【正文】 光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 17 實(shí)驗(yàn)四 可控振蕩器電子鳥設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 加深了解光敏電阻的工作原理及應(yīng)用 性 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 可控振蕩器電子鳥設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 三、實(shí)驗(yàn)儀器 光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)儀 一臺 光敏電阻實(shí)驗(yàn)?zāi)K 一塊 光源輸出及測量實(shí)驗(yàn)?zāi)K 一塊 連接導(dǎo)線 若干 四、實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)參考原理 R 2 210KC1224C3103T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8GND1U2N E 5 5 5+ 5 VC2103R 2 3 51 BZR L 1R L 2K6S W D P D TR 2 110KK7 圖 41 可控振蕩器電子鳥電路 其工作原理是：手控電子鳥電路的振蕩是通過控制 555 的復(fù)位端 4 實(shí)現(xiàn)的，撥位開關(guān) K7撥向左端， 4 端接高電平，電路產(chǎn)生振蕩輸出音頻信號，揚(yáng)聲器發(fā)聲， K7 撥向右端， 4 端斷開，電路停止工作。 六、實(shí)驗(yàn)步驟 光敏電阻光控?zé)粼O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 打開實(shí)驗(yàn)箱電源，調(diào)節(jié)照度計(jì) “調(diào)零 ”旋鈕，至照度計(jì)顯示為 “”為止，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱電源 ； J J8分別連接實(shí)驗(yàn)箱上的光敏電阻結(jié)構(gòu)件黃、藍(lán)插孔，同時將套筒紅、黑插孔與照度計(jì)紅、黑插孔相連； 連接模塊上的 J1插孔至 J5插孔， J2插孔至 J6插孔，打開實(shí)驗(yàn) 箱電源，按下開關(guān) K1和 K4，同時保證其余開關(guān)都彈起 ； 調(diào)節(jié)光源照度觀察模塊上 LED1燈亮滅延時情況 ； （照度從 最大值 調(diào) 到照度最小值 ） 將 “電源調(diào)節(jié) ”旋鈕逆時針旋至不可調(diào)位置，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱電源。調(diào)整 E1 的容值可改變 LED 點(diǎn)亮?xí)r間， E1 容值越大，延遲時間愈長。此充電電流使得 Q3 導(dǎo)通，使得 繼電器線圈通電工作，常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)對外電路的控制，此時 LED1 發(fā)光二極管點(diǎn)亮發(fā)光。 二次開發(fā)實(shí)驗(yàn) （ 1） 利用二次開發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)K 自行搭建電路， 電路如圖 22 所示 ； （ 2）參考 電路原理 圖 自行 進(jìn)行調(diào)試； R236KW110 0 KR3 KR41KB1C2E3Q190 1 3B1C2E3Q290 1 3+ 5VR 38330L E D 2RL 圖 22 （ 3） 參 考暗激發(fā)光控調(diào)光 實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行 二次開發(fā) 實(shí)驗(yàn)， 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否和模塊實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致。 五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 打開電源之前，將 “電源調(diào)節(jié) ”旋鈕逆時針調(diào)至底端； 實(shí)驗(yàn)操作中不要帶電插拔導(dǎo)線，應(yīng)該在熟悉原理后，按 照電路圖連接，檢查無誤后，方可打開電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)； 若照度計(jì)、電流表或電壓表顯示為 “1＿ ”時說明超出量程，選擇合適的量程再測量； 嚴(yán)禁將任何電源對地短路。觀察光源及測量實(shí)驗(yàn)?zāi)K的 J16點(diǎn)波形和光敏電阻實(shí)驗(yàn)?zāi)K TP1點(diǎn)波形，分析光敏電阻的時間響應(yīng)特性； 1將 “電源調(diào)節(jié) ”旋鈕逆時針旋至不可調(diào)位置，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱電源。