光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成 ,因半导体光电晶体成分不同,又分为可见光光敏电阻(硫化镉晶体)、红外光光敏电阻(镓晶体)、和紫外光光敏电阻(硫化锌晶体)。当波长的光照半导体光电晶体表面,晶载流子,使其电导率(即电阻减小)。
◆光电流 、亮阻:在一定外加电压下,当有光(100lx照度)照射时,流过光敏电阻的电流称光电流;外加电压与该电流之比为亮阻,一般几kΩ~几十kΩ。
◆暗电流、暗阻:在一定外加电压下,当无光( 0 lx照度)照射时,流过光敏电阻的电流称暗电流;外加电压与该电流之比为暗阻,一般几百kΩ~几千kΩ以上。
值得注意的是,光照特性(随光照强度变化的特性)、温度系数(随温度变化的特性)、伏安特性不是线性的,如以CdS(硫化镉)光敏电阻的光阻有时随温度的而增大,有时随温度的又变小。
和普通二极管相比,除它的管芯也是一个PN结、具有单向导电性能外,其他均差异很大。首先管芯内的PN结结深比较浅(小于1微米),以光电转换能力;第二PN结面积比较大,电极面积则很小,以有利于光敏面多收集光线;第三光电二极管在外观上都有一个用有机玻璃透镜密封、能汇聚光线于光敏面的“窗口”;所以光电二极管的灵敏度和响应时间远远优于光敏电阻。
2DU有前极、后极、环极三个极。其中环极是为了减小光电二极管的暗电流和工作性而设计的,应用时需要接电源正极。光电二极管的主要参数有:高工作电压(10~50V),暗电流(≤0.05~1微安),光电流(>6~80微安),光电灵敏度、响应时间(几十ns~几十μs)、结电容和正向压降等。
光电二极管的优点是线性好,响应速度快,对宽范围波长的光具有较高的灵敏度,噪声低;缺点是单独使用输出电流(或电压)很小,需要加放大电路。适用于通讯及光电控制等电路。
光电二极管的检测可用万用表R×1K挡,避光测正向电阻应10KΩ~200 KΩ,反向应∞,去掉遮光物后向右偏转角越大,灵敏度越高。
光电三极管可以视为一个光电二极管和一个三极管的组合元件,由于具有放大功能,所以其暗电流、光电流和光电灵敏度比光电二极管要高得多,但结构原因使结电容加大,响应特性变坏。广泛应用于低频的光电控制电路。
教材仅要求简单的热敏电阻和光敏电阻特性实验。由于气体与人类的日常生活密切相关,对气体的检测已经是保护和生态居住不可缺少手段,气敏传感器发挥着极其重要的作用。例如生活中的浓度达0.8~1.15 ml/L时,就会出属氧化物半导体气敏材料,通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒,并以此为基体掺杂一定催化剂,经适当烧结工艺进行表面修饰,制成旁热式烧结型CO元件,能够探测0.005%~0.5%范围的CO气体。还有许多易爆可燃气体、酒精气体、汽车尾气等有体的进行探测的传感器。常用的主要有式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层),使用时对铂丝通以电流,保持300℃~400℃的高温,此时若与可燃性气体,可燃性气体就会在稀有金属催化层上,因此铂丝的温度会上升,铂丝的电阻值也上升;通过测量铂丝的电阻值变化的大小,就知道可燃性气体的浓度。电化学气敏传感器一般利用(或固体、有机凝胶等)电解质,其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流,也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。半导体气敏传感有灵敏度高、响应快、性好、使用简单的特点,应用极其广泛;下面重点介绍半导体气敏传感器及其气敏元件。
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