电阻值的变化。
本文将从感光特性、电阻变化、响应时间、灵敏度高、稳定性好、应用广泛、耐高温和价格低廉等方面,详细介绍光敏电阻的特点及其应用。
1.感光特性光敏电阻的感光原理基于半导体的光电效应。
当光子照射到光敏电阻的表面时,光子能量转化为电子能量,产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对参与导电,导致光敏电阻的阻值发生变化。
不同光照条件下,光敏电阻的阻值也会相应变化。
2.电阻变化光敏电阻的电阻变化原理是光电效应的结果。
在无光条件下,光敏电阻的阻值较高。
当光线照射到光敏电阻上时,光子能量将半导体中的束缚电子激发成为自由电子,参与导电,导致电阻值降低。
光敏电阻的电阻变化取决于光照强度和入射光波长。
3.响应时间光敏电阻的响应时间是其重要性能之一。
响应时间指从光照变化到电阻值稳定变化的时间。
一般来说,光敏电阻的响应时间较快,能够在短时间内对光线变化作出响应。
这种快速响应特性使得光敏电阻在许多应用场景中表现出色。
4.灵敏度高光敏电阻的灵敏度指其电阻值对光照变化的敏感性。
高灵敏度的光敏电阻能够在较低的光照强度下产生明显的电阻变化,从而使得电路对光线变化反应更加灵敏。
通过优化材料和结构设计,可以进一步提高光敏电阻的灵敏度。
5.稳定性好稳定性好是光敏电阻的重要优点之一。
在长时间的使用过程中,光敏电阻的阻值不会发生显著变化。
这使得光敏电阻在各种应用场景中表现出良好的稳定性,从而使得基于光敏电阻的传感器具有较高的长期可靠性。
6.应用广泛由于光敏电阻具有感光、电阻变化、快速响应、高灵敏度以及稳定性好等特点,使得其广泛应用于各种领域。
例如,光敏电阻在照相机自动曝光控制系统、环境光检测、光学通信以及太阳能电池等领域发挥着重要作用。
此外,光敏电阻还在测量、计量、工业自动化和机器人等领域有广泛应用。
7.耐高温某些类型的光敏电阻具有较好的耐高温性能。
这些高温光敏电阻能够在较高温度环境下正常工作,对于高温环境下的光学检测和控制具有重要意义。
光敏电阻的原理特点和应用光敏电阻是一种利用光线照射来改变电阻值的传感器。
它可以将光能转化为电能,并且其电阻值随着光照强度的变化而变化。
光敏电阻广泛应用于光敏控制、光敏测量和光敏检测等领域。
光敏电阻的工作原理基于光敏材料的光电效应。
光敏材料通常是由硫化铋、硫化铟等化合物组成,这些化合物具有特殊的电导特性,当光照射到光敏电阻上时,光能激发了光敏材料中的电子,使其跃迁到导带中,改变了材料的电导特性,从而改变了电阻值。
当光照强度增大时,光敏电阻的电阻值变小;当光照强度减小时,电阻值变大。
光敏电阻的特点之一是其灵敏度高。
由于光敏电阻对光照强度变化非常敏感,因此可以在光照强度变化范围很大的情况下提供精确的测量结果。
另外,光敏电阻还具有响应速度快、结构简单、使用方便等特点。
光敏电阻的应用非常广泛。
在光敏控制方面,光敏电阻常被用于照明系统、自动控制系统和定时器等设备中。
通过光敏电阻感应光照强度的变化,可以自动控制灯光的亮度、开关等,提高能源利用效率。
在照相、光敏血压计、光敏闪光灯等设备中,光敏电阻也起到了重要的作用。
在工业和科研领域,光敏电阻常被用于检测光照强度的变化。
例如,可以利用光敏电阻来测量光线的强度和分布情况,从而提供实验数据或者监测设备的工作状态。
此外,在太阳能电池板、光电开关和电子室内恒温器等设备中,光敏电阻也用于控制设备的运行状态。
此外,光敏电阻还具有一些其他的特殊应用。
例如,在某些医学设备中,光敏电阻可用于测量人体组织的光敏性,从而为医疗诊断提供参考。
而在智能家居系统中,光敏电阻可以用于感应室内外光线,自动控制窗帘的打开与关闭,实现智能化的室内环境控制。