（當(dāng) J1 J12連接（ 0V， 0V）、（ 5V， 0V）、（ 0V，5V）、（ 5V， 5V）時分別調(diào)節(jié) W2， W3， W4， W6可改變 TP3點(diǎn)電壓， TP3點(diǎn)為 VI曲線分析的電壓輸出）； 保持 “電源調(diào)節(jié) ”旋鈕不旋動，按 “照度加 ”或 “照度減 ”，測量照度為 100Lx、 150Lx、 200Lx、250Lx、 300Lx、 350Lx、 400Lx、 450Lx、 500Lx、 550Lx、 600Lx 分別對應(yīng)的電壓值 U（ TP1點(diǎn)的電壓）， R25=100 按照 I=U/R25 計(jì)算電流值， RL=(U1U)/I 計(jì)算電阻值 (U1 為可調(diào)偏壓 )，且將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于表 11 中： 表 11 5V 偏壓下，光強(qiáng)與光敏電阻阻值關(guān)系測量 照度（ Lx） 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 電壓 U（ V） 電流 I（ mA） 電阻 RL（ KΩ） 改變電源供電偏壓，分別記錄電壓為 8V、 10V 時，不同光照度下對應(yīng)的電流值，并分別記錄于表 12 及表 13 中： 光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 11 表 12 8V 偏 壓下，光敏電阻光電特性測試 照度（ Lx） 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 電壓 U（ V） 電流 I（ mA） 表 13 10V 偏壓下，光敏電阻光電特性測試 照度（ Lx） 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 電壓 U（ V） 電流 I（ mA） 保持照度為 100Lx 不變，調(diào)節(jié)電源供電偏壓，使供 電偏壓為 1V、 2V、 3V、 4V、 5V、6V、 7V、 8V、 9V、 10V，分別記錄對應(yīng)的電流值，并記錄表 14 中： 表 14 100Lx照度，光敏電阻伏安特性測試 偏壓 U1（ V） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 電流 I（ mA） U1U（ V） 按 “ 照度加 ” ， 調(diào)節(jié)使光照為 200Lx、 300Lx、 400Lx、 500Lx、 600Lx，記錄同一光照不同電壓下對應(yīng)的電流值，并分別記錄表 15 至表 19 中： 表 15 200Lx照度，光敏電阻伏安特性測 試 偏壓 U1（ V） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 電流 I（ mA） U1U（ V） 表 16 300Lx照度，光敏電阻伏安特性測試 偏壓 U1（ V） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 電流 I（ mA） U1U（ V） 表 17 400Lx照度，光敏電阻伏安特性測試 偏壓 U1（ V） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 電流 I（ mA） U1U（ V） 光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 12 表 18 500Lx照度，光敏電阻伏安特性測試 偏壓 U1（ V） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 電流 I（ mA） U1U（ V） 表 19 600Lx照度，光敏電阻伏安特性測試 偏壓 U1（ V） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 電流 I（ mA） U1U（ V） 1使可調(diào)電源偏壓調(diào)為 5V 分別測量不同顏色光在 100Lx 光照強(qiáng)度下，光敏電阻的電流值，將 各個 光源 100lx 照度下光敏電阻的電流值記錄在表 110 中： 表 110 光敏電阻光譜特性測試 光源指示 1(紅色 ) 2(橙色 ) 3(黃色 ) 4(綠色 ) 5(青色 ) 6(藍(lán)色 ) 電流 (mA) 1將 S1， S2， S3開關(guān)向上撥，將可調(diào)電源電壓調(diào)為 5V。航空插座 FLEDIN與全彩燈光源套筒相連接 。 六、實(shí)驗(yàn)步驟 組裝好光源、遮光筒和 光敏電阻 結(jié)構(gòu)件探頭，如 圖 12 所示： 光 源遮 光 筒探 頭 圖 12 光路結(jié)構(gòu)示意圖 光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 10 實(shí)驗(yàn)測試電路如圖 13 所示： 1J71J8R 25100RL 112233445566K2S W D P D TR L 1R L 21J 13可調(diào)電壓輸入sr 圖 13 光強(qiáng)與光敏電阻電流值關(guān)系測試電路 打開實(shí)驗(yàn)箱電源，調(diào)節(jié)照度計(jì) “調(diào)零 ”旋鈕，至照度計(jì)顯示為 “”為止，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱電源； J13連接實(shí)驗(yàn)儀主板 0—12V2，實(shí)驗(yàn)儀主板 GND2與 GND相 連。在一定的光照下，加到光敏電阻兩端的電壓與流過光敏電阻的亮電流之間的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。 光敏電阻在弱輻射和強(qiáng)輻射作用下表現(xiàn)出不同的光電特性（線性和非線性），實(shí)際上，它的光電特性可用在 “恒定電壓 ”下流過光敏電阻的電流 PI ，與作 用到光敏電阻上的光照度 E 的關(guān)系曲線來描述，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。