光敏电阻在一定光照条件下随温度变化的特性

光敏电阻在一定光照条件下随温度变化的特性 a a b ， ， 磊高维璐沈学浩周 ( a. b. 200240 ); ，上海交通大学 电子信息与电气工程学院物理系上海 :，600 lx ，，摘 要利用自制的透明玻璃管式炉控制温场在恒定光照强度约为 条件下逐渐增加温度发现 CdS ;，、高温对部分 光敏电阻伏安特性的线性影响明显同样亮电阻暗电阻的阻值也随着温度的升高而 ，，。CdS 、升高而亮电阻的阻值在高温下升高更为明显研究比较 光敏电阻的亮电阻暗电阻和伏安特性 ，CdS 。等参数随温度变化的特点为实际应用时如何正确选择 光敏电阻提供了良好的依据 :;;;;关键词光敏电阻玻璃管式炉亮电阻伏安特性暗电阻 :TN 304 . 91:A)716 7 (2010 )05 )002 6 )0 4:1006 中图分类号文献标识码文章编号 Characteristics of Photosensitive Resistance Change with Temperature under Certain Lighting Conditions a a b ZHOU Lei， GAO Wei-lu ， SHEN Xuehao ( a. Department of Ethlece tronics and Electric Engenieering; b. Department Pohyf sics， Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240 ，China) Abstract: By using self-made transparengtl ass tube-type furnacec otnotr ol temperature，thienf luence by high tempera-ture onc urrent-voltage characteristics of partial Cds photoresistors can beo bviously obtained in the condition of constant 600 lx illumination indensity and gradually increasing temperature. B esides，the resistance of the rbight resistance and dark resistance increase with the temperaturreis e . Comparitively，the resistance of bright resistence increases more. T he studies of comparing the changes orfi ghbt resistance，dark resistence and current-voltage characteristics of CdS hpotore- sistors with temperature changroev idpe a goodb asis of how to choose rtihghet Cds photoresistor in actual application. Key words: photoresistor; transparengt lass tube-type furnaceb;ri ght resistance; current-voltage characteristic; dark resistance ，。，的特点达到最有效的应用鉴于此本文介绍了实验 1 引言，，原理及实验装置对实验结果作了分析并根据实验所 。得的结论对光敏电阻的应用进行了探讨 光敏电阻 的是一种基于内光 电 效应的半 导 体 元 ，件其独特的光电导特性使其在各个控制领域有着极 2 实验原理与设计思想。 为广泛的 应 用光 敏 电 阻 的 半 导 体结构以及光敏感 ,1 -2 ,，。性使其具有很特殊的温度与光特性研究它在不 ,3 -5 , 2 . 1 光敏电阻的工作原理，同温度条件下的参数特性变化能更好地利用其自身 ，光敏电阻受光照时其电导率会发生变化该现象 。 ，称为内光电效应当内光电效应发生时光敏电阻吸 ，收的能量使部分价带中的电子跃迁至导带从而产生 收稿日期:2009 )0 8 )2 5，，自由电子和 自 由 空 穴使 得 其 导 电 性 增 加电 阻 值 下 :14 PRP ( T07214021 )基金项目上海交通大学第 期 项目 。