思考题 1.光电效应有哪些分类？ 光电效应可以分为外光电效应和内光电效应。 2.光敏电阻的物理基础是什么？ 内光电效应。 * * 光敏传感器的光电特性测量实验 实验简介 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，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。 实验目的 1.了解光敏传感器的基本特性. 2.测出光敏电阻的伏安特性曲线和光照特性曲线。 实验原理 1.光电效应：是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光敏传感器的物理基础是光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。 (1)外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 2.内光电效应：当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类。光电导效应是指在光线作用下，某些电子吸收光子能量从原来的束缚态变成导电的自由态，而引起材料电导率变化的现象，基于这种效应的光电器件有光敏电阻。光生伏特效应是指在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。基于该效应的光电器件有硅光电池和光敏二极管、光敏三极管。 2.光敏电阻的工作原理： 当光照射到光电导体上时，若光电导体为某种本征半导体材料，光辐射能量足够强，(光导材料价带的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。)将产生内光 电效应，实现能级的跃迁，产 生内光电效应要求入射光的能 量大于一个特定的数值，即光 敏电阻对光具有选择性。 3.光敏电阻的伏安特性 光敏电阻在一定的入射照度下，光敏电阻的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏电阻的伏安特性。 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择电参数的重要依据。下面是某种光敏电阻的一族伏安特性曲线。横坐标是U光敏/V,纵坐标是Iph/mA。 可以看出，光敏电阻是一个 纯电阻，其伏安特性线性良 好，在一定照度下，电压越 大光电流越大，但必须考虑 光敏电阻的最大耗散功率， 超过额定电压和最大电流都 可能导致光敏电阻的永久性 损坏。 4、光敏电阻的光照特性 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，下面是某种光敏电阻的光照特性。横坐标是光照度/Lux,纵坐标是Iph/mA. 可以看出光敏电阻的光照特性呈非线性，一般不适合作线性检测元件。 实验仪器 光敏传感器光电特性实验仪，其工作面板如图所示。该实验仪由光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池四种光敏传感器及可调光源、电阻箱、数字电压表等组成。 UCC 实验线路图 线路版面图 光源电压版面图 光敏电阻的光电特性测试实验线路图 UR1 V 实验内容 实验内容 (1)在一定的光照(如光源电压12V，距离100mm)条件下,(先将电压表与照度调节连接，调节照度调节旋钮，使数字电压表显示所需的值)按照示意图连接试验线路，将检测用光敏电阻装入待测点，连结主机电源电压UCC：2-12V电源；R1两端的电压UR1接入数字电压表。测出加在光敏电阻上电源系统电压UCC为+2V；+4V；+6V；+8V；+10V；+12V时的6个光电流数据，分别用电压表测量R1两端的电压UR1，填入表格， (2)计算光敏电阻中的电流 计算光敏电阻两端电压 计算光敏电阻的阻值 填入表格。 (3)根据实验数据画出光敏电阻的一族伏安特性曲线 1.光敏电阻的伏安特性测试实验 2.光敏电阻的光照特性实验 (1)按照示意图连接好实验线路，选择一个一定的电源电压(如选择电源电压Ucc=12V不变)，测出光敏电阻在不同光照强度下的光电流数据。光照强度与光照电压，距离之间的关系参照实验参照表。(查表：当d=100mm时，光源电压为+4V；+6V；+8V；+10V；+12V ；+14V ；+16V ；+18V光照强度值填入实验数据表格)。分别用电压表测R1两端的电压UR1填入表格， (2)计算光敏电阻中的电流， 计算光敏电阻两端电压 计