总之,光敏电阻利用光敏材料的光电效应,可以将光能转化为电能,改变电阻值。
它具有灵敏度高、响应速度快、结构简单等特点。
在光敏控制、光敏测量和光敏检测等领域有着广泛的应用。
随着技术的进步和应用的扩大,光敏电阻在未来的发展将会变得更加重要和多样化。
光敏电阻基本特性及主要参数的测试光敏电阻是一种能够根据光照强度来改变电阻值的器件。
光敏电阻的基本特性:1.光敏电阻的电阻值与光照强度成反比,即当光照强度增加时,电阻值会减小。
2.光敏电阻的电阻值与光照频率无关,只与光照强度有关。
3.光敏电阻通常用于测量光照强度或控制光照器件。
光敏电阻的主要参数包括:1.光敏电阻的阻值范围:光敏电阻的阻值可以根据具体的应用要求来选择,常见的阻值范围从几十欧姆到几百兆欧姆不等。
2. 光敏电阻的灵敏度:光敏电阻的灵敏度是指光照强度每改变一个单位,电阻值相对应改变的比例。
一般用百分比或者ppt(百万分之一)来表示。
3.光阻电阻温度系数:光敏电阻的阻值会受到温度变化的影响,因此其温度系数也是重要的一个参数。
一般来说,光阻的温度系数越小越好。
4.响应时间:光敏电阻的响应时间是指器件由在一个光强度状态下的阻值到达指定变化的时间。
响应时间越短,器件对光照强度的变化越敏感。
光敏电阻的测试方法:光敏电阻的测试一般是通过测量其在不同光照条件下的电阻值来进行的。
以下是一种常见的测试方法:1.连接电路:将光敏电阻与一个恒流源并联,电源的电流通过光敏电阻产生电压。
可以使用数字电压表或万用表来测量电压值。
2.光照条件:控制一个灯光源,根据需要调节光照强度,在测试过程中保持光照条件稳定。
3.测试步骤:在不同的光照强度下,记录光敏电阻的电压值,并通过电流值计算出电阻值。
可以使用模拟信号发生器或变阻器来改变灯光源的亮度。
4.数据分析:根据测试得到的电阻值和对应的光照强度,可以绘制出光敏电阻的光阻特性曲线,以及灵敏度的变化。
总结:光敏电阻是一种能够根据光照强度改变电阻值的器件。
其主要参数包括阻值范围、灵敏度、温度系数和响应时间。
光敏电阻的测试可以通过测量其在不同光照条件下的电阻值来进行,并进行数据分析和曲线绘制。
这些测试可以帮助我们了解光敏电阻的特性和性能,进而应用于特定的光照控制或测量场景中。
光敏传感器的基本特性
1.伏安特性
光敏传感器在一定的入射光强照射下,光敏元件的电流与所加电压之间的关系称为光敏器件的伏安特性。
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,电压越大光电流越强,但光敏电阻具有耗散功率,超过额定电压和最大电流都有可能使得光敏电阻永久损坏。
2.光照特性
光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光谱特性,有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性,光敏电阻的光照特性是非线性的,一般不适合线性检测元件。
3.延时特性
当光敏电阻受到脉冲光照时,光电流要经过一段时间才能到达稳定值,光照突然消失时光电流也不立刻为0,这就是光敏电阻的延时特性。
4.光谱特性
光谱特性是照射光的波长和光电流之间的关系,根据不同波长光对应下的光电流可以得出他们之间关系,一般光波越长,光电流越强
5.频率特性
当光敏电阻受到脉冲光照时,光电流要经过一段时间才能到达稳定值光照突然消失时光电流也不立刻为0,这就是延时特性,而由于不同材料但光敏电阻,延时特性不同,所以其频率特性也不同。
