直流±15V,主要提供高性能低纹波小数温度实验时的加热电源，最大滋励1.5A ±2v士10vh挡输出，最大输出电流1A。提供直流微励源. 实验21光敏传感器的光电特性研究 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，它可用于检测直 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、工作状念识别等。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。 一、实验目的 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.了解硅光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 3.了解硅光短二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线 二、实验原理 1.光电效应 光敏传感器的物理基础是光电效应，在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子 发射称为外光电效应，或光电子发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管 等。电子并不逸出材料表面的则是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应则属于内光电效 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，几乎大多数光电控制应用的传感器都足此类，通常有光敏电阻、 光敏二极管、光敏二极管、硅光电池等。 (1)光电导效应 若光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光 子的能量，从原来的束缚念变成导电的自山念，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流 会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应 光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃 入导带，价带中山于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导 增加，杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃 迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长被限比本征型光电导的要长的多。 (2)光生伏特效应 在无光照时，半导体PN结内部自建电场。当光照射在PN结及其附近时，在能量足够 大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子（电子、空穴对）。流子在结区外时 靠扩散进入结区：在结区中时，则因电场E的作用，电子漂移到N区，空穴漂移到P区。 结果使N区带负电荷，P区带正电荷，产生附加电动势，此电动势称为光生电动势，此现象 称为光生伏特效应
2.光敏传感器的基本特性 本实验主要是研究光敏电阻、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则包括：伏安特性、光照特性等。其中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。它是传感器应用设计时选并电参数的重要依据。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，它也是光敏传感器应用设计时选择参数的币要依据之 。掌握光敏传感器基木特性的测量方法，为合理应用光敏传感器打好基础。 (1)光敏电阳 利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻。目前，光敏电阻应用 的极为广泛，可见光波段和大气透过的几个窗口都有适用的光敏电阻。利用光敏电阻制成的 光控开关在我们山常生活中随处可见。 当内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为： △o=△Pe4n+△ne4n (1) 在(1)式中，©为电荷电量，4p为空穴浓度的改变量，，为电子浓度的改变量，“表 示迁移率。 当两端加上电压U后，光电流为： A (2) 式中A为与电流垂直的表面，d为电极间的间距。在一定的光照度下，A。为恒定的值， 因而光电流和电压成线性关系。 光傲电阻的伏安特性如图1所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明电阻值 随光照度发生变化。光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，而日没有饱和现象。 当然，与一般电阻一样光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值
2 6 40 6 5 2 0 5 15 20 0 图1光敏电阻的伏安钓性曲线 图2光最电阻的光照特性曲线 光敏巾阻的光照特件则图2所示。不同的光敏中阳的光照特性是小不同的，但是在大多 数的情况下，曲线的形状都与图2的结果类似。山于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此 不适宜作线性敏感元件，这是光敏电阻的缺点之一。所以在自动控制中光敏电阻常用作开 关量的光电传感器。 〔2)光敏二极管和光敏极管 光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二极管，光敏三极管的伏安特性和光敏 极管的伏安特性类似，如图3、图4所示。但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二极管大 好几丨倍，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。原因是它 们都能产生光生电动势，只因光电二极管的集电结在无反向偏压时没有放大作用，所以此时 没有电流输出（或仪有很小的漏电流）。 250x 1500L 200L 0.4 1000 1600Lx 1000 500L 图3光敏极管的伏安特性山线 图4光敏二极管的代安特性仙钱 光敏二极管的光照特性亦呈良好线性，这是山于它的电流灵敏度一般为常数。而光敏
极管在弱光时灵敏度低些，在强光时则有饱和现象，这是山于电流放大倍数的非线性所 全，对弱信号的检测不利。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 一极管。 thae-6 1上 B几x E/Lx 图5光敏二极管的光照特性曲线 图6光敏一极管的光照特性曲线 三、实验仪器 FD-LS一A光敏传感器光电特性实验仪，其工作面板如图7所示。该实验仪山光敏电 阻、光敏二极管、光敏二极管、硅光电池四种光敏传感器及可调光源、电阻箱，数宁电压 表等组成。 D1S-A光敏传感器光电特性实验仪 . 图7FD-LS一A光敏传感器光电特性验仪工作向板 光敏传感器处的照度通过调节可调光源的电压和光源与探测器之间的距离来调节 四、实验内容与步骤 1.光领电阻的待性测试
光电二极管 +1 1光橄电阻 +2W-+12四 图8光敏电阻特性测试罔 9光敏一极管特性测试接线网 1,1光敏电阻的伏安特性测试 (a)按实验仪面板示意图7接好实验线路，光源用标准钨丝灯将检测用光敏电阻装 入待测点，连结+2+12V电源，光源电压0-24V电源（可调）。 (b)先将可调光源调全一定的光照度，每次在一定的光照条件下，测出加在光敏电 阻上电压为+2V:+4V:+6V:+8V:+10V:+12V时电阻R1两端的电压UR,从而得到6 UR 个光电流数据 /1.0kQ,同时算出此时光敏电阻的阻值，即 Im。以后 调节相对光强重复上述实验（要求全少在三个不同照度下重复以上实验，数据填入表13）。 (c)根据实验数据画出光电阻的一族伏安特性曲线。 1.2光敏电阻的光照特性测试 (a)按图8接好实验线路，光源用标准钨丝灯将检测用光敏电阻装入待测点，连结 +2.+12V电源，光源电压0-24V电源（可调）。 (b)从UCC-0开始到UCC-12V,每次在一定的外加电压下测出光敏电阻在相对光 照度从男光产到港步带的无电流，即，一0k,同时并出先时光妆电阳的 Rs=Ve-Us 阻值，即： 。这甲要求企少测出15个不同照度下的光电流数据，尤其要 在弱光位置选择较多的数据点，以使所得到的数据点能够绘出完整的光照特性曲线，数据 填入表46中。 (©)根据实验数据画出光敏电阻的一族光照特性曲线。 3.1光敏二极管的伏安特性测试实验 ()按仪器面板示意图（图9）连接好实验线路，光源用标准钨丝灯，将待测硅光敏 二极管装入待测点光源电源电压用+0V~+24V(可调). (b)将可调光源调至一定的照度，每次在一定的照度下，测出加在光敏二极管上的