DOC《光电传感器》

光电传感器 光电传感器是将光信号转换为电信号的传感器,物理基础是光电效应,即光敏材料的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.前者是指在光照射下电子逸出物体表面的现象,也称光电发射效应,基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等.后者是指入射光改变物质导电率的物理现象,也称光电导效应.大多数光电传感器都是这一类. 【实验目的】 研究光敏电阻,测量伏安特性曲线. 【实验原理】 元件的电流I与所加电压U之间的关系称作伏安特性,改变光敏元件上的入射光照度,可以得到一组伏安特性曲线;

它们是传感器设计、应用时的重要依据.以下是某种光敏电阻(LDR)、光敏二极管(PHD)、光敏三极管(PHT)、硅光电池(PHC)的伏安特性曲线. 图1 四种光电传感器的伏安特性曲线 可见,光敏电阻类似纯电阻,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.光敏二极管的伏安特性和光敏三极管的伏安特性类似,但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二极管大好几十倍,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.在一定光照度下硅光电池的伏安特性呈非线性. 【实验仪器】 DH-SJ3光电传感器设计实验仪,包括:专用木箱,测试架(图3),九孔板(图3),各种小元件.电路电源、光源电源、万用电表. 专用木箱,可以将各种小元件定位存放;

测试架专门用于伏安特性曲线和光照特性曲线的测量,金属圆筒左侧的光源是12V小电灯,右侧滑杆的左端安装传感器,传感器与光源的距离可以从滑杆上的刻度读出;

九孔板用于搭建电路,上面有许多小孔,若与相邻小孔连接,则画有线条,若与相邻小孔不连接,则不画线条并且间距稍大. 需要测量伏安特性曲线的传感器包括:光敏电阻、光敏二极管(选做)、光敏三极管(选做)、硅光电池(选做),分别安装在圆形电路板上,可以插到滑杆的左端. 用于小元件(图2)包括:红光发射管LED

3、接受管(包括PHD101光电二极管和PHT101光电三极管);

各种通用的电阻、电容、转接盒,这些元件封装在黑色盒子里,上方有符号等,下方是两个插脚,与盒子里的元件连接;

还有一种通用的白色连接盒,厚度稍小,未画出,下方也是两个插脚,彼此连接,可以将九孔板上两个不连接的小孔连接起来. 图2 部分小元件俯视图 【实验内容与步骤】 图3 光敏电阻测试电路 按图3连线,用万用电表测量不同光强下,光敏电阻两端的电压V和电阻R两端的电压VR,计算通过电阻R的电流IR ,即为通过光敏电阻的电流I.然后,以光敏电阻两端的电压V为自变量,以通过光敏电阻的电流I为因变量,在一个坐标系里作光敏电阻在不同光强下的伏安特性曲线. 【数据记录】 光敏电阻两端的电压V(V)/ 电流I(V) VR (V) 5cm(光强最大) 15cm(选做) 25cm(光强最小) 10.0 9.5 9.0 …… 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0