高一物理必修光敏电阻知识点一光敏电阻知识介绍光敏电阻外观光敏电阻结构光敏电阻器以硫化隔制成,所以简称为CDS,通常使用热压结晶体之光电传导零件,其特性有:1.光传导零件之特性:CDS之相对灵敏度与照射光线之灵敏度有关,波长从5500至6500A(1A=1.10-8cm)之间有最大的灵敏度。
2.照度特性:在同样之电压下,照度愈强,光电流愈大,亦即是电阻愈小,适当的添加杂质,便能使照度在小1~1000 lux范围内保持与光电时间的直线关系。
3.时间响应特性:光照射到度件,光电流达到正常值之63%的时间,称为"上升时间",反之一,将光遮断,而光电流减少为原来的63%之时间,则叫做"衰弱时间"。
一般其值为10毫秒至数秒,若置于黑暗的时间较短而有照度愈强,向应时间就有愈短之倾向,此外,负载电阻增大,则上升时间就变短而衰弱时间就变长。
4.温度特性:CDS之禁带宽度高达2.4eV(eV为电子伏特),故可以在-20°C~70°C 之范围内工作,当温度上升,光灵敏度减少,在低照度时特别显著。
.光敏电阻符号光敏电阻光谱图高一物理必修光敏电阻知识点二分析光敏电阻要从有光照、无光照和光照的强弱程度三种情况来考虑。
通过特殊的生产工艺可以生产出对特定波长范围光线更敏感的电阻,但是自然光、阳光的波长范围太宽,所以一定会影响光敏电阻或者其它光敏器件的应用。
这里提供两点改善方法:1、加装光路。
光是直线传播的,制作特定的光通路和一些光路屏障(例如收发端使用圆管、孔洞、反射镜、透镜、滤光器等)2、编码光信号。
对发射出的光信号按一定的规则进行编码或者调试。
这样接收端就容易根据规则挑选信号了。
以上两点相结合是应用得最多的情况。
例如电视机、VCD都加有红褐色的滤镜,外壳又起到的光路屏障,发射二极管的玻璃体又相当于是透镜聚光确定指向。
光敏电阻的主要参数与特性光敏电阻(Light Dependent Resistor,简称LDR),也被称为光敏电阻器、光敏电阻元件或光敏电阻器件,是一种感光元件,其电阻值随环境光照强度的变化而变化。
光敏电阻广泛应用于光电自动控制、光敏传感器、光学测量仪器等领域。
以下是光敏电阻的主要参数与特性的详细介绍。
1.参数:1.1光敏特性:光敏电阻的一个主要参数是光敏特性,它描述了光敏电阻的电阻值随着光照强度的变化情况。
光敏特性通常表示为灵敏度曲线,以光照强度与电阻值之间的关系来表示。
1.2光敏范围:光敏电阻的光敏范围是指其对环境光照强度的响应范围。
一般来说,光敏电阻器件对可见光较敏感,但对红外和紫外光的响应范围较窄。
1.3 光阻率:光阻率是指光敏电阻在规定照明光源下单位阻值的阻值。
通常以光强度为1 lx时的电阻值作为标准进行计算。
1.4暗阻抗:暗阻抗是指光敏电阻在无照光的情况下的电阻值。
暗阻抗是光敏电阻的一个重要参考参数,它与光照强度的变化有关。
1.5环境温度特性:光敏电阻在不同环境温度下的电阻值变化也是一个重要参数。
通常情况下,光敏电阻的电阻值会随着环境温度的升高而下降。
2.特性:2.1灵敏度高:光敏电阻在可见光范围内对光照变化非常敏感,能够快速响应光照强度的变化。
2.2高分辨率:由于光敏电阻的灵敏度高,它可以提供高分辨率的光照测量结果,适用于需要高精度的应用。
2.3反应迅速:光敏电阻的响应速度快,能够在毫秒级别内对光照变化作出响应。
2.4线性度高:光敏电阻的电阻值与光照强度呈线性关系,可以实现较高的测量精度。
2.5低功耗:光敏电阻在工作时只需要较低的功率供应,能够节省能源和电池寿命。
2.6可靠性强:光敏电阻器件具有较长的使用寿命和稳定性,不容易受到外界环境的影响。
2.7尺寸小:光敏电阻器件体积小、重量轻,尺寸便于微型化设计和集成。
2.8易于控制:光敏电阻器件的电阻值可以通过改变外界光照强度来控制,便于实现自动控制和调节。
