光敏電阻特性測定實驗及分析

1、光敏電阻特性測定實驗及分析何乾偉1 張鈺2摘要：隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，光敏電阻作為一種重要的電子元件，由于其具有靈敏度高、反應(yīng)速度快、體積小和可靠性好等特點而不斷被開發(fā)，但科學(xué)研究以及市場應(yīng)用對光敏電阻的性能要求也越來越高。首先簡單介紹了光敏電阻的工作原理及主要參數(shù)，然后針對光敏電阻的伏安特性和光照特性的測量需要進行了實驗設(shè)計，完成了對光敏電阻暗電阻、亮電阻、靈敏度、光譜特性、響應(yīng)時間和頻率特性等參數(shù)的測量，并分析其中的規(guī)律。關(guān)鍵詞：光敏電阻 特性 分析 實驗 0引言光敏電阻是利用材料或器件的電導(dǎo)率會隨外加光源的改變而變化的性質(zhì)制作的一種不同于普通定值電阻的可變電阻。由于其靈敏度高、反應(yīng)速度

2、快、體積小和可靠性好等原因，被廣泛運用于各種光控電路之中。作為一種重要的電子元件，光敏電阻具有許多特性參數(shù)。光敏電阻在無光照的條件下電阻一般很大，當(dāng)存在光照時，其電阻便會大大下降。本文針對光敏電阻的伏安特性和光照特性的測量需要進行了實驗設(shè)計，完成了對光敏電阻暗電阻、亮電阻、靈敏度、光譜特性、響應(yīng)時間和頻率特性等參數(shù)的測量，并分析其中的規(guī)律，為以后對光敏電阻的研究提供了資料。1光敏電阻的工作原理及主要參數(shù)1.1光敏電阻的工作原理材料或器件受到光照時電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為內(nèi)光效應(yīng)。當(dāng)光源存在時，發(fā)生內(nèi)光效應(yīng)，材料或器件吸收的能量使部分價帶電子變遷到導(dǎo)帶，與此同時，在價帶中便形成了空穴，由于載流子

3、個數(shù)的增加，材料或器件的導(dǎo)電率也隨之增加。光源消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也將恢復(fù)原值。光敏電阻的制作材料為半導(dǎo)體，它是利用內(nèi)光效應(yīng)原理而制作的光電元件。在光照條件下阻值一般會減小，這種現(xiàn)象稱之為光導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻是一個可變電阻器件，沒有極性，在直流電和交流電壓下都可以正常工作。1.2主要參數(shù)暗電流：在一定溫度下，光敏電阻不受光照時，通過的電流稱為暗電流。亮電流：在一定溫度下，光敏電阻受到光照時，通過的電流稱為亮電流。光電流：在相同外在和內(nèi)在條件下，亮電流與暗電流之差稱為光電流。靈敏度：靈敏度是指光敏電阻的暗電阻和亮電阻的相對變化值。1.3光敏電阻的特性光譜特性

4、：光敏電阻對各種波長的單色光光源具有不同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與單色光光源波長的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性。頻率特性：當(dāng)光敏電阻受到具有一定頻率的脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一小段時間才能穩(wěn)定。光照突然消失時，光電流也要經(jīng)過一小段時間才能變成零。也就是光敏電阻光電流的變化有一定的滯后，這種滯后用時間常數(shù)來表示。時間常數(shù)定義為光敏電阻從光照停止時所擁有的光電流，下降到原有電流值63%所經(jīng)過的時間。2 實驗內(nèi)容與步驟2.1光敏電阻的光譜特性的測試實驗元件主要有小燈泡、濾光片、電壓表、萬用表、光敏電阻、開關(guān)和電源，該實驗需要在黑暗的條件下完成，以避免外界光源對實驗的影響。圖1為光譜特性測試

5、實驗的電路圖。圖1 光譜特性測試實驗的電路圖1，光敏電阻2，電壓表 3，小燈泡 4，萬用表 5，電源 6，開關(guān)7，濾光片實驗步驟：（1）按圖1連接電路；（2）斷開開關(guān)S，在黑暗環(huán)境中用萬用表測量光敏電阻的暗電阻； （3）在燈泡外圍加上波長為365nm的濾光片，為光敏電阻提供波長為365nm的單色光，調(diào)節(jié)燈泡兩端電壓和燈泡與光敏電阻之間的距離，使光照度為10Lux，用萬用表測量亮電阻，記錄數(shù)據(jù)； （4）分別換用405nm、436nm、546nm、577nm的濾光片重復(fù)步驟（3）。2.2 光敏電阻的頻率特性的測試實驗元件主要有光敏電阻、LED燈、信號發(fā)生器、示波器、變阻箱、開關(guān)和電源，LED燈和信

