感测技术课程设计--光电二极管和光敏二极管的研究.docx

光电二极管和光敏电阻的特性研究摘要：该实验应用变量控制法和等效替代法，对光电二极管特性、光敏电阻特性、光敏电阻光照特性进行了研究，验证了光电二极管的光电特性和光敏电阻的光照特性。利用THQC-1型典型传感元件实验箱和光电模块能够观测光电二极管的强度和光电流的关系。另外利用THQC-1型典型传感元件实验箱和光电模块还能够将光敏电阻受到的光照强度变化简单的转化为发光二极管静态驱动电流变化，照射光频率由发光二极管决定，在实验中不改变。这样便可将实验中难控制和测量的光照条件用电流变化表示出来，使光敏电阻阻值随光照强度的变化可测量。关键词：光电二极管;　光敏电阻；结构；原理；特性引言光电二极管是利用PN结单向导电性的结型光电器件，当受到光照射时会产生光电流。具有响应速度快、精巧、坚固、良好的温度稳定性和低工作电压的优点，因而得到了广泛的应用。本实验设计了光敏电阻阻值与输入光信号强度关系特性测定实验，对光敏电阻特性进行分析。光敏电阻具有光电导效应，受到光照射后阻值发生变化，是一种基于光电效应的光电传感器。它的灵敏度高，光谱响应范围宽，重量轻，机械强度高，耐冲击，抗过载能力强，耗散功率大，以及寿命长、体积小、性能稳定、价格低等特点，广泛应用于控制路灯自动点熄电路、照相机自动曝光电路、照度计、冲床自动断电器和家用电器中。本实验设计了光敏电阻阻值与输入光信号强度关系特性测定实验，对光敏电阻特性进行分析。对光电二极管和光敏电阻的特性进行研究有助于更深刻地了解光电二极管和光敏电阻，促进其用途的继续发展。本实验是实验室开设的实验内容，有助于培养学生的综合能力和研究能力。1设计目的1、学习掌握光电二极管和光敏电阻的原理2、学习掌握光电二极管和光敏电阻的基本特性3、了解光电二极管和光敏电阻应用差异4、掌握光电二极管和光敏电阻特性测试的方法5、了解光电二极管和光敏电阻的基本应用2设计原理2.1光电二极管的结构光电二极管结构与一般二极管类似。PN结安装在管的顶部，便于接受光照。外壳上有以透镜制成的窗口以使光线集中在敏感面上，为了获得尽可能大的光生电流，PN结的面积比一般二极管要大。为了光电转换效率高，PN结的深度比一般二极管浅。光电二极管结构示意图光电二极管图形符号光电二极管基本电路图一2.2光电二极管工作原理光电二极管是利用PN结单向导电性的结型光电器件，当受到光照射时会产生光电流。它可工作在两种状态。大多数情况下工作在反向偏压状态。在这种情况下，当无光照时，处于反偏的二极管工作在截止状态，这时只有少数载流子在反向偏压的作用下，渡越阻挡层形成微小的反向电流，即暗电流。反向电流小的原因是在PN结中，P型中的电子和N型中的空穴（少数载流子）很少。当光照射在PN结上时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子空穴对，使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，在外加反偏电压和内电场的作用下，P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区，N区的少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通过PN结的反向电流大为增加，形成了光电流，反向电流随光照强度增加而增加。另一种工作状态是在光电二极管上不加电压，利用PN结受光照强度增加而增加。N结受光照时产生正向电压的原理，将其作为微型光电池用。这种工作状态一般用作光电检测。光电二极管常用的材料有硅、锗、锑化铟、砷化铟等，使用最广泛的是硅、锗光电二极管。图为光电流信号转换电路，Vo=IpR，Ip为光电流，R是反馈电阻。图二2.3光敏电阻的结构光敏电阻又称光导管，它的的结构很简单，通常由光导层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，为了提高灵敏度光敏电阻的电极一般采用梳状图案。金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。光敏电阻器通常都制成薄片结构，以便吸收更多的光能，在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。2.4光敏电阻的工作原理光敏电阻是利用半导体的内光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。所谓内光电效应是指半导体材料在光线辐射作用下改变其导电率的一种光电效应，而外光电效应是指金属表面受光照后发射电子的一种现象。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。因此，光敏电阻器的阻值随入射光线的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