第1章 光敏电阻及其特性1.1 光敏电阻的功能与结构光敏电阻是根据光电导效应制成的光电探测器件,所谓光电导效应就是光电材料受到光辐射后,材料的电导率发生变化。
它可以这样理解:材料的电导率、电阻与该材料内部电子受到的束缚力有关,束缚力越大,电子越难自由运动,电导率越小,电阻越大;当电子吸收外来的一定能量的光子后,根据能量守恒原则,动能增加,材料对电子的束缚力减弱,电导率减小,电阻减小。
从而等到结论:光敏电阻的阻值会随着光照强弱的变化而变化。
光照强,光敏电阻的阻值就小;光照弱,光敏电阻的阻值就大。
暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻,亮电阻光敏电阻在受光照射时的电 阻称为亮电阻。
光敏电阻在应用时,通常采用的电路形式如图1-1所示。
R p 为光敏电阻,R L 为负载电阻, V b 为偏置电压,V L 为光敏电阻两端电压。
光敏电阻在使用时呈现一定的电路特性:光 敏电阻的两极加上一定电压后,当光照射在光电导体时,由光照产生的光生载流子在外加电场作用下沿一定方向运动,在电路中产生电流。
光敏电阻的电路特性(电阻、转换效率等)和光电导体长度有关。
通常将光敏电阻的光敏面作成蛇形,电极作成梳状,如图1-2所示;这样既可 保证有较大的受光表面,也可以减小电极之间距离, 从而既可减小极间电子渡越时间,也有利于提高灵 敏度。
1.2 光敏电阻的特性光敏电阻的材料和结构不同,会使光敏电阻呈现不同的特性。
在不同的应用场合下,就应选用不同特性的光敏电阻。
光敏电阻的选择通常应考虑光电材料的光谱特性、光电电路的转换效率和响应时间等因素。
1.2.1 光谱特性光敏电阻的光电导效应不是在任意的光照下都能呈现,只有光子能量大于材料的间接能隙(原子的能级之差)时,光敏电阻才能呈现光电导效应。
光敏电阻与入射光光谱之间的特图1-1光敏电阻基本应用电路图1-2 光敏电阻的电路符号及蛇形结构性,称之为光敏电阻的光谱特性。
不同光敏材料的光谱特性有很大差异。
光敏电阻按材料分类有两种类型:本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻。
由于掺杂材料灵活改变了光敏电阻的光谱特性,目前市场上所采用的基本上是掺杂型光敏电阻。
其光谱特性及最佳工作波长范围可分为三类:一类是紫外光 敏感型光敏电阻,如硫化镉和硒化镉等。
另一类 是可见光敏感型光敏电阻,如硫化铊等。
还有一 类是红外光敏感型光敏电阻,如硫化铅等。
常见 的光敏电阻有硫化镉光敏电阻、硫化铅光敏电阻、 锑化铟光敏电阻、碲镉汞系列光敏电阻等。
特别 提示的是:硫化镉与人眼的光谱光视效率曲线的 范围和峰值波长(555nm) 非常接近,因此可用于 与人眼有关的仪器,例如照相机、照度计、光度计等。
1.2.2 照度特性在光敏电阻上加上一定电压时,光敏电阻的光电流或光电阻与入射光照度之间的关系称为光敏电阻的照度特性。
CdS 光敏电阻在恒定电压作 用下的光照特性曲线如图1-4所示,当照度很低时, 曲线近似为线性,随着照度的增高,线性关系变坏, 当照度很高时,曲线近似为抛物线形。
图中,曲线的 斜率表示的是光敏电阻的转换效率(入射光辐射与光 生电流)。
在光电测量场合下,对照度曲线线性度要 求较高;但在光电开关应用中,对线性度要求不高。
1.2.3 响应时间光敏电阻在光照时,光生载流子的产生或消失都要经过一段时间,这就是光敏电阻的响应时间,它反映了光敏电阻的惰性。
光敏电阻的响应时间约为10-2~10-3s ,与其他光电器件相比,其响应时间是最慢的。
CdSe 光敏电阻的响应时间约为10ms ,CdS 的响应时间约为100ms 。
