-光敏传感器的光电特性测量及应用资料.ppt

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1、物理实验设计与应用（高中）朱炯明上海师范大学数理信息学院物理实验设计与应用三非线性元件伏安特性测量及发光二极管应用四温度传感器的温度特性测量及应用五光敏传感器的光电特性测量及应用光敏传感器的光电特性测量及应用简介目的要求实验仪器实验原理实验内容思考题光敏传感器简介光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如：光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如：零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工

2、作状态识别等光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用光敏传感器简介光敏传感器的物理基础是光电效应，即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管

3、、硅光电池等光敏传感器简介近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的APD雪崩式光电二极管，半导体色敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD图像传感器等，开创了光电传感器进一步的应用本实验研究对象：光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性光敏传感器的基本特性：伏安特性、光照特性等掌握光敏传感器基本特性的测量方法，为合理应用光敏传感器打好基础1、了解光敏电阻的基本特性测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线2、了解硅光电池的基本特性测出它的伏安特性曲线和光照特性曲

4、线3、了解硅光敏二极管的基本特性测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。4、了解硅光敏三极管的基本特性测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线目的要求FD-LS-A光敏传感器光电特性实验仪的组成：光敏电阻光敏二极管光敏三极管硅光电池(四种光敏传感器)可调光源电阻箱数字电压表等实验仪器实验原理1.伏安特性2.光照特性1.伏安特性光敏传感器在一定的入射照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性改变照度则可以得到一族伏安特性曲线传感器应用设计时选择电参数的重要依据某光敏电阻、硅光电池、光敏

5、二极管、光敏三极管的伏安特性曲线如图1、图2、图3、图4所示1.伏安特性510152001510520UR/VIPh/mA500Lx200Lx100Lx50Lx0.10.20.30.400.60.40.20.8USO/VIPh/mA800Lx600Lx400Lx200Lx1.0图1光敏电阻图2硅光电池的伏安特性曲线的伏安特性曲线1.伏安特性图3光敏二极管图4光敏三极管的伏安特性曲线的伏安特性曲线1.伏安特性从上述四种光敏器件的伏安特性可以看出：光敏电阻类似一个纯电阻，伏安特性线性良好在一定照度下，电

6、压越大光电流越大，但超过额定电压和最大电流都可能导致光敏电阻永久性损坏光敏二极管和光敏三极管的伏安特性类似但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二极管大好几十倍，零偏压时，光敏二极管有光电流输出，而光敏三极管则无光电流输出在一定光照度下硅光电池的伏安特性呈非线性2．光照特性光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一某光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管的光照特性如图5、图6、图7

7、、图8所示2．光照特性图5光敏电阻图6硅光电池的光照特性曲线的光照特性曲线（图6中1为开路电压2为短路电流）2．光照特性图7光敏二极管图8光敏三极管的光照特性曲线的光照特性曲线5001000150000.60.40.20.8EC/LxIPh/mAU=-6U=-4U=-2U=05001000150003214EC/LxIC/mAUCE=-8UCE=-6UCE=-4UCE=-22．光照特性从上述四种光敏器件的光照特性可以看出：光敏电阻、光敏三极管的光照特性呈非线性，一般不适合作线性检测元件硅光电池的开路

8、电压也呈非线性且有饱和现象，但硅光电池的短路电流呈良好的线性，故以硅光电池作测量元件应用时，应该利用短路电流与光照度的良好线性关系（短路电流：外接负载电阻远小于硅光电池内阻一般负载在20以下时，短路电流与光照度呈良好的线性，且负载越小，线性关系越好、线性范围越宽）2．光照特性光敏二极管的光照特性亦呈良好线性光敏三极管在大电流时有饱和现象故一般在作线性检测元件时，可选择光敏二极管而不能用光敏三极管实验内容实验1光敏电阻的伏安/光照特性测试实验实验2硅光电池的伏安/光照