光电传感器应用技术实验指导书

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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木参数及其测量方法。达到会用光皱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Z对应的通用光电器件实验装置屮，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止，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彖称为物质的光电导效应。利用具有光电导效应的材料（如硅、铭•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吋，其材料的电导率发生变化，表现出阻值的变化。光照越强，它的电阻值

3、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。便可获得光墩电阻随光或时间变化的特性，即光墩电阻的特性参数。1・4、实验步骤利用图1实验性，并能够画出其VccRl=510Q阶梯波?锯齿波I光敏电阻装置可以测量岀光敏电阻的伏安特伏安特性曲线。示減器S1实验装蚤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

4、，在计算机界面上直接得到光敏电阻的伏安特性曲线。具体实验步骤如下：a.电路接通无误后将LED与光敬电阻闭合、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，主要冇两项,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。返回到主界而后，单击“数据采集”菜单，显示屏将显示岀光敬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、R

5、3的作用。2、光敏电阻时间响应特性实验2.1、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而应用课题的设计。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光皱电阻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2•1-(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，其表示为:当M)当r>0辐射通量①o光敏电阻的光

6、电导率△。和光电流沧随时间变化的规律为如上图下方所示的输出波形，其变化规律为:式屮△与厶o分别为弱辐射作用卜的光电导率和光电流的稳态值。显然，当t»r时，△。二△Ic二J；当广二口时，'。=0.63、。0,I=0.631曲r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抵。的63%所需要的时间。停止辐射吋，入射辐射通量0e与吋间的关系为：当AO当t>Q同样，可以推导出停止辐射情况卜•的光电导率和光电流随时间的变化规律当t-r（时，△下降到△o=0.37AIeO下降到/=0.377eO；当t»r（吋，△（i0与/eO均下降

7、到0；可见，在辐射停止后，光敏电阻的光电流下降到稳态值的37%所需要的吋间称为光敏电阻的下降时间常数，记为几。显然，光敏电阻在弱辐射作用下的上升时间常数丫厂与下降时间常数if近似相等。（2）强辐射条件下的时间响应如右图所不为较强的辐射通量（图的上方）阻吋的输出波形（图的下方波形）,无论对木征型电阻，光激发载流子的变化规律由下式表示，其中,I5：脉冲脉冲作用于光敏电还是杂质型的光敏设入射辐射为方波光敏电阻电导率。的变化规律为:其光电流的变化规律为：AZq=AZo0tanli-显然，当广>>厂时，△O二&5,/e二八°；当尸厂时,A。二0

8、.76△5,人二0.760在强辐射&O=A<70°l+//r的时间响应特合、固定，接通入射吋，光敏电阻的光电流上升到稳态值的67%所需要的吋间几定义为强辐射作用下的上升吋间常数。当停止辐射时，由于光敏电阻体内的光生电子和