因此,光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。
1.2.4 温度特性温度特性温度变化影响光敏电阻的光谱响应,同时,光敏电阻的灵敏度和暗电阻都要改变,尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。
图1-5为硫化铅光敏电阻的光图1-3光敏电阻的光谱特性曲线图1-4 硫化镉光敏电阻的光电特性曲线谱温度特性曲线,它的峰值随着温度上升向波 长短的方向移动。
因此,硫化铅光敏电阻要在 低温、恒温的条件下使用。
对于可见光的光敏 电阻,其温度影响要小一些。
1.3 光敏电阻的应用光敏电阻可将光转换为电信号,是一种典型的光电器件,但光敏电阻和其它半导体光电器件相比有以下特点:(1)光谱响应范围相当宽。
根据光电导材料的不同,光谱响应可从紫外光、可见光、近红外扩展到远红外,尤其对红光和红外辐射有较高的响应度。
(2)工作电流大,可达数毫安。
(3)所测光强范围宽。
既可测强光,也可测弱光。
(4)灵敏度高。
光导电增益大于1。
(5)偏置电压低,无极性之分,使用方便。
其缺点是在强光照射下光电转换线性较差。
光电驰豫过程较长,频率响应很低。
光敏电阻在农业生产和发展生活方面,主要用在自动控制装置和光检测设备中,如生产线上的自动送料、自动门装置、应急自动照明、自动给水与停水装置、生产安全装置、烟雾火灾报警装置等方面,还广泛应用于自动灯塔、劳动保护、照度测量、电子娱乐及家用电器等方面。
第2章 光敏电阻特性参数及其测量2.1 实验目的通过光敏电阻特性的参数测量实验,学习光敏电阻的基本工作原理;掌握光敏电阻的光照特性、时间响应特性和伏安特性等基本特性。
达到能够选用光敏电阻器件进行光电检测方面课题设计的目的。
2.2 实验仪器1) GDS-Ⅱ型光电实验平台主机系统; 2) LED 光源及其夹持装置各一个; 3) 光敏电阻探测器及其夹持装置各一个; 4) 磁性表座二只; 5) 连接线20条;图1-5 硫化铅光敏电阻的温度特性6)示波器探头2条;2.3 实验原理某些物质吸收了光子的能量后,产生本征吸收或杂质吸收,从而改变了物质电导率的现象称为物质的光电导效应。
利用具有光电导效应的材料(如硅、锗等本征半导体与杂质半导体,硫化镉、硒化镉、氧化铅等)可以制成电导(或电阻)随入射光度量变化器件,称为光电导器件或光敏电阻。
当光敏电阻受光照射时,其阻值将发生变化。
光照越强,它的电阻值越低。
因此,可以通过一定的电路得到输出信号随光的变化而改变的电压或电流信号。
测量信号电压或电流很小。
当光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的阻值(亮电阻)急剧减少,因此电路中电流迅速增加。
便可获得光敏电阻随光或时间变化的特性,即光敏电阻的特性参数。
通过本节实验,要求深入掌握“光电技术”第2章2.2节所讲授的关于光敏电阻光照特性、伏安特性和时间响应特性等内容。
实验中所涉及的变换电路应参考“光电技术”第2章2.2节所讲授的光敏电阻变换电路。
2.4 实验内容1、光敏电阻暗电阻和亮电阻的测量;2、光敏电阻光照特性测量;3、光敏电阻伏安特性测量;4、光敏电阻时间响应特性测量2.5 实验步骤2.5.1 暗电阻的测量从GDS-Ⅱ型实验平台备件箱中取出光敏电阻实验装置,并将光敏电阻探测器实验装置的引线连接到实验平台上的半导体光电传感器插孔内,并用导线将光敏电阻及测量电表连接成如图2-1所示电路,电路中的电流表用实验平台主机提供的数字微安表,电源也使用由实验平台提供的数字电压表,可调电源应该用平台上提供的12V电源、电位器、电阻与三极管等元器件自行设计装调出可调电压的电源。