，，降光照停止后自由电子和自由空穴逐渐复合电阻 :( 1988 )) ，，，作者简介周 磊 男浙 江 诸 暨 人本 科 生主 要 研 究 方 。值又迅速上升 E-mail:minizon@ yahoo. cn:。 向电子信息与电气工程 :(1961 )) ，，，，通信作者沈学浩男浙 江 慈 溪 人高 级 工 程 师主 要 从 ，( ) 无光照时半导体样品的暗电导率为 。事大学物理实验基础教学研究及管理工作 。 μ 分别为电子和空穴的迁 移 率设光注入的非平衡 p n p，载流子浓度分别为 Δ及 Δ在光照条件下样品的 电 导率变为 = q( n+ p)σ μ μ n p :n = n+ n;p = p+ p。 ( 式中ΔΔ附加光电导率或简0 0 ) 称 光电导Δσ 可写为 = q( n+ pΔσ Δμ Δμ n ) 则光电导的相对值为 p n + p Δ μ Δ μ Δ σ n = 图 2 光敏电阻亮电阻特性测量曲线 pn+ pμ σμ 0 n00 p，，观察曲线的走向可知随着温度不断升高光敏电 = p。b = / ，，n 对本征光电导ΔΔ引入 μ μ n p ，阻的电阻值会有增加的趋势这与温度升高导致载流 得 n ( 1 + b ) Δ σ Δ 子产生更加剧烈的无序运动而使电阻升高的定性解释 = nb + pσ ,10 ,00 0;，相符但是光敏 电阻属于半导体材料它 与 金 属 导 ，( ) 从上 式 可 知要 制 成 相 对 光电导高的光敏电 ，电材料存在不同温度升高也可以使原本处于禁带中 ，np。 ，阻应使 和 数值较小因此光敏电阻一般是由 0 0 ，， 的电子获得足够能量而激发跃迁从而使电阻值减小 。高电阻材料制成或者在低温下使用 ，从图中可以看出光敏电阻在一段较小的范围内电阻 2 . 2 。实验装置值会略微地减小 1 。图 为实验装置示意图光敏电阻样品温场控制 3 . 2 光敏电阻伏安特性的测量结果 。调整的关键设备为自制的透明玻璃管式炉它采用双 600 lx ，光敏电阻的伏安特性是在 光照下通过稳 ，，层真空结构内层管的外壁涂有透明阻性材料两端加 压电源向管式炉提供不同的电压使管式炉最终达到不 ，。， 电压其升温功率与电压正相关在一定环境温度下。同的稳定温度来测量的稳压电压提供的电压值分别 ，，施加给定的 电 压阻 性 材 料 发 热电功率转换成热功 10 、15 、20 、25 、28 V，36 . 1 、为 对 应 产 生 的 稳 定 温 度 为 。，， 率由于两管中间抽成真空内管的热场与外界隔绝54 . 0 、81 . 0 、112 . 6 、130 . 1 ? 。 ，实 际 上温 度 并 不 是 相 。 ，内管中就形成了恒定的温度场随着电压的变化其 ，?3 ? ，，当稳定的实际测量 时 温 度 的 误 差 为 但 是由 ，。 温场也随之变化从而达到电压控温的目的温度场 ，于测量时电流读数并不发生变化因而取中间温度 2 /3 。分布在整个管长中间 的范围内基本均匀理论上 。为稳定温度 ，。而言炉管越长温度场越均匀 3 :通过比较图 伏安特性图可以得到以下结论 (1 ) 光敏电阻伏安特性曲线在一定的温度范围内 。3 ( a ) 、( b ) 具有很好的线性特征图 中的曲线在误差 ,11 ,，允许的范围内通过线性拟合即可证明这点并且通 。 过线性拟合可以发现每组实验点的连线都通过原点 ，事实上对光敏电阻伏安特性的一种理论解释为电导 率的改变量 = pe+ neΔσ Δμ Δμ p n e ;p ;n :式中为电荷电量Δ为空穴浓度的改变量Δ为电 ;;子浓度的改变量μ 为空穴的迁 移 率μ 为 电 子 的 迁 p n 。U ，移率当光敏电阻两端加上电压 后光电流 图 1 实验装置示意图,6 -7 ,Pt100 ，测温传感器为 铂电阻光源为高亮度红 LED，色 照射到管中光敏电阻表面的恒定光照强度约 A U?I = Δσ600 lx。4 CdS ，为 测量对象 为 种 型 号 的 光 敏 电 阻分 d GL12549 、GL5528 、GL5539 GL4537 。别是 和 :A ;d 。 式中为与电流垂直的截面积电极间的距离因 ，而伏安特性曲线为直线并且经过零点斜率反映该光 ,3 5 -, 3 实验结果。敏电阻的阻值状态 (2 ) ，不同型号的光敏电阻它们的环境工作温度 3 . 1 光敏电阻亮电阻的测量结果。5 ，范围是有差别的比较 幅伏安特性图可以发现型 600 lx ， 亮电阻的测量是在 的光照强度下进行的GL4537 GL5539 81 . 0 ? ，号 与 在温度超过 后伏安特性 20 :14 5 ? ，5 ? 1 。 测量温度 每 测量 次测量得到的 GL5528 GL12549 0 . 99 mA / V，1 . 