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光敏電阻的基本特性

2018年01月24日 15:51 網絡整理 作者: 用戶評論(0

光敏電阻(photoresistor or light-dependent resistor,后者縮寫為ldr)或光導管(photoconductor),常用的制作材料為硫化鎘,另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下,其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產生的載流子都參與導電,在外加電場的作用下作漂移運動,電子奔向電源的正極,空穴奔向電源的負極,從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。

通常,光敏電阻器都制成薄片結構,以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時,半導體片(光敏層)內就激發出電子—空穴對,參與導電,使電路中電流增強。為了獲得高的靈敏度,光敏電阻的電極常采用梳狀圖案,它是在一定的掩膜下向光電導薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。一般光敏電阻器結構如右圖所示。

光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片(或樹脂防潮膜)和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示

光敏電阻常用硫化鎘(CdS)制成。它分為環氧樹脂封裝和金屬封裝兩款,同屬于導線型(DIP型),環氧樹脂封裝光敏電阻按陶瓷基板直徑分為?3mm、?4mm、?5mm、?7mm、?11mm、?12mm、?20mm、?25mm 。

1.光敏電阻的工作原理

在光照作用下能使物體的電導率改變的現象稱為內光電效應。本實驗所用的光敏電阻就是基于內光電效的光電元件。當內光電效應發生時,固體材料吸收的能量使部分價帶電子遷移到導帶,同時在價帶中留下空穴。這樣由于材料中載流子個數增加,使材料的電導率增加。電導率的改變量為:

Δσ=Δp×e×μp+Δn×e×μn (1)

式中e為電荷電量;Δp為空穴濃度的改變量;Δn為電子濃度的改變量;μp為空穴的遷移率;μn為電子的遷移率。當光敏電阻兩端加上電壓U后,光電流為

Iph=Ad×Δσ×U (2)

式中A為與電流垂直的截面積,d為電極間的距離。 用于制造光敏電阻的材料主要有金屬的硫化物、硒化物和銻化物等半導體材料.目前生產的光敏電阻主要是硫化鎘。光敏電阻具有靈敏度高、光譜特性好、使用壽命長、穩定性能高、體積小以及制造工藝簡單等特點,被廣泛地用于自動化技術中。

本實驗光敏電阻得到的光照Φ由一對偏振片來控制。當兩偏振片之間的夾角為α時,光照Φ為Φ=Φ0D cos2α,其中:Φ0為不加偏振片時的光照,D為當量偏振片平行時的透明度。

2 光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性包括伏-安特性、光照特性、光電靈敏度、光譜特性、頻率特性和溫度特性等。本實驗主要研究光敏電阻的伏-安特性和光照特性。

1. 光敏電阻的電壓U與光電流Iph的關系

表中的記錄的光電流Iph的單位是毫安(mA)

光敏電阻的基本特性

對表中數據作圖結果如下:

光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性

光敏電阻的基本特性

可以從圖表中發現,光敏電阻的光電流和cos2α沒有明顯的線性關系,根據偏振片的照度公式Φ=Φ0D cos2α,可知光敏電阻的光電流和光照強度不是線性關系,在cos2α比較小的時候;I變化較快,當cos2α增大時,I變化趨于平穩。因為每一組數據都是在電壓相等的情況下測量的,因此可以推斷,隨著光強的增大,光敏電阻的阻值會變小,而且當光強較弱時,增大光強能夠讓光敏電阻的阻值迅速變小,而之后隨著光強的增大,電阻變化趨于緩慢。

分析圖像,發現第二部分的實驗中每次最后一個數據總是與趨勢線有較大的偏離,猜測可能是因為cos2α=1時,α=0,此時兩偏振鏡能透過的光線強度最大,導致光敏電阻阻值較小,由于電流表內接的緣故影響了數據。

另一方面,通過與其他同學的實驗報告比較后發現,我的第二部分實驗數據的圖像沒有呈現出比較光滑的拋物線形。分析得出這是因為我的實驗操作有誤造成的。在測量同一電壓下的光電流I和cos2α的關系時,中途變化了電流表的量程,不僅導致了實驗數據有效數字的差異,更導致電流表的內阻發生了變化,影響了實驗結果。

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( 發表人:龔婷 )

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