实验时,应该首先测量光敏电阻的暗电阻。
测量时千万不要打开光敏电阻实验装置的保护窗盖,必须使它始终处于暗室状态才能测出它的真实暗电阻,否则由于光敏电阻的惯性与前历效应使你在实验阶段无法测出准确的暗电阻。
按着如图2-1所示的测量电路测出它的暗电流I d ,它与电源电压U bb 之比的倒数即为光敏电阻的暗电阻R d 。
将所测得的电源电压U bb 值与电流I d 值分别填入表2-1,得到光敏电阻暗电阻的阻值。
表2-1光敏电阻暗电阻的测量测量次数电源电压U bb (V)电流I P (mA) 暗电阻R d (Ω) 测量公式1 5 0.01 0.5M P bb d I U R =2 10 0.01 1.0M3 12 0.01 1.2M 4150.011.5M2.5.2 亮电阻的测量光敏电阻的亮电阻测量装置如图2-2所示,测量电路依然如图2-1所示。
当光敏电阻在一定的光照下(可以用数字照度计事先测出LED 光 源在不同电流下的照度值确定),测得的电流I P 与电源电压U bb (测量亮电阻时为确定值如12V ) 之比的倒数为光敏电阻的亮电阻阻值R L 。
将所测 得的电源电压U bb 值与电流I P 填入表2-2,利用测 量数据计算光敏电阻的亮电阻值。
表2-2光敏电阻亮电阻的测量测量次数电源电压U b (V) 入射光照E v(lx)电流I P (mA) 亮电阻R L (Ω) 测量公式1 12 100 0.58 20.69K P bb L I U R =2 12 120 0.58 20.69K3 12 140 0.60 20.00K4 12 160 0.62 19.35K5 12 180 0.62 19.35K6 122000.6518.46K2.5.3 光敏电阻光照特性的测量利用GDS-Ⅱ型光电综合实验平台,按图2-1所示的测量电路连接便可以进行光敏电阻光照特性的测量实验。
实验前,先将发光二极管用数字照度计进行标定,得到发光管电流I f 与受光面照度E v 间的对应关系。
然后,将光敏电阻的光敏面置于照度计标定过的受光面上。
通过改变发光管电流I f 获得不同光照度E v 所对应的阻值R p 。
将I f 与阻值R p 或(照度E v 与阻值R p )分别用直角坐标系及以10为底的对数坐标系画出,该曲线即为光敏电阻的光照特性曲线。
比较二种坐标系下的曲线,分析它们的特点。
坐标图见后。
表2-3光敏电阻光照特性的测量测量次数电源电压U b(V)受光面照度E v(lx)发光管电流I f(mA)光敏电阻电流I p(mA)阻值R p1 5 100 0.62 0.28 17.86k2 5 120 0.73 0.31 16.13k3 5 140 0.83 0.35 14.29k4 5 160 0.90 0.37 13.51k5 5 180 1.07 0.40 12.50k6 5 200 1.12 0.43 11.63k7 5 300 1.86 0.63 7.94k2.5.4 光敏电阻的伏安特性及其测量利用GDS-Ⅱ型光电综合实验平台提供的硬件资源与示波输入端口很容易构成光敏电阻伏安特性的测量系统。
光敏电阻的伏安特性是光敏电阻在一定光照下加在光敏电阻两端的电压U与流过的电流I p间的关系曲线。
由于光敏电阻的本质是电阻,因此,伏安特性曲线应为直线。
先将发光二极管光源与GDS-Ⅱ型光电实验平台的电源连接起来,并用照度计测出光敏面的照度,并作记录;再将光敏电阻探头的光敏面安装到受照面上,用连接线将光敏电阻和电源、测量仪表连接成如图2-1所示的测量电路。
改变电源电压,得到一族U与I p间的关系值,在如图2-3所示直角坐标系下画出U—I p特性曲线,即为光敏电阻的伏安特性曲线。