光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性
【转】光敏二极管的主要特性参数
【转】光敏二极管的主要特性参数①最高反向工作电压VRM:是指光敏二极管在无光照的条件下，反向漏电流不大于0.1μA时所能承受的最高反向电压值。
②暗电流ID:是指光敏二极管在无光照及最高反向工作电压条件下的漏电流。
暗电流越小，光敏二极管的性能越稳定，检测弱光的能力越强。
③光电流IL:是指光敏二极管在受到一定光照时，在最高反向工作电压下产生的电流。
其测量的一般条件是:2856K钨丝光源，照度为10001x。
④光电灵敏度Sn:它是反映光敏二极管对光敏感程度的一个参数，用在每微瓦的入射光能量下所产生的光电流来表示，单位为μA/μW。
隔⑤响应时间Tζ:光敏二极管将光信号转化为电信号所需要的时间。
响应时司越短，说明光敏二极管的工作频率越高。
⑥正向压降VF:是指光敏二极管中通过一定的正向电流时，它两端产生的压降。
⑦结电容Cj:指光敏二极管PN结的电容。
Cj是影响光电响应速度的主要因索。
结面积越小，结电容Cj也就越小，则工作频率越高。
光敏二极管又称光电二极管，目前使用最多的是Si光电二极管。
它有四种类型：PN结型，PIN结型，雪崩型和肖特基结型。
以下简介PN结型光敏二极管。
PN结型光敏二极管同普通二极管一样，也是PN结构造，只是结面积较大，结深较浅，管壳上有光窗，从而使人射光容易注入PN结的耗尽区中进行光电转换，大的结面积增加了有效光面积，提高了光电转换效率。
在无光照射时，光敏二极管的伏安特性和普通二极管一样，此时的反向饱和电流叫暗电流，一般在几微安到几百微安之间，其值随反向偏压的增大和环境温度的升高而增大。
在检测弱光电信号时，必须考虑用暗电流小的管子。
在有光照时，光敏二极管在一定的反偏电压范围内（UR≥5V），其反向电流将随光照强度（10-3~103lx范围内）的增加而线性增加，这时的反向电流又叫光电流。
因此，对应一定的光照强度，光敏二极管相当于一个恒流源。
在有光照而无外加电压时，光敏二极管相当于一个电池，P区为正，N区为负。
光敏二极管 光敏电阻
光敏二极管光敏电阻
## 光敏二极管
光敏二极管（Photodiode）是一种电子元器件，它能够将光转化为电信号。
它通常由半导体材料制成，具有PN结构，其工作原理与普通二极管相似。
当光照射到光敏二极管的PN结时，会产生电流。
光敏二极管广泛用于光电检测、通信、光学测量等领域。
## 光敏电阻
光敏电阻（Photoresistor）也是一种光敏元器件，它的电阻值会随着光照强度的变化而变化。
当光照强度增强时，光敏电阻的电阻值会变小；反之，当光照强度减弱时，光敏电阻的电阻值会变大。
光敏电阻被广泛应用于光照度检测、自动控制、摄影以及安防领域等。
光敏电阻和光敏管的特点
一、光敏电阻的特点
光敏电阻是一种可以通过光线照射来改变电阻值的元器件，具有以下特点：
1. 对光线敏感：光敏电阻对光线敏感，即在光照强度发生变化时，其电阻值也会发生相应的变化。
2. 可调性较差：由于光敏电阻的电阻值变化范围较小，因此其可调性相对较差。
在实际应用中，通常需要与其他电路元件组合使用，才能发挥出更好的效果。
3. 价格便宜：相比于其他光敏元件，如光敏二极管、光敏三极管等，光敏电阻的价格较为便宜，因此在一些成本要求不高的应用中得到广泛应用。
4. 应用范围广：光敏电阻在光控开关、光控电子器、光控电动玩具、照度计和光敏测距仪等领域都有广泛的应用。
5. 可靠性低：由于光敏电阻本身存在一定的温度漂移和光谱响应差异，因此其稳定性和可靠性较低，需要在实际应用中加以注意。
二、光敏管的特点
光敏管是一种利用光电效应来控制电流的元件，具有以下特点：
1. 灵敏度高：光敏管对光线非常敏感，可以检测到非常微弱的光信号，并将其转化为电信号输出。
在低光条件下，其检测能力明显优于其他光敏元件。
2. 可调性好：光敏管的灵敏度可以通过调整其工作电压、阳极电阻等参数进行调节，因此其可调性比光敏电阻要好很多。
3. 阻抗高：光敏管的输入阻抗比其他光敏元件要高得多，可
以达到几十兆欧姆以上，因此可以直接驱动高阻抗负载。
4. 应用范围广：光敏管在光控继电器、光控开关、光控电子器等领域都有广泛的应用。
5. 价格高：相对于光敏电阻等其他光敏元件，光敏管的价格较为昂贵，因此在成本敏感的应用中使用较少。
综上所述，光敏电阻和光敏管都有各自的优点和缺点，应根据具体的应用需求来选择合适的光敏元件。
光敏电阻特性
光敏电阻特性【实验目的】1.了解光敏电阻的基本特性。
2.测量光敏电阻的伏安特性曲线和光照特性曲线。
【实验仪器】DH-CGOP1光电传感器实验仪1套（包括灯泡盒，光敏电阻LDR ，九孔板实验箱,1K 电阻）；DH-VC3直流恒压源1台；万用表1块；导线若干【实验原理】光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。
