光敏电阻的特性与光开关的设计（1.北京邮电大学信息与通信工程学院班，北京市海淀区100876）摘要：了解光敏电阻的光照特性，通过控制离光源的距离来控制光照强度，测量不同距离的光敏电阻伏安特性曲线。根据NE555的功能，自行设计简单的光开关。关键词：光敏电阻；光开关中图分类号：043文献标识码：ACharacteristicsofphotoresistorandthedesignofopticalswitch(BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing,100876,China)Abstract:Theobjectiveoftheexperimentistostudythecharacteristicsofthephotoresistor.Wecancontroltheilluminationintensitybyadjustingthedistancebetweenthelightsourceandthephotoresistor.Thenwecangetthephotoresistancevolt-amperecharicteristics.What’smore,weshoulddesignanopticalswitchbyusingtheNE555chipandthephotoresistor.Keywords:photoresister;opticalwitch;为了生活的便利，人们设计出许多根据生活实际需要而控制的电路。而光敏电阻的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值的变化。光敏电阻具有灵敏度高、光谱特性好、使用寿命长、稳定性高、体积小等特点，由光线的变化来实现电路的开关，在自动化技术中发挥着重要的作用。本次实验便是在了解光敏电阻特性的基础上设计光开关，实现在光线变化时光开关自动开启或关闭。1实验目的设计测量光敏电阻的伏安特性曲线的实验步骤并完成测量；测出光敏电阻随光强变化的曲线；通过NE555设计并组装一个开关电路。2实验仪器光敏电阻，电阻，发光二极管，电阻箱，NE555时基极集成电路，直流稳压电源，数字万用表，直流电流表，滑动变阻器，光源。3实验原理3.1光敏电阻原理光敏电阻是基于内光电效应制作的光电元件。它是一种受光照射是导电能力急剧增加的电子元件。光照下物体导电率改变的现象称为内光电现象（光导效应）。光电效应发生时，半导体材料吸收的光子能量使部分价带上的电子迁移到导带，同时在价带中留下空穴。由于材料中载流子数目增加，材料的导电率增加，电导率的改变率为Δσ=Δpeμp+Δneμp（1)其中，e为电荷电量，Δp为空穴浓度的改变量，Δn为电子浓度的改变量，为空穴的迁移率，为电子的迁移率。当光敏电阻两端加上电压U后，产生的光电流（即外电路中的电流）为I=AΔσU/d（2）其中，A为与电流垂直的截面积，d为电极间的距离。由式（1）和（2）可知，在光照强度一NE555P84CU6253Vcc定时，光敏电阻两端所加电压与光电流成线性关系，并且直线经过零点，其斜率可以反映在该光照下的阻值状态。光强越强，曲线的斜率越大。如图1。图1光敏电阻的伏安特性通过改变光敏电阻到光源的距离L来改变入射光强，入射到光敏电阻上的光强与光敏电阻受光面到光源距离的平方成反比，即Iα1/L2,1/L2可作为相对光强进行测量。如图2。图2光敏电阻的光照特性曲线根据不同的光强所对应的电阻值，可以方便地设计不同光照条件下的光开关。如图3。图3R-1/L2曲线3.2光开关设计原理利用双稳电路实现的光控开关。原理图如下：如图，电路中有两个参考电压Vref1=1/3Vcc(V2)和Vref2=2/3Vcc(V6)，称为触发电压和阈值电压，V6的电压等于Vcc在电阻2R上的分压，而V2则等于0.5V6.当光敏电阻受外界光强影响阻值产生变化时，V6和V2将会发生相应的变化。当V6≥2Vcc/3时，芯片的输出V3为低电平，当V2≤Vcc/3时，输出V3为高电平。而输入端的电平在V6<2Vcc/3和V2>Vcc/3时的输出状态则取决于前一时刻输出端的状态。当外界的光较强时（比如白天），R0P较小，此时,V6≥2Vcc/3输出为低电平UOL，发光二极管关闭。当外界的光强逐渐便变弱时，R0P增加，V6下降至小于等于2VCC/3,此时输出为低电平，发光二极管保持关闭状态。直到光强很暗时V2≤Vcc/3，输出才会转变为高电平UOH,发光二极管开启。当天亮时，R0P逐渐较小，当V6上升至大于等于2VCC/3时，发光二极管才会关闭。如图4。图4NE555P的工作原理4实验内容4.1实验要求1.测量光敏电阻的伏安特性曲线（取3个不同的距离，每条曲线测6-10个数据点，电源电压设为5V）。2.测量光敏电阻的光照特性曲线，用万用表测量电阻，10...