01 k;;间保有线性 特 征但 是 与 即 使 是 在率为 此时阻值约为 Ω GL552836 . 10 . 69 ?? ，130 ? 。时曲 线 斜 率 为左右的温度仍然具有较好的线性特征在 (3 ) 当光敏电阻的伏安特性曲线不具有线性性质 mA / V，1 . 45 k，54 . 0 ? ，此时阻值约为 Ω在 时曲线斜，I )U I )U 。 时其 曲线与金属导电材料的 曲线很相似0 . 22 mA / V，4 . 55 k，81 . 0 ? 率为 此时阻值约为 Ω在 导致这种现象的原因很可能是载流子的热运动不断加 ，0 . 62 mA / V，1 . 61 k， 时曲线斜率为 此 时 阻 值 约 为 Ω，，剧与金属导电材料中自由电子的热运动加剧一样从 112 . 6 ? 0 . 19 mA / V，，在时曲线斜率为 此时阻值约为 ，而增加了与原子核的碰撞几率缩短了载流子的平均 5 . 26 k，130 . 1 ? 0 . 45 mA / V，，Ω在 时曲线斜率为 此时 ,10 ,，自由程以 致 光 敏 电 阻 电阻 增加并趋向于某一阻 2 . 22 k;阻值约为 Ω 。值 (4 ) 通过 对 具 有 线 性 性 质 的 伏安特性曲线的拟 36 . 10 . 63? ，GL12549 时曲 线 斜 率 为? 在 ，:合可以得到 mA / V，1 . 59 k，54 . 0 ? ，此时阻值约为 Ω在 时曲线斜 0 . 61 mA / V，1 . 64 k，81 . 0 ? 率为 此时阻值约为 Ω在 ，0 . 59 mA / V，1 . 69 k， 时曲线斜率为 此 时 阻 值 约 为 Ω GL453736 . 10 . 46 ?? ，时曲 线 斜 率 为在112 . 6 ? 0 . 51 mA / ，，V在时曲线斜率为 此时阻值约为 mA / V，2 . 17 k，54 . 0 ? ，此时阻值约为 Ω在 时曲线斜1 . 96 k，130 . 1 ? 0 . 48 mA / V，，Ω在 时曲线斜率为 此时 0 . 44 mA / V，2 . 27 k;率为 此时阻值约为 Ω2 . 08 k。阻值约为 Ω GL553936 . 1? ，1 . 04?在时曲 线 斜 率 为 ( a) 36 . 1 ?( b) 54 . 0 ? ( c) 81 . 0 ?( e) 130 . 1 ?( d) 112 . 6 ? GL4537 ，GL5539 ，GL5528 ，GL12549? ? ? 3 图 光敏电阻的伏安特性曲线 3 . 3 ，GL5539 2 s。测量的时间滞后于 时测得的电阻值其中 光敏电阻暗电阻的测量结果 325 lx 2 s4 :本实验测量的暗电阻是在关闭 光照第 通过对图 观察可以得到 ( a) 未关闭( b) 关闭第 2 s 图 4 光敏电阻的暗电阻特性曲线 4 ，、、。由于用 位半数字万用表测量电阻值时显示值跳动的报警器光线明暗控制器晚上小区的光控大门等 ，。 ，较大因而其数值的准确性值得商榷虽然存在较大但是需要注意的是光敏电阻的工作环境温度环境温 ，，，误差但从获得的曲线中可以看出暗电阻在一段范围 度过高不适宜用光敏电阻当然利用高温强光下亮电 ，。，阻会剧烈增加也可以用于突发事件的报警电路 内随温度变化仍可能具有线性性质同时其阻值随温 。度增加而增加的趋势是不变的 (2 ) 4 ( a) GL5539 s，2 图 中 的测量时间晚于 其变 ( References) :参考文献 ，化却如此迅速说明光敏电阻内部自由电子与自由空 ,1 , 周 红，杨卫群，沈学浩，等. 光敏电阻基本特性测量实验的设计。，穴复合的速度是相当快的因而稍有滞后数字表的示 J. 2003 23 11 9 .,,，，():物理实验 。数跳动会很大 ,2 ,. 传感器技术大全，上 M . 张洪润，傅瑾新，吕泉，等册,,北京:北 ，2007 341 -349 .:京航空航天大学出版社 . M . ，,,:，张 艺沈为民固体电子 学 基 础杭 州浙江大学出版社 ,3 , 4 结论2005 100 -113 181 -193 . :， Adel S Sedra，Kenneth C Smith. ( ) ,M ,. 5 . 微电子电路上册版周 ,4 , ，CdS 在一定温度范 围 内光 敏 电 阻 的 伏 安 特 性 对. :，2006 :164 -169 .北京电子工业出版社 玲玲等译，。 温度变化的敏感度并不高仍 具 有 较好的线性特征. M . ，,,:华成英童诗白模拟电子 技 术 基 础北 京高 等 教 育 出 版 ,5 ,100 ? ，。 