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光敏電阻的基本特性

2018年01月24日 15:51 網(wǎng)絡(luò)整理 作者: 用戶評(píng)論(0

光敏電阻(photoresistor or light-dependent resistor,后者縮寫為ldr)或光導(dǎo)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(zhǎng)的光照射下,其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電,在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng),電子奔向電源的正極,空穴奔向電源的負(fù)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(jié)構(gòu),以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí),半導(dǎo)體片(光敏層)內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對(duì),參與導(dǎo)電,使電路中電流增強(qiáng)。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(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。一般光敏電阻器結(jié)構(gòu)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(huán)氧樹脂封裝和金屬封裝兩款,同屬于導(dǎo)線型(DIP型),環(huán)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(dǎo)率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)所用的光敏電阻就是基于內(nèi)光電效的光電元件。當(dāng)內(nèi)光電效應(yīng)發(fā)生時(shí),固體材料吸收的能量使部分價(jià)帶電子遷移到導(dǎo)帶,同時(shí)在價(jià)帶中留下空穴。這樣由于材料中載流子個(gè)數(shù)增加,使材料的電導(dǎo)率增加。電導(dǎo)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(dāng)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(dǎo)體材料.目前生產(chǎn)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(zhǎng)、穩(wěn)定性能高、體積小以及制造工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn),被廣泛地用于自動(dòng)化技術(shù)中。

本實(shí)驗(yàn)光敏電阻得到的光照Φ由一對(duì)偏振片來控制。當(dāng)兩偏振片之間的夾角為α?xí)r,光照Φ為Φ=Φ0D cos2α,其中:Φ0為不加偏振片時(shí)的光照,D為當(dāng)量偏振片平行時(shí)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(shí)驗(yàn)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(guān)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(duì)表中數(shù)據(jù)作圖結(jié)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(fā)現(xiàn),光敏電阻的光電流和cos2α沒有明顯的線性關(guān)系,根據(jù)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(qiáng)度不是線性關(guān)系,在cos2α比較小的時(shí)候;I變化較快,當(dāng)cos2α增大時(shí),I變化趨于平穩(wěn)。因?yàn)槊恳唤M數(shù)據(jù)都是在電壓相等的情況下測(cè)量的,因此可以推斷,隨著光強(qiáng)的增大,光敏電阻的阻值會(huì)變小,而且當(dāng)光強(qiáng)較弱時(shí),增大光強(qiáng)能夠讓光敏電阻的阻值迅速變小,而之后隨著光強(qiáng)的增大,電阻變化趨于緩慢。

分析圖像,發(fā)現(xiàn)第二部分的實(shí)驗(yàn)中每次最后一個(gè)數(shù)據(jù)總是與趨勢(shì)線有較大的偏離,猜測(cè)可能是因?yàn)閏os2α=1時(shí),α=0,此時(shí)兩偏振鏡能透過的光線強(qiáng)度最大,導(dǎo)致光敏電阻阻值較小,由于電流表內(nèi)接的緣故影響了數(shù)據(jù)。

另一方面,通過與其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告比較后發(fā)現(xiàn),我的第二部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖像沒有呈現(xiàn)出比較光滑的拋物線形。分析得出這是因?yàn)槲业膶?shí)驗(yàn)操作有誤造成的。在測(cè)量同一電壓下的光電流I和cos2α的關(guān)系時(shí),中途變化了電流表的量程,不僅導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效數(shù)字的差異,更導(dǎo)致電流表的內(nèi)阻發(fā)生了變化,影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

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( 發(fā)表人:龔婷 )

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