光電傳感實驗

1、光電傳感器實驗二輻射度與光度學一、實驗目的了解輻射度學與光度學的區(qū)別。二、實驗內容1、測量當前環(huán)境的照度值；2、測量普通光源在供電電壓不同的情況下的光照度；3、測量不同顏色光在同一供電電壓下的光照度；4、測量激光器的光照度；5、測量激光器的光功率值。三、實驗儀器Z 130FSe ns12SB主機箱普通光源 ,遮光筒 ,半導體激光器 ,光照度計探頭 ,光功率計探頭 , 濾色片七 色, 支架 , 導線 .四、實驗原理輻射度單位和光度單位是兩套不同的體系。 輻射度單位適用于整個電磁波段， 光度學只適用于可見光波段。本實驗可以幫助學生理解這兩種概念體系的區(qū)別和 聯(lián)系。以電磁波形式或粒子光子形成傳輸的能

2、量，它們可以用光學條件反射、 成像或色散，這樣能量傳輸及其傳播過程稱為光輻射。為了對光輻射進行定量描述，存在著輻射單位和光度單位兩套不同的體系，表 2-1 是常用的輻射度量和光度量之間的對應關系。在光度單位中，發(fā)光強度是根本單位，定義為一個光源發(fā)出頻率為 540 X 1012Hz的單色輻射。假設在一給定方向上的輻射光度為1/683 W/Sr,那么該光源在該方 向上的的發(fā)光強度為led 坎德拉 本實驗中備有普通光源和激光光源兩種，普通光源的光譜為連續(xù)光譜。利用濾色 片或通過分光鏡后，可以提供紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等多種波長的光輻射。激光光源是半導體激光器，發(fā)射的激光波長一般為630-680納

3、米。激光顏色為紅色 本實驗使用的激光器激光波長為 650納米。五、數據記錄與處理表2-1不同輸入電壓下的照度值輸入電壓N234567光照度/Lx由表可以看出光照度值隨輸入電壓的增大而增大表2-2不同波長下的照度值濾色片顏色紅橙黃綠青H藍 藍紫光照度/Lx光照度，即通常所說得勒克司度lux ，表示被攝主體外表單位面積上受到的光通量。光照度是表 明物體被照明程度的物理量。光照度與照明光源、被照外表及光源在空間的位置有關，大小與光源的光強和光線的入射角的余玄成正比，而與光源至被照物體外表的距離的平方成反比。由表2-2可以看出光照度與波長沒有明確的關系。表2-3不同輸入電壓下激光器的照度值輸入電壓34

4、5N光照度/kLx由表2-3可以看出激光器的光照度值隨電壓的變大二變大但是沒有普通光源的變 化率大。表2-4不同輸入電壓下激光器的光功率輸入電壓345/V光功率/mv由表2-4可以看出激光器的光功率隨著輸入電壓的增大而增大。六、實驗思考題輻度學和光度學的區(qū)別？光功率和光照度的區(qū)別？答：對電磁輻射能量進行客觀計量的學科稱輻射度學；在可見光波段內，考慮到人眼的主觀因素后的相應計量學科稱為光度學。光功率，即光在單位時間內所做的功。光照度，即通常所說得勒克司度lux ，表示被攝主體外表單位面積上受到的光通量。光照度是說明物體被照明程度的物理量。七、實驗總結通過做本實驗了解了光照度的概念以及與它有關的物

5、理量以及具體關系，即光照度與照明光源、 被照外表及光源在空間的位置有關，大小與光源的光強和光線的入射角的余玄成正比，而與光源至被照物體外表的距離的平方成反比。三 光敏電阻實驗一、實驗目的了解光敏電阻工作原理、光照特性、伏安特性和光譜響應特性。二、實驗內容1、光敏電阻暗電阻和亮電阻的測量；2、光敏電阻光照特性測量;3、光敏電阻伏安特性測量；4、光敏電阻光譜特性測量。三、實驗儀器Z 130FSens12SB主機箱，普通光源，遮光筒，cds光敏電阻，光照度計探頭, 光電器件實驗一模板，濾色片七色，支架，導線。四、實驗原理效應工作的。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時可加直流電壓，也可以加交

