不同光源对光敏电阻延时特性的影响研究

第３Ｏ卷第３期　大学物理实验　ＶｏＩ＿３０　ＮＯ．３　２０１７年６月　ＰＨＹＳＩＣＡＬ　ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ　０Ｆ　Ｃ０ＬＬＥＧＥ　Ｊｕｎ．２０ｌ　７　文章编号：１００７—２９３４（２０１７）０３—００３５—０４　不同光源对光敏电阻延时特性的影响研究　魏放萍，向文丽　（楚雄师范学院，云南楚雄６７５０００）　摘　要：光敏电阻存在延时特性，光敏电阻的响应时间随着光强的增大而减小，而且与光源有关。　通过Ｏｒｉｇｉｎ软件比较几种光源的△￡一Ｅ图，得出手机光源曲线平滑，精确度较高，可以作为研究光敏电阻　延时特性的一种有效光源。　关键词：光敏电阻；不同光源；响应时间；光照强度；延时特性　文献标志码：Ａ　ＤＯＩ：１０．１４１３９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ２２—１２２８．２０１７．０３．００９　中图分类号：Ｏ　４－３４　光敏电阻又称为光导管，它是一种利用半导　间的长短，表明光敏电阻对光的变化快慢或惰性　的强弱。　体的光电导效应制成的，电阻值随光照强弱而改　变的电阻器¨　。由于它的价格低、灵敏度高、体　积小、性能稳定，因此被广泛地运用于光电控制、　照相机自动测光、室内光线控制、光控灯等自动控　１．２实验仪器的组装　实验中，光敏电阻的响应时间直接由数字存　储示波器上的上升时间表示。实验装置有：直流　电源、光敏电阻、导线、ＵＴ２２０２Ｃ数字存储示波　制电路中，对光敏电阻的研究具有一定的实验价　值和意义。谢音等用实验证明了光敏电阻存在延　时特性，并且光强的改变量对光敏电阻的响应时　间具有一定程度的影响，即光强的初始值和改变　量越大，响应时间越短…。通过Ｏｒｉｇｉｎ软件对比　不同光源下的曲线图，分析了不同光源对光敏电　阻响应时间的影响。　器、电阻箱、升降台、光具座、手机、钠灯、灯泡、照　度计等。实验原理图和实物图如图１、２所示。　１　实验原理及仪器的组装　１．１光敏电阻的原理　光敏电阻是利用半导体的内光电效应制成的　图１原理图　光敏元件，半导体的导电能力取决于半导体内载　流子数目的多少。。　。在黑暗环境下，光敏电阻的　阻值很高；受到光照时，当光子能量大于材料禁带　宽度，则价带中的电子吸收光子的能量跃迁到导　带，激发出自由电子空穴对使电阻率变小，导电性　逐渐增强。光照越强，阻值越低。光照停止后，自　由电子和空穴逐渐复合，电阻率恢复至原值，光敏　电阻的导电性逐渐减弱　。由于内光电效应，　光电导的这种逐渐上升和逐渐下降的现象，反映　了光生载流子的积累和消失过程，光电导的上升　和下降时间称为响应时间　Ｊ。光敏电阻响应时　收稿日期：２０１６．１２－２７　图２实物图　３６　不同光源对光敏电阻延时特性的影响研究　表１。　表１　不同光源照射条件下。光强从零突变时　光敏电阻的响应时间　ＣＨ１　图３光敏电阻的晌应图　在图１中：１为数字存储示波器，数字存储示　波器并联在定值电阻上，总电源为直流电源（Ｕ＝　ｌ２　Ｖ），光敏电阻Ｒｐ与定值电阻Ｒ（Ｒ＝１２　Ｋ）串　联。首先将光敏电阻与光源固定在光具座上，调　节其高低位置使光敏电阻与光源达到共轴等高，　让光源发出的光能够均匀地照射在光敏电阻上，　用照度计测出光强的大小。然后在光具座上左右　移动光敏电阻，以此改变光敏电阻所受的光照强　∞　∞∞度，并记录数字存储示波器上显示的上升时间　（为减小误差，实验在黑暗环境中进行）。　２实验结果及分析　２．２实验数据分析及处理　２．１　不同光源照射下，光强从零突变时光敏电阻　将光强作为ｘ轴，响应时间作为Ｙ轴，根据　实验数据用Ｏｒｉｇｉｎ软件作出不同光源照射下光敏　电阻的△￡一Ｅ曲线如图４－６。图７为三种不同光源　照射下光敏电阻的△￡一Ｅ曲线对比图。