當(dāng)有光照射在光敏電阻上時，它的電導(dǎo)將變大，這時的電導(dǎo)稱為光電導(dǎo)。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 光強(qiáng)與光敏電阻電流值關(guān)系測試； 光敏電阻的光電特性的測試； 光敏電阻的伏安特性的測試； 光敏電阻的光譜響應(yīng)特性的測試； 光敏電阻的時間響應(yīng)特性的測試。 光敏電阻的應(yīng)用 光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及 r 值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫，多濕的惡劣 環(huán)境 下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于 照相機(jī) ， 太陽能庭院燈 ， 草坪燈 ， 驗(yàn)鈔機(jī) ，石英鐘，音樂杯，禮品盒， 迷你小夜燈，光聲控開關(guān)，路燈自動開關(guān)以及各種光控 玩具 ，光控?zé)麸?，燈具等光自?開關(guān) 控制領(lǐng)域。 光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 7 光敏電阻的暗電阻越大而亮電阻越小，則性能越好，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。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加 直流電壓 ，也加 交流電壓 。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子 —空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要 光子 能量大于半導(dǎo)體材料的禁 帶寬度，則價帶中的 電子 吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶 正電荷 的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子 —空穴對了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi) 光電效應(yīng) 。當(dāng)光子能量大時易于發(fā)生本征光電導(dǎo)；光子能量小時易于發(fā)生雜質(zhì)光電導(dǎo)。這是由雜質(zhì)吸收所產(chǎn)生的雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)。對 P 型半導(dǎo)體來說，由于其受主能帶接近價帶，所以價帶中的電子很容易從光子吸收能量躍入受主能帶，使價帶產(chǎn)生空穴參與導(dǎo)電。不過，有時也不完全如此，光子往往因相互競爭在未到達(dá)這個極限時就衰退了。顯然，禁帶寬度 gE 是確定光波波長的因素，當(dāng)超過長波閾值的光波射到半導(dǎo)體材料上時會產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)。但是，如果這些材料內(nèi)的電子受到一種外來能量如光子的激發(fā)，且這種激發(fā)又能使電子獲得足夠的能量越過禁帶而躍入導(dǎo)帶的話，則材料中就會產(chǎn)生大量的電子及空穴（光生載流子）參與導(dǎo)電，因而材料的 電阻就相應(yīng)減小。 光敏電阻的工作原理 所謂光電導(dǎo)效應(yīng)是指半導(dǎo)體受光照射后，其內(nèi)部產(chǎn)生載流子，使半導(dǎo)體中載流子數(shù)顯著增加而電阻減小的現(xiàn)象。 （ 8）額定功率。 （ 7）溫度系數(shù)。 （ 6）伏安特性曲線。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。 光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。 （ 4）光譜響應(yīng)。 （ 3）靈敏度。 （ 2）暗電流、暗電阻。 光敏電阻的主要參數(shù)是： （ 1） 光電流、亮電阻。 可見光光敏電阻：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、硅、砷化鎵、硫化鋅光敏電阻器等。 紅外光敏電阻：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。為了提高靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上層鍍金或銦等金屬形成的。半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極與引出線端相連接，通過引出線端接入電路。 光敏電阻的結(jié)構(gòu) 通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的材料可以制成電導(dǎo)率隨入射光度量變化的器件，稱為光電導(dǎo)器件或光敏電阻。 由于編者水平有限，書中難免存在缺點(diǎn)、錯誤及不足之處，歡迎各位專家對此實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備提出寶貴的建議，我們將使得產(chǎn)品性能更加完善，促使中國教育事業(yè)的快速發(fā)展。 熟練地掌握光電檢測器件的各種特性，并在實(shí)際應(yīng)用中合理使用，是目前教學(xué)的基本要求。光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書