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光敏传感器光电特性测量实验

发布日期:2019-09-30 23:29   来源:未知   阅读:

  光敏传感器光电特性测量实验_工学_高等教育_教育专区。光敏传感器光电特性测量实验 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

  光敏传感器光电特性测量实验 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。 光敏传感器的物理基础是光电效应,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。外光电效应是指在光照射下,电子逸出 物体表面的外发射的现象,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。 内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象,称为光电导效应。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。当然近年来新的 光敏器件不断涌现,如:具有高速响应和放大功能的 APD 雪崩式光电二极管,半导体色敏传感器、 光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD 图像传感器等,为光电传感器进一步的应用开创了新的一页。 本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性。光 敏传感器的基本特性包括:伏安特性、光照特性、时间响应、频率特性等。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。 【实验目的】 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。 仪器简介 仪器由全封闭光通路、实验电路、待测光敏传感器(光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、 硅光电池)、实验连接线等组成。 仪器安装在 360×220×80(mm)实验箱内,仪器面板如下图 FD-ST-LS 光敏传感器光电特性实验模块 R1 1.00K GR1 光敏电阻 +U Uo 0 R1 1.00K + - 光电二极管 +U GD1 Uo 0 R1 1.00K 光电三极管 c +U GT1 e Uo 0 硅光电池 + - GDU 负载改变 Voc Isc Rx1 10K R2 100 R1 2 相对照度传感器 + - R1 2 钨丝灯 +0-24V 0 发光二极管 +0-24V + 620 商标 上海复旦天欣科教仪器有限公司 按面板电路图指示插好线路,安装好待测光敏传感器就能进行测试实验了。 【实验原理】 1.伏安特性 光敏传感器在一定的入射照度下,器件所加电压与光电流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选择电参数的重要依据。某种 硅光电池的伏安特性曲线如图所示。 硅光电池的伏安特性曲线 从上图中可以看出,硅光电池在零偏置时,流过 PN 结的电流 I ? I (反相光电流),故在零偏 p 置无光照时,硅光电池的输出电压≠0,只有在硅光电池处于负偏置时,流过 PN 结的电流 I ? I ? I (反相饱和电流)=0。才能使硅光电池无光照时的输出电压为零。在一定光照度下硅 p s 光电池的伏安特性呈非线.光照特性 光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性,有时光敏传感器的输出电压 或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性,它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据 之一。某种硅光电池的光照特性如图所示。 硅光电池的光照特性曲线: 短路电流 从硅光电池的光照特性可以看出,硅光电池的开路电压呈非线性且有饱和现象,硅光电池的 短路电流呈良好的线性,但短路电流在零偏置无光照时不等于零。故以硅光电池作测量元 件应用时,应该利用短路电流与光照度的良好线性关系。所谓短路电流是指外接负载电阻 远小于硅光电池内阻时的电流,一般负载在 20 ? 以下时,线性较好,且负载越小线性关 系越好,且线性范围宽。 【实验内容及实验数据】 1.硅光电池的特性测试实验电路图: 2. 硅光电池的伏安特性测试实验 (1)按实验模块示意图连接好实验线路,光源用标准钨丝灯,将待测硅光电池装入待测点,连接主 机,光源电压+0—24V(可调),测 Isc 时将 R2 短接。测负载特性(伏安特性)时调节可变电阻 Rx1100K, 利用检测已知电阻 R2 上的电压间接测试负载电流。 -2- (2)从 0 LX 开始到 200 LX 每次在一定的照度下,测出硅光电池的光电流 Iph 与光电压 U0 在不同的 负载条件下的关系(1 --5000 ? )数据,其中 I Ph ? U0 150? 。 *150? 为取样电阻 (3)将测出的数据填入表 3 表 1 硅光电池在不同的光照度时,光电流与光电压在不同负载电阻时的关系实测数据 2 LX 4 LX 6 LX 8 LX 10 LX R负 / ? Iph/mA UO/V Iph/mA UO/V Iph/mA UO/V Iph/mA UO/V Iph/mA UO/V 12 LX 14 LX 16 LX R负 / ? Iph/mA UO/V Iph/mA UO/V Iph/mA UO/V -3- (4)根据表 3 数据画出硅光电池的一族伏安曲线. 硅光电池的光照度特性测试实验 (1)实验线 LX, 每次在一定的照度下,测出硅光电池的开路电压 Uoc 和短路电流 Isc 数 据,其中短路电流为 I sc ? U0 150? (近似值)。*150? 为取样电阻 (3)将测出的数据填入表 4, 表 2 硅光电池的开路电压与短路电流与照度的关系实测数据 Ec/ LX Uoc/V Uo/V Isc/mA 2 4 6 8 10 12 14 16 (4)根据表 2 数据画出硅光电池的光照特性曲线-六和国际高手坛

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