图８两种　型号手机照射下光敏电阻的△￡一Ｅ曲线对比图。　的响应时间　利用灯泡和钠灯作为光源时，在图１电路中　串联一个开关，以便瞬间改变光强，实现光强从零　突变，按照图１连接电路，示波器的ＣＨ１、ＣＨ２通　道分别反映光敏电阻的光电流变化曲线和灯泡两　端的电压；而手机作为光源时，直接利用手机电筒　自带开关进行控制。由图３光敏电阻的响应图可　以看出：光敏电阻受到光照射时，光电流的变化落　后于电压的变化，光电流要经过一段时间才能达　到稳定值，由此验证了光敏电阻存在延时特性。　为了研究不同光源对光敏电阻延时特性的异同，　Ｅ　厦　譬　誓　在不同光强条件下，测试了光敏电阻在灯泡照射　下的响应时间：Ａｔ，，三星手机照射下的响应时间：　△ｚ，，钠灯照射下的响应时间：△￡　，具体数据如　光强Ｅ（Ｉｘ）　图４灯泡照射下光敏电阻的　－Ｅ曲线图　不同光源对光敏电阻延时特性的影响研究　３７　∞　加　∞　∞　∞　柏　∞　Ｏ　Ｅ　厘　翟　捌　譬　２０００　３０００　４０００　５０００　光强Ｅ（Ｉｘ）　图５手机光源照射下光敏电阻的　－Ｅ曲线图　岔　∈　厘　茁　蜃　光强Ｅ（Ｉｘ）　图６　Ｎａ灯照射下光敏电阻的△ｆ－Ｅ曲线图　宙　Ｅ　首　譬　翘　谬　０　１０ｏ０　２０００　３０００　４０００　５０００　光强Ｅ（Ｉｘ）　图７不同光源照射下光敏电阻的△ｆ－Ｅ曲线对比图　图８两种型号手机照射下光敏电阻的△ｆ－Ｅ曲线对比图　从图４－６可以看出：光强的大小对光敏电阻　的响应时间具有一定的影响，光敏电阻的响应时　间因光照强度的不同而变化，即：光强越小，光敏　电阻的△　。Ｅ曲线变化越急剧，光强增大时，光敏　电阻的响应时间随之而减小，并且在光强达到某　一值时，光敏电阻的响应时间将发生很小的变化　（甚至不变）。　从图７可以看出：光敏电阻的△　－Ｅ曲线在不　同光源照射下波动幅度不一，钠灯的△　一Ｅ曲线波　动较为剧烈，灯泡次之，手机电筒曲线较稳定。两　种不同型号的手机电筒作为光源（见图８），Ａｔ—Ｅ　曲线比较稳定且吻合度较高，重复性较佳。当光　强达到ｌ　０００　ｌｘ后，灯泡和手机光源照射下的△　－　Ｅ曲线逐渐趋于平稳；而钠光照射下的△　—Ｅ曲线　则在光强达到２　０００　ｉｘ后才逐渐趋于平稳，故光　敏电阻的响应时间不仅和光照强度有关，而且不　同的光源对光敏电阻的响应时间具有不同程度的　影响。　钠灯和灯泡随着光照时间的增加，温度会变　高，光敏电阻在该光源光照下同一位置的光强会　发生一定程度的变化，数据较不稳定，测出的光强　具有一定的误差，△　．Ｅ曲线波动幅度较大，光源　的稳定性与光敏电阻数据的准确性具有很大的关　系。而两种不同型号的手机电筒都由ｌｅｄ灯制　成，其作为光源时稳定性能好、亮度高、反应速度　快、无须热启动时间，微秒内即可发光，不存在灯　丝发光易烧，散发热量大等现象，则利用其作为光　源来研究光敏电阻的响应时间时，测出的数据比　灯泡和钠灯作为光源时更为稳定和精确，　．Ｅ曲　线更平滑。此外将手机作为光源时，不需要串联　开关，手机上自带的开关可以瞬间改变光强，利用　手机电筒开关进行控制则更加方便、快捷，故手机　光源可以作为研究光敏电阻延时特性的一种有效　手段。　３结论　通过不同的光源即：灯泡、手机电筒及钠光研　３８　不同光源对光敏电阻延时特性的影响研究　究了光敏电阻的响应时间，通过以上实验及分析　得出以下结论：　性曲线图，得出光源对光敏电阻的响应时间具有　一定的影响，手机光源可作为研究光敏电阻延时　（１）光敏电阻存在响应时间，具有延时特性；　响应时间的大小与光照强度有关，并且随着光强　特性的一种有效手段，具有一定的创新性。　参考文献：　［１］谢音，赵泽龙，李伟，等．光敏电阻延时特性的验证　的增大而减小，即Ｅ越大，越小；　（２）光敏电阻响应时间的大小不仅与光照强　度有关，而且还与光源的稳定性有关。Ｎａ灯的　及光强对其影响的探究［Ｊ］．