它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子一空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电导率增加，电导率的改变量为p n pe ne σμμ∆=∆+∆\*MERGEFORMAT (1)式中e 为电荷电量，∆p 为空穴浓度的改变量，∆n 为电子浓度的改变量，μp 为空穴的迁移率，μn 为电子的迁移率。
当光敏电阻两端加上电压U 后，光电流为ph A I U d σ=∆\*MERGEFORMAT (2)其中A 为与电流垂直的截面积，d 为电极间的距离。
由和可知，光照一定时，光敏电阻两端所加电压与光电流为线性关系，呈电阻特性。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子一空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。
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。
光电传感器系列实验
东南大学物理实验报告姓名学号指导教师日期报告成绩实验名称光敏传感器的光电特性研究目录实验一光敏电阻特性实验实验二光敏二极管特性实验一、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、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线；3、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；4、了解硅光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。
二、实验原理：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。
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是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、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，从原来的束缚态变成导电的自由态，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，价带中由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。
光敏二极管 光敏电阻
光敏二极管光敏电阻
光敏二极管是一种能够将光信号转换成电信号的器件，也被称为光电二极管。
它通常由一个半导体材料制成，具有两个电极（阳极和阴极）。
当光照射到光敏二极管时，光子能量会促使电子从价带跃迁到导带，从而形成电流。
光敏电阻是另一种用于检测光的器件，它通常是由半导体材料或光敏材料制成。
光敏电阻的电阻值会随着光照强度的变化而改变。
当光照强度增加时，光敏电阻的电阻值会减小，反之亦然。
光敏二极管和光敏电阻都可以用于光控制系统、照相机、光电转换器等应用中。
它们的基本原理类似，但工作原理和性能略有不同，具体使用哪种器件取决于具体的应用需求。
光敏二极管 光敏电阻
光敏二极管光敏电阻
光敏二极管（Photodiode）是一种能够将光信号转换为电信号的二极管器件。
当光照射到光敏二极管的PN结时，光子会激发电子从价带跃迁到导带，产生电流。
光敏二极管可以用于测量光强度、光源位置、光谱分析等应用。
光敏电阻（Photoresistor）是一种光敏电阻器件，也称为光敏电阻器。
它是由具有光电效应的半导体材料制成的。
当外界光照强度改变时，光敏电阻的电阻值也会随之发生变化。
当光照强度增加时，光敏电阻的电阻值减小；当光照强度减小时，光敏电阻的电阻值增大。
光敏电阻常用于环境光亮度检测、光敏打开灯、光敏控制等应用。
光敏二极管
3.照度计-图2.8便携式照度计电路
便携式照度计电路如图2.8所示。其中，光电传感 器TFA1001W是将光敏二极管与放大器Rf集成在一起， 使输出为线性，灵敏度为5μ A/lx。此电路采用9V 电池供电，接200Ω 负载电阻，可获得的输出电压 为15 U S R S1—TFA1001W光电集成传感器灵敏度；
12
1.光电路灯控制电路-图2.6
从图可知，在无光射 时，光敏二极管（反 向）截止，电阻R1上 的压降VA很小，则晶 体管T1截止，T2截止， 继电器J不动作，路灯 保持亮。有光照射时， 光敏管产生光电流IL， R1电压下降，VA上升， 光强达到某一值时T1 导通，T2导通，J动作 常闭端打开，使路灯 灭。即白天灯灭，晚 上灯亮，起到了自动 控制的作用。
4.温度特性－图2.5
温度变化对光敏二极管输出电流的影响较小，但是对暗 电流的影响却十分显著，如上图所示。光敏二极管在高 照度下工作时，由于亮电流比暗电流大得多，温度影响 相对来说比较小。但在低照度下工作时，因为亮电流较 小，暗电流随温度的变化就会严重影响输出信号的温度 稳定性，因此可作如下几点考虑：①选用硅光敏二极管， 这是因为硅管的暗电流要比锗管小几个数量级；②在电 路中采取适当的温度补偿措施；③将光信号进行调制， 对输出的电信号采用交流放大，利用电路中隔直电容的