6、流電壓。當無光照時，光敏電阻值暗電阻很大，電路中電流很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值亮電阻急劇減少，因此電路中電流迅速增加。y性能越好，也就是說，暗電流要 小，光電流要大，這樣的光敏電阻的靈敏度就高。實際上，大多數光敏電阻的暗 電阻往往超過1M歐，甚至高達100MD，而亮電阻即使在正常白晝條件下也可降到 1kQ以下，可見光敏電阻的靈敏度是相當高的。光照特性、伏安特性和光譜特性是光敏電阻的根本特性。五、數據記錄與處理表3-1 一定電壓下的電流與電阻/LxU測/V電流/mA光照度I亮I暗50.03電阻R亮R暗電阻/k表3-2不同光照下的光電流光照度/Lx1003005007009

7、0011001300電流/mA圖3-1光照度與電流關系圖由圖可以看出隨著光照度的增大光電流隨之增大，那么說明光敏電阻阻值不斷減小表3-3不同光照度下的電壓與電流光照度/Lx 電流/uA電壓/V23451003000.88500圖3-2不同光照度下的電壓與電流關系由圖可以看出相同光照條件下阻值根本保持不變，隨著光照值增大圖像斜率也增大即阻值減小。R=1/k。 k為斜率濾色片顏色紅橙黃綠青藍紫波長/nm65061057053048045040010Lx照度下的電流由于濾光片的顏色與實驗要求的有差異，測量的數據做的圖不標準，剔除不標準的數據后作圖如下圖3-3波長與電流關系圖 由圖可以看出波長與電流沒

8、有明確的關系。六、實驗思考題光敏電阻和普通電阻主要有什么不同？它有哪些特點？答： 光敏電阻是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，光敏電 阻隨光照強度的增加而變大。普通電阻隨溫度升高而變小。特點：靈敏度高、光譜響應、光譜特性好、光照特性、溫度系數/穩(wěn)定性好、一致性強的性能 .七、實驗總結通過做本實驗了解了光敏電阻的特性隨光強的增大而增大，以及其光譜 特性。但在做實驗過程中由于濾光片不能很好的識別與之對應使得做出的結果有 點不符常規(guī)。希望老師貼上標簽以便確認。五 光敏三極管特性實驗一 、實驗目的 了解光敏三極管工作原理、光照特性、伏安特性和光譜相應特性。二、實驗內容1

9、、光敏三極管的光照特性測量；2、光敏三極管的伏安特性測量；3、光敏三極管的光譜特性測量。三、實驗儀器ZY 130FSe ns12SB主機箱，普通光源，遮光筒，光敏三極管，光照度計探頭， 光電器件實驗一模板，濾色片七色 ，支架，導線。四、實驗原理 在光敏二極管的根底上，為了獲得內增益，就利用了晶體三極管的電流放大作用，用Ge或Si單晶體制造NPN或PNP型光敏三極管。其結構使用電路及等效電路如圖5-1所示2(b)使用電路(1+ B)iE(c)等效電路I屮5-1光敏三極管結構及等效電路光敏三極管可以等效一個光電二極管與另一個一般晶體管基極和集電極并聯(lián)：集電極-基極產生的電流，輸入到三極管的基極再放

10、大。不同之處是，集電極 電流(光電流)由集電結上產生的 i 控制。集電極起雙重作用：把光信號變成電 信號起光電二極管作用；使光電流再放大起一般三極管的集電結作用。一般光敏 三極管只引出E、C兩個電極，體積小，光電特性是非線性的，廣泛應用于光電自 動控制作光電幵關應用五、數據記錄與處理表5-1不同照度下的電流照度/Lx100200300400500600700800I亮mA圖5-1光照度與電流關系圖由圖可以看出隨著光照度的增大光電流先迅速增大而后逐漸保持平穩(wěn)不變。表5-2同光照度下的電壓與電流光照度/Lx 電流/mA電壓N12100圖5-2電壓與電流由圖可以看出隨著電壓的增大電流先迅速增大而后逐