工作环境温度超过 时则有较明显的影响但 2006 :9 -11 . ，社 . ,M ,. :，2009 :GL5528 GL12549 CdS ，吴建平传感器原理及应用北 京机械工业出版社 对型号 与 的 光敏电阻 而 言却 ,6 ,214 -217 . 。，， 仍具有良好的线性故在选材时若要排除温度影响，，. ,M ,. :游伯坤阚家钜江兆章温度测量与 仪 表北 京科 学 技 术 。，则应优先考虑利用这种线性特征可以制造某些测 1990 :117 -140 . ，文献出版社 ,7 ,，，。量仪器但其测量条件往往较为苛刻故不宜常用当 ，. Origin 6 . 0 ,M,. :郝红伟施光凯实例教程北京中国电力出版 ，，，然也可反其道而行通过电路中的非线性变化对环 2000 :88 -145 . ，社 ,8 ,。境作出警报 ，. ,M ,. : 张 宏赵敏福大学物 理 实 验合 肥中国科学技术大学 ，2009 :18 -28 .出版社 ，CdS 通过研究亮电阻与暗电阻特性可以发现 光 ,9 ,. M ,. ,:，施 敏半导体器件 物 理 与 工 艺苏 州苏 州 大 学 出 版 社 。敏电阻阻值在亮暗变化环境中会发生剧烈的变动由 2002 :47 -55 . ，于光敏电阻对光的高敏感性可以将其应用到光控电 ,10 ,，路中利用电压的跳动实现开关的作用或是信号的变 ,11 , 江美福，方兴建. 大学 物 理 实 验 教 程,M ,. 北 京: 科 学 出 版 社， 2009 :3 -30 . 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 ( 6 )上接第 页 ( 自然科学版) ，2003 ，31 (12 ) :89 -93 . 4 ，由图 可见断面测点在横向上从左边壁到右边，. 水利水电科学研究 院南京水利水电科学研究院水 工 模 型 试 ,2 ,12 ，壁共布置 条垂直测线靠近两侧边壁处的网格设置 M,. :，1985 :111 -112 .北京水利电力出版社 ,验，2 根据探头大小确定与其相邻的 点则是考虑到边壁 . J,. ,，吴 嘉流速测量方法综述及仪器的最新进 展计 测 技 术 ,3 ,，。 的影响在边界附近适当加密布置每条垂直测线上 2005 (6 ) :1 -4 . 12 ，8 测点从下到上布置 个点最下一层测点距离槽底 ，，. ,J,. 文 华朱玉琛付 广流速仪在国内外的研究现状舰船 ,4 ,mm，，3 2007 (3 ) :43 -45 .根据探头大小确定其上 层和邻近水面的两层 ，防化 . ，，蔡守允杨大明朱 其 俊模型试验流速 测量仪器的分析研究 。同样是考虑自由表面和槽底影响而适当加密布置 ,5 ,,J,. 2007 ，18 (3 ) :36 -38 .，水资源与水工程学报 ，. J,. ，,唐桂兰黄 新张大 中三种流速测量 方 法综 述林 业 建 1997 (4 ) :11 -13 . ， 设,6 , 5 结语，，，. 肖 洋唐洪武毛 野等新 型 声 学 多 普勒 流速仪及其应用 ,J,. ( ) ，2002 (3 ) :15 -18 .河海大学学报自然科学版 ECM，本文在试验中采用了 以对连续弯道中水流 ,7 , 。的紊动结构进行测量该流速仪对原有水流流态的干 ，。 扰较小能灵活适应连续弯道的形态试验过程中采 ,8 , 凌宗胜，赵 凤 琴. 智能电磁流速仪测量原理和抗干扰 技 术,J,. ，2007 ，35 (2 ) :31 -32 .黑龙江水利科技 ，，取了合理的措施和方法可以实现简便的操作方式精 ， 确的测量精度能够减少试验过程中的误差达到试验 ,9 ,李玉柱，贺五洲. 工程 流 体 力 学,M,. 北 京:清 华 大 学 出 版 社， 2006 :158 -160 . 。所需要的精度要求 ,10 , 许光祥，史 凯. 弯道水流的 紊 动 特 性,J,. 山 西 建 筑，2007 ，33 (12 ) :354 -355 . eeences) :( Rfr参考文献 ,1 , 刘月琴，万 艳 春. 弯道水流紊动强度,J,. 华南理工大学学报 file:///D|/我的资料/Desktop/新建文本文 档.txt Appliance Error (configuration_error) Your request could not be processed because of a configuration error: "Could not connect to LDAP server." For assistance, contact your network support team. file:///D|/我的资料/Desktop/新建文本文档.txt2012-07-12 20:42:52