2.2.1 光敏二极管工作原理和结构
光生伏特效应（产生一定方向电动势）制 成的光电元件。 光敏二极管的结构与普通半导体二极管一 样，都有一个PN结，两根电极引线，而且 都是非线性器件，具有单向导电性能。不 同之处在于光敏二极管的PN结装在管壳的 顶部，可以直接受到光的照射。
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半导体材料吸收光子能量使电子激发。若能量大于禁带 宽度的光子照射在PN结空间电荷区附近，在结两边产 生电子一空穴对。这些光生载流子在PN结内建电场作 用下，各自向相反方向运动，即P区的电子穿过PN结进 入N区，N区的空穴进入P区，形成自N区向P区的光生 电流。这样的载流子运动，由于中和部分空间电荷，使 内电场势垒降低，从而使正向电流增大。当光生电流和 正向电流相等时，PN结两端建立起稳定的电势差(P区 相对于N区是正的)，这就是光生电压。当入射光的强 度发生变化，光生载流子的多少也相应发生变化，因而 通过光敏二极管的电流也随之变化，于是在光敏二极管 两端的电压也发生变化，光敏二极管就这样将光信号变 为电信号。
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-- -- 光敏传感器的光电特性研究
(FB815型光敏传感器光电特性实验仪) 凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量，如光强、光照度等；也可间接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。 光敏传感器的物理基础是光电效应，通常分为外光电效应和内光电效应两大类,在光辐射作用下电子逸出材料的表面,产生光电子发射现象,则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。另一种现象是电子并不逸出材料表面的,则称为是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于内光电效应范畴,本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。 通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用。
【实验原理】
1．光电效应: (1）光电导效应: 当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，从原来的束缚态变成导电的自由态,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，价带中由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。杂质型光电导的长波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结内部有自建电场。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）。载流子在结区外时，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： 光敏传感器的基本特性则包括:伏安特性、光照特性等。 -- -- 伏安特性:光敏传感器在一定的入射光照度下，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的重要依据。 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。本实验主要是研究光敏电阻、光敏二极管的基本特性。 （1)光敏电阻： 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,其工作过程为,当光敏电阻受到光照时,发生内光电效应,光敏电阻电导率的改变量为：
npenep•••• （１)
在（1）式中,e为电子电荷量,p为空穴浓度的改变量,n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： UdAIph•• （2)
式中A为与电流垂直的表面积,d为电极间的间距。在一定的光照度下，为恒定的值,因而光电流和电压成线性关系。光敏电阻的伏安特性如图a5所示,不同的光强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，而且没有饱和现象。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）光敏二极管： 光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二--