11、漸平穩(wěn)。說明電阻值先緩慢 增大，而后增大的變化率比擬大。表5-3不同光照條件下的電流光照度電流/mA顏色度紅橙黃綠青H藍 藍紫100由于濾光片的顏色與實驗要求的有差異，測量的數據做的圖不標準，剔除不標準 的數據后作圖如下。圖5-3波長與電流關系圖六、思考題分析一下實驗中用到的光敏三極管的特點。答：光譜特性，伏安特性，光電特性。七、實驗總結通過做本實驗了解了光敏三極管的局部特性如：光譜特性，伏安特性，光電特性。 且其光靈敏度咼。六光開關實驗透射式一、實驗目的了解透射式光電開關組成原理及應用二、實驗內容用發(fā)光二極管和光敏三極管實現透射式開關。三、實驗儀器Z 130FSe ns12SB主機箱，發(fā)光二

12、極管，光敏三極管，光電器件實驗一模 板，支架，導線。四、實驗原理光電開關可以由一個光發(fā)射管和一個接收管組成光耦、光斷續(xù)器 。當發(fā)射管和 接收管之間無遮擋時，接收管有光電流產生，一旦此光路中有物體阻擋時光電流 中斷，利用這種特性可制成光電開關用來工業(yè)零件計數、控制等。實驗裝置圖五、實驗操作圖圖 6-1 不遮擋時 - 燈亮圖 6-2 遮擋時 - 燈不亮六、實驗思考題思考一下，在組成光開關的光發(fā)射管個光接收管有哪些要求？ 答：當之間沒有阻擋時應該有光電流產生。并且光發(fā)射管和光接收管要對準使得 光接收管能夠接收到光。在室內光條件下光接收管中不應該產生光電流。七、實驗總結通過做本實驗了解光開關的原理即根

13、據光電流產生的原理來控制電流的有 無。十一 PSD 位置傳感器實驗一、實驗目的了解一維PSD光電位置敏感器件的原理與應用。二、實驗內容使用一維PSD測量輸出電壓與位移的關系。三、實驗儀器Z 130FSe ns12SB主機箱，PSD傳感器實驗模板，PSD傳感器及位移裝置，導 線。四、實驗原理PSD為一具有PIN三層結構的平板半導體硅片。其斷面結構如圖11-1所示，外表層P為感光面，在其兩邊各有一信號輸入電極，底層的公共電極是用與加反 偏電壓。當光點入射到 PSD外表時，由于橫向電勢的存在，產生光生電流I。，光生電流就流向兩個輸出電極， 從而在兩個輸出電極上分別得到光電流h和I2，顯然IO Il

14、I2。而Il和I2的分流關系那么取決于入射光點到兩個輸出電極間的等效電阻。假設PSD外表分流層的阻擋是均勻的，那么PSD可簡化為圖11-2所示的電位器模型， 其中R1、R2為入射光點位置到兩個輸出電極間的等效電阻，顯然R、R2正比于光點到兩個輸出電極間的距離。因為I1 /12 R2/ R1 (L X)/(L X)所以可得I1 Io(L X /2L)當入射光恒定時，Io恒定，那么入射光點與 PSD中間零位點距離X與I2 I1成線性關系，與入射光點強度無關。通過適當的處理電路，就可以獲得光點位置的輸出信號。五、數據記錄與處理表11-1位移與電壓關系位移量01234/mm輸出電壓/V位移量/mm56

15、78輸出電壓/V從表中數據可以看出測量時剛幵始光電點不在PSD段的端點而超過了其端點從而數據由小變大再逐漸變小，所以作圖時應該選擇正確的數據即從輸出電壓為幵始。作圖如下：圖11-1位移與電壓關系圖由圖可以看出隨著光電越接近中點，輸出電壓值越來越小。圖11-2實驗操作圖六、實驗思考題及其答案試分析一下二維PSD的工作原理。答:當入射光照射到光敏面上某一點后，光生載流子在薄層中向四面八方流動，可用2個正交分量表示：平行于x軸方向的分量lx和 平行于y軸方向的分量Iy , 且lx + Iy = I0 , I0為光生總電流。根據載流子的移動按照歐姆定律分配的規(guī)律，便可得出lx達式x 2L IL f 2L 2L同理，可得其