6、號發(fā)生器用于產(chǎn)生脈沖光，示波器用于顯示光敏電阻兩端電壓隨時間的變化。圖2 為頻率特性試電路圖。圖2 頻率特性測試實驗電路圖1，LED燈2，示波器 3，光敏電阻 4，函數(shù)發(fā)生器 5，電源 6，開關(guān)7，變阻箱實驗步驟：（1）連接電路：按圖2的方式連接好電路； （2）測量反應(yīng)時間：調(diào)整LED燈的信號為10V的方波，改變不同的頻率，從示波器的熒光屏上讀出光敏電阻的時間常數(shù)； （3）測量不同光強下的頻率特性：改變LED信號源的頻率，從示波器的熒光屏上讀出光敏電阻的兩端電壓的變化U； （4）改變光敏電阻受到的光強，重復(fù)步驟（3）。3數(shù)據(jù)分析與結(jié)論3.1光譜特性數(shù)據(jù)分析電阻 波長365nm405nm436n

7、m546nm577nm暗電阻25.7K光強10Lux亮電阻（K）0.4020.3051.7209.4401.250相對靈敏度0.01560.01190.06690.36730.0486表2 頻率特性測試實驗數(shù)據(jù)圖3 相對靈敏度與光波長的關(guān)系圖3為相對靈敏度與光波長的關(guān)系。由圖3可以看出，在同一光強下，光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度；隨著光敏電阻接收到的單色光的波長的增加，光敏電阻的相對靈敏度總體趨勢為先增大后減小，并在波長為546nm左右的單色光照射時達到最大值。3.2頻率特性數(shù)據(jù)分析（1）時間常數(shù) LED燈的信號源為方形波，幅度為10V，頻率依次為20Hz、40Hz、100Hz。（

8、實驗數(shù)據(jù)如下表）表3為時間常數(shù)記錄表。頻率（Hz）2040100電壓上升至63%所用的時間t1（ms）321.2電壓上升至63%所用的時間t1（ms）1.20.80.4表3 時間常數(shù)由表3可以看出：相同頻率下，電壓下降至63%所用的時間比上升至63%所用的時間短，說明載流子的產(chǎn)生比復(fù)合快。頻率增大時，t1和t2都變小。光強不變時，反應(yīng)時間常數(shù)不變。但由于信號波的頻率變大，周期變小，導(dǎo)致光敏電阻兩端的電壓沒有到達最大值就開始下降，所以t1和t2都變小了。（2）光敏電阻兩端電壓的變化幅度U隨頻率的變化表4 光敏電阻兩端電壓變化幅度U隨頻率的變化的實驗數(shù)據(jù)圖4 光敏電阻兩端電壓變化幅度U隨頻率的變化

9、表4為光敏電阻兩端電壓變化幅度U隨頻率的變化的實驗數(shù)據(jù)，圖4為光敏電阻兩端電壓變化幅度U隨頻率的變化由表4和圖4可以看出：同一光強下，U隨頻率的增大而變??；當(dāng)頻率f趨近于無窮大時，U趨于零。光強一定時，光敏電阻的反應(yīng)時間常數(shù)是一定的，當(dāng)信號源的頻率變大，周期變短，光敏電阻兩端的電壓還沒到最大值就開始下降，所以測得U變小。 不同光強的數(shù)據(jù)線不重合，但光強的影響較小。在信號源頻率相同時，照射光強越強，載流子產(chǎn)生速度越快，光敏電阻兩端的電壓變化U變大。結(jié)束語光敏電阻是被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的光電轉(zhuǎn)化元件，現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展對光敏電阻在性能上提出了越來越高的要求，對光敏電阻基礎(chǔ)的研究、工作原理的深入挖掘以及對光敏電阻的特性研究可以為光敏電阻今后的發(fā)展起指導(dǎo)性作用。參考文獻1 舒泰，王瑞平，孫向紅.光敏電阻特性的研究J西安科技學(xué)院學(xué)報，2000，（04）.2 張斌，李文啟，易小