-- 极管，如图a7所示。零偏压时,光敏二极管有光电流输出。光敏二极管的光照特性亦呈良好线性，如图c7。光敏二极管的的电流灵敏度一般为常数。一般在作线性检测元件时，选择光敏二极管。
实验（一）光敏电阻的伏安特性测试 【实验目的】 １.了解内光效应。 2．通过实验掌握光敏电阻工作原理。 3．了解光敏电阻的基本特性,测出它的伏安特性曲线曲线。
【实验仪器】 FB815型光敏传感器光电特性设计性实验仪，万用电表一只,导线若干。
【实验步骤】
1、按实验仪面板示意图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12V~2V电源，光源电压V12~0电源(可调）。 2、 先将可调光源调至一定的光照度, 每次在一定的光照条件下，测出电源电压为：
12V 10V, 8V, 6V, 4V, 2V,
时电阻1R两端的电压RU,从而得到6个光电流数据0kΩ0.1UIRph,同时算出此时光敏电阻的阻值,即PhRccgIUUR。以后调节相对光强重复上述实验(要求至少在三个不同照度下重复以上实验）。 -- -- ３、根据实验数据画出光敏电阻的一族伏安特性曲线。 表1 光敏电阻伏安特性测试数据表（照度：１73Lux） 电源电压(Ｖ） 2 4 ６ 8 10 12 R1电压UR１（V) 光电流Iph)A( 光敏电压U0(V) 光敏电阻Rg)( 表2 光敏电阻伏安特性测试数据表（照度:８６1Lｕｘ） 电源电压(Ｖ） ２ ４ 6 ８ 1０ 12 R1
电压U
Ｒ１
(Ｖ) 光电流Ｉｐh)A(
光敏电压U0（V） 光敏电阻Rg)(
表3 光敏电阻伏安特性测试数据表（照度：23５0Ｌuｘ) 电源电压（Ｖ) ２ ４ 6 8 10 １2 R1电压UＲ１（V) 光电流Ｉph)A( 光敏电压U0（V） 光敏电阻Rg)(
实验(二）光敏二极管的光照度特性测试 【实验目的】 1．了解光敏二极管的工作原理。 -- -- 2.了解硅光敏二极管的基本特性,并测出它的光照特性曲线。
【实验仪器】 FB815型光敏传感器光电特性设计性实验仪，万用电表一只,导线若干。
【实验步骤】 1、按实验仪面板示意图１0接好实验线路。 2、选择一定的偏压，每次在一定的偏压下测出光敏二极管在相对光照度为“弱光”到逐步增
强的光电流数据，其中kΩ00.1UIRph（kΩ00.1为取样电阻）。这里要求至少测出3个不同的反偏电压下的数据。 3、根据实验数据画出光敏二极管的一族光照特性曲线。
表1光敏二极管光照特性测试数据表(电压:-４Ｖ） 照度(Lux) 1.１ 3０.５ 173 328 54８ 861 1２５8 1774 2350 V)( UR
光电流A)(
表2 光敏二极管光照特性测试数据表(电压:-８Ｖ） 照度(Lux) 1．1 30.5 １73 32８ ５４8 8６1 1258 177４ 2３5０ V)( UR
光电流A)(
表3 光敏二极管光照特性测试数据表(电压:-12V） 照度(Lux) 1.1 30.5 １７3 ３28 5４8 861 1２58 1774 2３５0 V)( UR
光电流A)( -- -- FB815型光敏传感器光电特性设计性实验仪，其结构如图1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电
源、电阻箱（自备)、数字万用表,九孔接线板与光学暗箱所组成。具体介绍如下。 1.光学暗箱(见图2):
光学暗箱的大小为3mm110280360,中间位置是九孔实验板,学生可以在上面按自己的需要搭建实验电路，在箱子的左里边有编号821L,L,L的接线孔，从里面直接连到箱子左侧的外面,实验时将外用电源,测量万用表及变阻箱通过不同的接线口接入箱里--
-- 的实验电路,当箱子密封以后，里面就与外界完全隔绝，工作时照明光路是置于暗箱中进行，从而消除杂散光对实验的影响。图2是暗箱分布示意图。 ２ ． ＪK--30工作电源(见图3)：
本实验仪配有JK-－30工作电源，图3为专用电源面板功能分布图。主要提供两路工作电压,一路光电源输出,供白帜灯发光，电压V12~0可变，另一路传感器工作电源,有
12V 10V, 8V, 6V, 4V, 2V,等量值变化，以保证实验的不同需要。光敏传
感器的照度可以通过调节可调光源的电压或改变光源与传感器之间的距离来调节。 3. 其他实验配件（见图4): --
-- 【附录1】ＦB８１5光敏传感器光电特性实验仪相对照度(Lux)参考表 距离(cm） 电压 ５ ６ 7 8 9 10
12 ２35０ １95０ 1７00 1５3０ 1400 1300 11 177４ １459 12８0 1１56 1０5２ ９80 10 12５8 1０59 9２3 825 756 704 ９ 861 7２9 ６３2 567 5１９ 48０ 8 548 469 4１1 368 ３3８ 315 7 32８ 286 2４9 224 20６ １9１ 6 173 158 138 123 1１3 10５ ５ 80.2 7３.7 ６４.4 ５7.8 5２.6 ４8.9 ４ 30.5 2８.2 24.6 22.1 20.2 18.8 3 8.９ ７．8 6.８ ６．1 ５.６ 5.3 ２.5 3.3 3 2．7 2.4 2.2 2