光敏電阻頻率特性測定實驗及分析

摘 要：光敏電阻作為一種重要的電子元件，由于其具有靈敏度高、反應速度快、體積小和可靠性好等特點而不斷被開發，但科學研究以及市場應用對光敏電阻的性能要求也越來越高。文章首先介紹了光敏電阻的工作原理及主要參數，然后針對光敏電阻光照特性的測量需要進行了實驗設計，完成了對光敏電阻響應時間和頻率特性等參數的測量，并分析其中的規律。

關鍵詞：光敏電阻；特性；分析；實驗

引言

光敏電阻是利用材料或器件的電導率會隨外加光源的改變而變化的性質制作的一種不同于普通定值電阻的可變電阻。由于其靈敏度高、反應速度快、體積小和可靠性好等原因，被廣泛運用于各種光控電路之中。光敏電阻在無光照的條件下電阻一般很大，當存在光照時，其電阻便會大大下降。文章針對光敏電阻的伏安特性和光照特性的測量需要進行了實驗設計，完成了對光敏電阻響應時間和頻率特性等參數的測量，并分析其中的規律，為以后對光敏電阻的研究提供了資料。

1 光敏電阻的工作原理及主要參數

1.1 光敏電阻的工作原理

材料或器件受到光照時電導率發生變化的現象稱為內光效應。當光源存在時，發生內光效應，材料或器件吸收的能量使部分價帶電子變遷到導帶，與此同時，在價帶中便形成了空穴，由于載流子個數的增加，材料或器件的導電率也隨之增加。光源消失后，由光子激發產生的電子─空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也將恢復原值。光敏電阻是利用內光效應原理制作的光電元件。光敏電阻是一個可變電阻器件，沒有極性，在直流電和交流電壓下都可以正常工作。

1.2 主要參數

暗電流：在一定溫度下，光敏電阻不受光照時，通過的電流稱為暗電流。

亮電流：在一定溫度下，光敏電阻受到光照時，通過的電流稱為亮電流。

光電流：在相同外在和內在條件下，亮電流與暗電流之差稱為光電流。

1.3 光敏電阻的特性

頻率特性：光敏電阻光電流的變化有一定的滯后，這種滯后用時間常數來表示。時間常數定義為光敏電阻從光照停止時所擁有的光電流下降到原有電流值63%所經過的時間。

2 實驗內容與步驟

實驗元件主要有LED燈1、示波器2、光敏電阻3、信號發生器4、電源5、開關6和變阻箱7，LED燈和信號發生器用于產生脈沖光，示波器用于顯示光敏電阻兩端電壓隨時間的變化。

實驗步驟：（1）連接電路：按圖1的方式連接好電路；（2）測量反應時間：調整LED燈的信號為10V的方波，改變不同的頻率，從示波器的熒光屏上讀出光敏電阻的時間常數；（3）測量不同光強下的頻率特性：改變LED信號源的頻率，從示波器的熒光屏上讀出光敏電阻的兩端電壓的變化△U；（4）改變光敏電阻受到的光強，重復步驟（3）。

3 數據分析與結論

3.1 時間常數

LED燈的信號源為方形波，幅度為10V，頻率依次為20Hz、40Hz、100Hz。

由表1可以看出：（1）相同頻率下，電壓下降至63%所用的時間比上升至63%所用的時間短，說明載流子的產生比復合快。（2）頻率增大時，t1和t2都變小。光強不變時，反應時間常數不變。但由于信號波的頻率變大，周期變小，導致光敏電阻兩端的電壓沒有到達最大值就開始下降，所以t1和t2都變小了。（3）光敏電阻兩端電壓的變化幅度△U隨頻率的變化。

由圖2可以看出：（1）同一光強下，△U隨頻率的增大而變?。划旑l率f趨近于無窮大時，△U趨于零。光強一定時，光敏電阻的反應時間常數是一定的，當信號源的頻率變大，周期變短，光敏電阻兩端的電壓還沒到最大值就開始下降，所以測得△U變小。（2）不同光強的數據線不重合，但光強的影響較小。在信號源頻率相同時，照射光強越強，載流子產生速度越快，光敏電阻兩端的電壓變化，△U變大。

4 結束語

光敏電阻是被廣泛應用于各行各業的光電轉化元件，現代電子技術的發展對光敏電阻在性能上提出了越來越高的要求，對光敏電阻基礎的研究、工作原理的深入挖掘以及對光敏電阻的特性研究，可以為光敏電阻今后的發展起指導性作用。

參考文獻

[1]舒泰，王瑞平，孫向紅.光敏電阻特性的研究[J].西安科技學院學報，2000（4）.

[2]張斌，李文啟，易小月.光敏電阻的特性研究及應用[J].才智，2009（30）.

作者簡介：何乾偉，男，漢族，23歲，西南石油大學2012級本科生。