光电检测技术实验讲义
王孟禄 张忠锁
河南大学物理与电子学院测控工程系
2012年1月
目 录
实验一 光敏电阻特性测试及分析 ........................3 实验二 光敏二极管、光敏三极管特性测试 .................7 实验三 红外光电报警系统设计 ........................10 实验四 光纤温度传感器实验 ........................15 实验五 光纤压力传感器实验 ............................18 实验六 红外遥控系统设计 ............................21 实验七 光纤位移实验 ...............................25 实验八 热释电传感器实验 ..........................28 实验九 光电技术创新实验(选作) .................（见资料）
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实验一 光敏电阻特性测试及分析
一、实验目的
1、了解光敏电阻的基本特性和基本应用；
2、掌握光敏电阻的工作原理及特性测试的方法。
二、实验内容
1、光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻； 2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流； 3、光敏电阻的光谱特性； 4、伏安特性； 5、光电特性； 6、温度特性。
三、实验原理
在光照作用下，能使物体的的电导率改变的现象称为光电导效应。光敏电阻是利用半导体的光电导效应制成，其电阻值随入射光的强弱而改变。
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，半导体中的载流子数目增加，电导率增加使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换。
1.光敏电阻的结构与接线图：如下图所示。
2.光敏电阻的主要参数?
（1） 暗电阻:光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻， 此时流过的电流称为暗电流。 （2）亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。 （3）光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。 （4）光谱范围、峰值波长和时间常量等。 3、光敏电阻的种类
根据光敏电阻的光谱特性，制作光敏电阻的材料不同，可分为三种光敏电阻器：
（1）紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。 （2）红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅、锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
（3）可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测
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器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。
4、光敏电阻的基本特性?
（1）伏安特性：在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。图46-2为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。由图可见，光敏电阻在一定的电压范围内，其曲线为直线。
（2）光电特性：光敏电阻的光照特性是描述光电流和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。图46-3为硫化镉光敏电阻的光照特性。
（3）光谱特性：光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。图46-4 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。 对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。
光电流（或电压）与入射单色光辐射能量之比称为光谱响应率，不同波长的的光谱响应率连接起来，即为光谱响应曲线，将光谱响应函数最大值归一化为1，得到相对光谱响应曲线，即相对灵敏度与波长的关系曲线——光谱特性曲线。
（4）频率特性：实验证明，光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表示。 大多数的光敏电阻时间常数都较大， 这是它的缺点之一。 不同材料的光敏电阻具有不同的时间常数(毫秒数量级)， 因而它们的频率特性也就各不相同。 图46-5为硫化镉和硫化铅光敏电阻的频率特性。
（5）温度特性：光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度影响较大。温度变化时，影响光敏电阻的光谱响应，同时光敏电阻的灵敏度和暗电阻也随之改变，尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。图46-6为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线，它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。
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四、实验仪器
实验板、稳压电源、万用表、光敏电阻、各种光源。
五、实验步骤
1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻。
用遮光罩将光敏电阻完全遮盖，用万用表测得的电阻值为暗电阻；移开遮光罩，在环境光照下测得的电阻值为亮电阻；暗电阻与亮电阻之差为光电阻。光电阻越大，则灵敏度越高。数据计入表1。
2、测试光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流。
按照图1接线，电源可选用10V，RL为1.9k?，分别在暗光和正常环境光照下测出I暗、I亮，或测出RL端电压U暗和U亮 ，则暗电流I暗 = U暗
RL ，亮电流
I亮 = U亮 RL 。亮电流与暗电流
之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。数据计入表1。
图1 光敏电阻的测量电路 图2发光二极管电路
表1 光敏电阻 型号
3、光敏电阻的光谱特性
当不同波长的入射光照到光敏电阻的光敏面上，光敏电阻就有不同的灵敏度。
更改发光光源，用高亮度LED（红、黄、绿、蓝、白）作为光源，一般发光二极管通过的最大电流为20～30mA。发光二极管驱动电路如图2连接为：+12V—680?—LED+ — LED- —地。
暗电阻 （M?） 亮电阻 （k?） 光电阻 （?） 暗电流 (mA) 亮电流 (mA) 光电流 (mA) - 5 -