光电传感器实验指导书讲述

《光电传感器实验指导书讲述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光电传感器技术实验指导太原理工大学物理与光电工程学院 太原理工大学测控技术研究所2014年10月21日实验一光敏电阻特性参数及其测量1、光敏电阻伏安特性实验1.1、实验目的通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理，变换电路和它的光照特性和伏安特性等基本参数及其测量方法。达到会用光敏电阻器件进行光电检测方面应用课题的设计。1.2、实验仪器①GDS-Ⅲ(或Ⅳ)型光电综合实验平台1台；②LED光源1个；③光敏电阻1个；④通用光电器件实验装置2只⑤光电器件支杆2只；⑥连接线20条；⑦示波器探头2条；☆注意事项：LED发光

2、二极管正负极性问题（从侧面观察两条引出线在管体内的形状，较小的是正极），与之对应的通用光电器件实验装置中，白螺钉一端为正极，黑螺钉一端为负极。通用光电器件引线红色为正，黑色为负。1.3、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。当光敏电阻受到光的照射时，其材料的电导率发生变化，表现出阻值的变化。光照越强，它的电阻

3、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）将急剧变化，因此电路中电流将迅速增加。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。1.4、实验步骤利用图1实验装置可以测量出光敏电阻的伏安特性，并能够画出其伏安特性曲线。实验过程可以采用如下步骤：下面利用光电综合实验平台提供的硬件资源，模拟示波、模拟伏安特性以及其功能软件，直接对光敏电阻进行伏安特性的测量实验，在计算机界面上直接得到光敏电阻的伏安特性曲线。具体实

4、验步骤如下：a.电路接通无误后将LED与光敏电阻闭合、固定，接通平台电源，进入如平台软件的主界面，在主界面中点击“伏安特性实验”选项。在参数设置框中对伏安特性实验的参数进行设置，主要有两项，分别是采样频率（250Hz）——阶梯波与扫描锯齿波的工作频率，和发出锯齿波的级数选择(4级)。点击示波器进行观测。b.执行“返回”，更换采集方式。返回到主界面后，单击“数据采集”菜单，显示屏将显示出光敏电阻的伏安特性曲线，保存数据。1.5、实验结果及分析测量光敏电阻伏安特性。思考：图1中R2、R3的作用。2、光敏电阻时间响应特性实验2.1、实验

5、目的通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理，变换电路和它的光照特性和伏安特性等基本参数及其测量方法。达到会用光敏电阻器件进行光电检测方面应用课题的设计。2.2、实验仪器①GDS-Ⅲ(或Ⅳ)型光电综合实验平台1台；②LED光源1个；③光敏电阻1个；④通用光电器件实验装置2只⑤光电器件支杆2只；⑥连接线20条；⑦示波器探头2条；2.3、实验原理(1)弱辐射条件下的时间响应设入射辐射如右图上方的方波所示光脉冲，其辐射通量Φe表示为：光敏电阻的光电导率Δσ和光电流Ie随时间变化的规律为如上图下方所示的输出波形，其变化规

6、律为：式中Δσ0与Ie0分别为弱辐射作用下的光电导率和光电流的稳态值。显然，当t>>r时，Δσ=Δσ0，Ie=Ie0；当t=τr时，Δσ=0.63Δσ0，I=0.63Ie0；τr定义为光敏电阻的上升时间常数，即光敏电阻的光电流上升到稳态值IΦe0的63%所需要的时间。停止辐射时，入射辐射通量Φe与时间的关系为：同样，可以推导出停止辐射情况下的光电导率和光电流随时间的变化规律当t=τf时，Δσ0下降到Δσ=0.37Δσ0，Ie0下降到I=0.37Ie0；当t>>τf时，Δσ0与Ie0均下降到0；可见，在辐射停止后，光敏电阻的光电流下

7、降到稳态值的37%所需要的时间称为光敏电阻的下降时间常数，记为τf。显然，光敏电阻在弱辐射作用下的上升时间常数τr与下降时间常数τf近似相等。（2）强辐射条件下的时间响应如右图所示为较强的辐射通量Φe（图的上方）脉冲作用于光敏电阻时的输出波形（图的下方波形），无论对本征型还是杂质型的光敏电阻，光激发载流子的变化规律由下式表示，其中，设入射辐射为方波脉冲光敏电阻电导率σ的变化规律为：其光电流的变化规律为：显然，当t>>τ时，Δσ=Δσ0，Ie=Ie0；当t=τ时，Δσ=0.76Δσ0，Ie=0.76Ie0。在强辐射入射时，光敏电阻的

8、光电流上升到稳态值的67%所需要的时间τr定义为强辐射作用下的上升时间常数。当停止辐射时，由于光敏电阻体内的光生电子和光生电荷需要通过复合才能恢复到辐射作用前的稳定状态，而且随着复合的进行，光生载流子数密度在减小，复合几率在下降，所以，停止辐射的过