傳感器原理任務書(光敏電阻、光電池)

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1、傳感器原理及應用設計性實驗任務書項目：光電傳感器電路的設計傳感器的種類繁多，千差萬別，應用場合也各式各樣，即便是同種類的測定量也可采用不同工作原理的傳感器，因此，在掌握傳感器基本原理的同時還應該對傳感器的應用有所了解。如傳感器的性能、測量條件、使用方法的等等。以下實驗內容是針對傳感器系統實驗儀中缺少的實驗內容，而應用又較多的部分傳感器設計的應用性實驗。集成式傳感器技術正在迅速發(fā)展，有必要對各種新型傳感器做更多得了解。一、電路的設計及實驗任務在了解光電傳感原理的基礎上，設計一光電傳感發(fā)射和接收電路，并在面包板上用實際電子元器件插接、調試電路，記錄光強變化

2、對應接收電壓變化的數據結果。①使用光敏電阻接收光信號進行設計并調試完成實驗；②使用光電池接收光信號進行設計并調試完成實驗；③指標要求：光強成線性變化；實驗提供所有電子元器件及實驗臺。二、設計提示1．工作原理1.1光敏電阻工作原理RG入射光電源光電流光敏電阻工作原理圖光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，就是電阻器件。上圖為光敏電阻結構圖，RG為光敏電阻，當RG兩端通有電流而無光照射，RG呈高阻態(tài)，回路中僅有微弱的暗電流通過；當光敏電阻受到一定波長范圍的光照射時，因光敏電阻光導材料吸收光能而生成電子—空穴對，這時電子

3、移向正極，空穴移向負極，它的阻值急劇減少，電流迅速增大。光電流的大小變化控制電路中的電壓電流變化。當光照射停止時，自由電子與空穴復合，電阻又恢復原值，電路有只有微弱暗電流通過。亮電流與暗電流的差稱為光電流，通常光電流越大越好，表明光敏電阻敏感度好。光敏電阻的工作原理是基于光電導效應，其結構是在玻璃底版上涂一層對光敏感的半導體物質，兩端有梳狀金屬電極，然后在半導體上覆蓋一層漆膜。7?光敏電阻結構及符號光敏電阻光照特性：·光敏電阻無光照時，內部電子被原子束縛，具有很高的電阻值；·光敏電阻有光照時，當光子能量E0＞Eg時，電阻值隨光強增加而降低；·光照停止時

4、，自由電子與空穴復合，電阻恢復原值。光敏電阻主要參數：·暗電阻——無光照時的電阻為暗電阻；·暗電流——無光照時的電流，在給定工作電壓流過暗電阻時的電流；·亮電阻、亮電流——受光照時的阻值，電流稱亮電流；·光電流——亮電流與暗電流之差稱光電流。基本特性：·伏安特性·給定偏壓，光照越大光電流越大；·給定光照度，電壓越大光電流越大；·光敏電阻的伏安特性曲線不彎曲無飽和，但受最大功耗限制。光敏電阻伏安特性?光譜特性·光敏電阻靈敏度與入射波長有關，不同波長光敏電阻靈敏度不同；·光敏電阻靈敏度與半導體摻雜的材料有關，不同材料靈敏度不同，例如7材料相對靈敏度峰值位置

5、波長（λ）硫化鎘（CdS）0.3～0.8(μm)硫化鉛（PbS）1.0～3.5(μm)銻化銦（InSb）1.0～7.3(μm)光敏電阻光譜特性?溫度特性溫度變化影響光敏電阻的靈敏度、暗電流和光譜響應。光敏電阻溫度特性1.2光電池工作原理光電池（有源器件）光電池工作原理也是基于光生伏特效應，是可直接將光能轉換成電能的器件。有光線作用時就是電源，如光電池。廣泛用于宇航電源，另一類用于檢測和自動控制等。光電池種類很多，有硒光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵、氧化銅等等，其中硒光電池轉換效率較高，價格低廉壽命長，是使用較廣泛的一種光電池；砷化鎵光電池光譜響應與

6、太陽光譜吻合，耐高溫，耐宇宙射線，是宇航光電池首選材料。結構原理：光電池實質是一個大面積PN結，結構如下圖所示，上電極為柵狀受光電極，柵狀電極下涂有抗反射膜，用以增加透光，減小反射，下電極是一層襯底鋁。當光照射PN結的一個面時，電子空穴對迅速擴散，在結電場作用下建立一個與光照強度有關的電動勢，一般可產生0.2V～0.6V電壓，50mA電流。光照硅光電池的P區(qū)時，在P區(qū)產生電子-空穴對，硅光電池表面的光子多，電子-空穴對也越多。在內電場的作用下，電子向內擴散，在復合前到達P-N結過渡區(qū)，內電場的作用將這些電子推向N區(qū)。于是光照產生的電子-空穴對中的電子流

7、向N區(qū)；空穴則留在P區(qū)，導致P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，形成電位差。7?光電池結構圖光電池工作原理圖光電池符號·光照特性·開路電壓———光生電動勢UOC與照度EV之間關系稱開路電壓曲線；開路電壓與光照度關系是非線性關系，在照度位2000lx下趨于飽和?！ざ搪冯娏鳌搪冯娏鱅SC與照度EV之間關系稱短路電流曲線；短路電流是指，外接負載RL相對內阻很小時的光電流，實驗證明：負載電阻RL越小，曲線線性越好，線性范圍越寬；RL≈100Ω以下為好。短路電流曲線在很大范圍內與光照度成線性關系，因此光電池作為測量元件使用時，一般不作電壓源使用，而作為電流源的形式應用

8、。光電池光照特性圖光電池光照與負載的關系·光譜特性光電池對不同波長的光靈敏度不同，下圖為硅光電