物理实验，２０１４（８）：　５—８．　△　—Ｅ曲线波动较为剧烈，灯泡次之，手机作为光　源较为稳定；　（３）在研究光敏电阻的响应时间与光照强度　［２］　范佳午，杨军，张灿坤，等．光敏电阻响应时间的研　究实验［Ｊ］．物理实验，２００７，２７（３）：４６—４８．　［３］　舒秦，王瑞平，孙向红，等．光敏电阻特性的研究［Ｊ］．　西安科技学院学报，２０００，２０（４）：３７７．３７９．　［４］　刘芬，王爱芳，孙大鹏，等．Ｏｒｉｇｉｎ软件在大学物理实　验数据处理中的应用［Ｊ］．实验科学与技术，２０１０，８　（１）：１９—２１．　的关系时，可将手机光源代替灯泡作为研究光敏　电阻延时特性的一种有效手段。　Ｅ５］　王彦华，刘希璐．光敏电阻原理及检测方法［Ｊ］．装备　制造技术，２０１２（１２）：１０１－１０２．　大学物理实验，２０１５（２）：２８－２９．　４结束语　采用几种不同的光源，验证了光敏电阻的响　应时间随着光强的增大而减小，即具有延时特性。　茅方明．用光速测定仪探究水的折射率［Ｊ］．　［６］　李金玉，［７］　彭媛．光敏电阻的特征与实际应用［Ｊ］．数字通信世　界，２０１５（１１）：１８７—１８７．　光敏电阻在一定光照条　［　］　周磊，高维璐，沈学浩，等．件下随温度变化的特性［Ｊ］．实验室研究与探索，　２０１０，２９（５）：２６—２９．　实验在黑暗环境下进行，减小了用照度计测量光　…一　………　外利用光具座调节光敏电阻和光源共轴等高及左　右距离来减小误差，结合Ｏｒｉｇｉｎ软件对比延时特　’盖　［１０］李雨峰，郑杰．光敏电阻光谱特性测定实验及分析　［Ｊ］．科技展望，２０１５（２１）：１５９—１５９．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　Ｌｉｇｈｔ　Ｓｏｕｒｃｅｓ　ｏｆ　Ｐｈ０ｔＯｓｅｎｓｉｔｉＶｅ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｄｅｌａｙ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ＷＥＩ　ＱＩ—ｐｉｎｇ，ＸＩＡＮＧ　Ｗｅｎ—ｌｉ　（ＣｈｕＸｉｏｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｕｎｎａｎ　Ｃｈｕｘｉｏｎｇ　６７５０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｔｉｍｅ　ｄｅｌａｙ，　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ，ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅｓ．Ｂｙ　ｏｒｉｇｉｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅｓ　Ａｔ－Ｅ　ｆｉｇｕｒｅ，ｔｈｅ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｏｆ　ｍｏｂｉｌｅ　ｐｈｏｎｅ　ｉｓ　ｓｍｏｏｔｈ　ａｎｄ　ｈａｓ　ｈｉｇｈ　ａｃｃｕｒａｃｙ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｌａｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅｓ；ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｉｍｅ；ｌｉｇｈｔ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；ｔｉｍｅ　ｄｅｌａｙ　ｃｈａｒａｃ—　ｔｅｒｉｓｔｊｅ