光电池光敏电阻综合实验仪说明书lm07-a

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1、光电池/光电器件综合实验仪说明书光电池光敏电阻综合实验仪说明书（LM07-A）1．引言在光电子学技术中，光电探测器是能把光信息转变成电信息，从而便于测量的重要器件。光电探测器根据它们的物理效应又可分为两大类：光子效应和光热效应。光敏电阻和光电池是光子效应中内光电效应的元件。2．实验设备0.8m铝合金导轨,一维光具座2个、LED光源1个、LED电源1个、光电池1个、光敏电阻1个、光电二极管1个、光电池光敏电阻电机箱、数字检流计。3．实验原理，实验步骤及实验举例3.1光敏电阻部分3.1.1光敏电阻的工作原理光照下物体的电导率改变的现象为内光电效应，光敏电阻是基于此效应工作的元件。当内光电效应发

2、生时，固体材料吸收的能量使部分价带电子迁移到导带，同时在价带中留下空穴。这样材料中的载流子数目增加，材料的电导率也就增加，它的改变量为：（1）为电荷电量，为空穴浓度的改变量，为电子浓度的改变量，为空穴的迁移率，为电子迁移率。当光敏电阻两端加上电压U后，光电流为：（2）A为与电流垂直的截面积，d为电极间的距离。由（1）与（2）式可知，光照一定时，光敏电阻两端所加电压与光电流为线性关系，为电阻特性。该直线过零点，其斜率反映在光照下的阻值状态。14南京浪博科教仪器研究所www.langbow.com.cn光电池/光电器件综合实验仪说明书光敏电阻的基本特性有：伏安特性，光照特性，光谱特性等。本实验

3、做其伏安特性和光照特性。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量之间的关系。本实验所用光敏电阻其材料为硫化镉（CdS），这也是光敏电阻的常用材料。3.1.2实验装置图1：（实验装置与稳压器接线图）LM07-A光源为白色发光二极管，它具有效率高，体积小，耗电少和寿命长等优点，且改变电源电压可以改变LED灯亮度。3.1.3实验步骤通过以下5个步骤的工作，学生可以测量出光敏电阻的伏安特性和光照特性，并绘制出特性的图象，加深理解光敏电阻阻值光强之间的关系。（1）接通所有用电装置的电源。只打开LED光源的电源开关（开到

4、最大）。14南京浪博科教仪器研究所www.langbow.com.cn光电池/光电器件综合实验仪说明书（2）白色发光二极管放置在光具座的最左边，最后把光敏元件装盘也放置在光具座上。如图1所示那样.（3）将光对准聚焦到光电阻位置，光敏元件箱的导线接到稳压源“光敏电阻”接口处，再把光电流计导线接入电机箱“光电流”接口处，将电机箱上的光电阻开关拨到开的位置。（4）此时打开稳压源和光电流计的电源开关以及光敏电阻开关，做伏安特性的实验。开始调节稳压源对光敏电阻加外部电压，电压调节旋钮打到10V，再略微调节光电流计的增益使得光电流达到1400微安到1600微安之间（注意不要使光电流计饱和）。从10V降

5、至1V，记下光电流的数值。调节加载电压，改变光源亮度，重复以上实验内容，通过改变LED电源电流值，可以改变光敏电阻与LED灯距离来改变光敏电阻接受到的光强，定性分析光强于光敏电阻阻值的关系。按从亮到暗的顺序把记录下的数据填写在如下表格中：表1距离（cm)IPH/uAU=0VU=2VU=4VU=6VU=8VU=10V根据以上数据可以绘制出伏安特性图。根据所得伏安特性图得到每个光强即电流值下的光电阻值，并绘制图形。根据实验所得的图象和数据分析光电阻和光强的关系。3.2光电池部分3.2.1光电池的工作原理光电池又叫光伏电池，它是把外界的光转为电信号或电能。实际上这种光电池是由大面积的PN结形成的

6、，即在N型硅片上扩散硼形成P型层，并用电极引线把P型和N型层引出，形成正负电极。为防止表面反射光，提高转换效率，通常在器件受光面上进行氧化，形成二氧化硅保护膜。14南京浪博科教仪器研究所www.langbow.com.cn光电池/光电器件综合实验仪说明书短路电流和开路电压是光电池的两个非常重要的工作状态，它们分别对应于和的情况。在黑暗状态下光电池在电路中就如同二极管。因此本实验要测量出光电池在光照状态下的短路电流Isc和开路电压Uoc，最大输出功率PM和填充因子FF以及在黑暗状态下的伏安特性。在=0情况下，当光电池外接负载电阻时，其输出电压和电流均随变化而变化。只有当取某一定值时输出功率才

7、能达到最大值，即所谓最佳匹配阻值，而则取决于光电池的内阻。由于和均随光照强度的增强而增大，所不同的是与光强的对数成正比，与光强(在弱光下)成正比，所以亦随光强度变化而变化。、和都是光电池的重要参数。最大输出功率与和乘积之比，可用下式表示：(4-18-3)上式中FF是表征光电池性能优劣的指标，称为填充因子，填充因子一般在0.5~0.8之间。黑暗状态下的光电池工作如图图2此时加在它上面的正向偏压U与通过的电流I之间关系式为：