目 录
摘要·········································································································· Ⅰ
关键词······································································································· Ⅰ
Abstract··································································································· Ⅱ
Keywords··································································································· Ⅱ
引言··········································································································· 1
1.实验原理及实验仪器的组装············································································· 1
1.1光敏电阻的原理························································································· 1
1.2实验仪器的组装························································································· 1
2.实验数据记录······························································································ 2
2.1开关控制下利用不同光源，研究光强从零突变时光敏电阻的响应时间（开关控制） 2
2.1.1测量灯泡照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间·································· 2
2.1.2测量Na光照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间································ 2
2.1.3测量红米Note2手机电筒照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间··············· 3
2.1.4测量三星手机电筒照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间······················· 3
2.2挡板挡光控制下利用不同光源，研究光强从零突变时光敏电阻的响应时间（挡光控制） 4
2.2.1测量灯泡照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间·································· 4
2.2.2测量Na光照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间································ 4
2.2.3测量红米Note2手机电筒照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间··············· 4
2.2.4测量三星手机电筒照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间······················· 5
3.实验数据分析及处理······················································································ 5
4.结论········································································································· 7
结束语········································································································· 8
参考文献······································································································ 8
致谢··········································································································· 9
不同光源对光敏电阻延时特性的影响研究
引言
光敏电阻是一种阻值与光强有直接关系的光电元件。由于它具有灵敏度高、反应速度非常快、价格廉价、体积小、性能稳定等特点，因此被广泛的应用于日常生活中，例如:摄影方面、光控路灯设计和自动控制等领域中[2]，故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[1]。
谢音等研究光敏电阻响应时间而设计的实验方法，一般通过灯泡结合开关的通断来探究光敏电阻的响应时间与光强的关系，但是灯泡的温度及其阻值会随通电时间的长短而变化，以及开关的手动控制快慢会给测量带来不便和一定的误差。本文将灯泡、Na光和两种手机电筒作为光源，分别利用开关控制和挡光控制两种方法，探究了光强从零突变时光敏电阻的响应时间与光强及其光源的关系，并且通过比较两种方法下的
-E
曲线图，分析了两种方法对光敏电阻响应时间的影响。
1.实验原理及仪器的组装
1.1光敏电阻的原理
光敏电阻没有极性，它是半导体元件中的一种，它主要是根据半导体的内光电效应设计而成的电阻器[1]。在无光照条件下，其阻值最大；在光照从无到有的过程中，价带中的电子吸收光子的能量跃迁到导带，其电阻值随光强的增大而减小，导电性随之而逐渐增强。当光照停止后，电阻恢复至原值，导电性逐渐减弱[1-5]。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[1,2]。光敏电阻响应时间的大小,表明光敏电阻对光的惰性强弱或变化快慢 [6]。
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数字存储示波器、电阻箱、升降台、光具座、三星手机、红米Note2手机、Na灯、灯泡、照度计等，图1、2分别为实验原理图和实物图。
在图1中：总电源为直流电源（U=12V），光敏电阻Rp与定值电阻R（R=12 K
）串联,1为数字存储示波器，数字存储示波器并联在定值电阻上。首先将光敏电阻与光源用升降台固定在光具座上，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，打开电源，及时记录数字存储示波器上显示的上升时间，并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。（本实验在黑暗环境中进行）。
2.实验数据记录
首先连接电路，在实验中：数字存储示波器上所显示的图像反应的是光敏电阻的光电流和电压的变化曲线，由图3可得：当有光照时，光电流的变化远远滞后于电压的变化，经过一段时间后，光电流才能够达到稳定值，由此验证了光敏电阻存在延时特性[1]。
2.1开关控制下利用不同光源，研究光强从零突变时光敏电阻的响应时间
2.1.1测量灯泡照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间（开关控制）
按照实验原理图连接电路，把灯泡和光敏电阻固定在光具座上，令其共轴等高，为及时改变光强，再把开关串联在与灯泡相连的电路中光强从零突变时光敏电阻的响应时间及时在示波器上读出，具体数据记入表1，曲线如图4所示：
表1：灯泡照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间
E/lx |
 /ms
|
E/lx |
/ms |
30 |
138 |
660 |
44 |
40 |
108 |
750 |
36 |
90 |
78 |
860 |
40 |
100 |
70 |
1000 |
34 |
170 |
50 |
1700 |
32 |
220 |
62 |
2000 |
30 |
250 |
50 |
2500 |
26 |
370 |
46 |
3000 |
28 |
450 |
30 |
3600 |
28 |
560 |
48 |
4800 |
26 |
2.1.2 测量Na光照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间（开关控制）
按照上述实验步骤组装实验，将灯泡换成Na灯，用Na灯的电源开关来瞬间改变光
照强度，具体数据记入表2，曲线如图4所示：
表2：Na光照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间
E/lx |
/ms |
E/lx |
/ms |
30 |
78 |
660 |
32 |
40 |
70 |
750 |
24 |
90 |
70 |
860 |
20 |
100 |
44 |
1000 |
12 |
170 |
40 |
1700 |
22 |
220 |
50 |
2000 |
12 |
250 |
42 |
2500 |
14 |
370 |
22 |
3000 |
10 |
450 |
30 |
3600 |
8 |
560 |
24 |
4800 |
8 |
2.1.3测量红米Note2手机电筒照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间（开关控制）
按照上述实验步骤组装实验，将灯泡换成红米Note2手机光源，利用手机电筒上自带的开关,进行手动控制，实现光强快速从零突变，具体数据记入表3，曲线如图4所示：
表3：红米Note2手机照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间
E/lx |
/ms |
E/lx |
/ms |
30 |
130 |
660 |
20 |
40 |
124 |
750 |
20 |
90 |
84 |
860 |
16 |
100 |
90 |
1000 |
16 |
170 |
50 |
1700 |
12 |
220 |
36 |
2000 |
10 |
250 |
36 |
2500 |
8 |
370 |
30 |
3000 |
8 |
450 |
20 |
3600 |
6 |
560 |
26 |
4800 |
6 |
2.1.4测量三星手机电筒照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间（开关控制）
按照上述实验步骤组装实验，将灯泡换成三星手机光源，利用手机电筒上自带的开关,进行手动控制，实现光强快速从零突变，具体数据记入表4，曲线如图4所示：
表4：三星手机电筒照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间
E/lx /ms E/lx /ms
30 134 660 22
40 124 750 18
90 92 860 22
100 70 1000 18
170 54 1700 12
220 48 2000 12
250 40 2500 10
370 34 3000 8
450 28 3600 8
560 26 4800 8
2.2挡板挡光控制下利用不同光源，研究光强从零突变时光敏电阻的响应时间
2.2.1测量灯泡照射件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间（挡光控制）
按照上述实验步骤组装实验，灯泡电路中不需要安装开关，直接利用挡板进行挡光，然后快速把挡板移开，以便瞬间使光强从零突变，光强从零突变时光敏电阻的响应时间在示波器上读出，具体数据记入表5，曲线如图5所示：
表5：小灯泡照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间
E/lx |
 /ms
|
E/lx |
/ms |
30 |
110 |
660 |
34 |
40 |
102 |
750 |
30 |
90 |
88 |
860 |
16 |
100 |
70 |
1000 |
22 |
170 |
66 |
1700 |
18 |
220 |
58 |
2000 |
14 |
250 |
46 |
2500 |
10 |
370 |
40 |
3000 |
14 |
450 |
44 |
3600 |
12 |
560 |
38 |
4800 |
12 |
2.2.2测量Na光照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间（挡光控制）
按照上述实验步骤组装实验，将灯泡换成Na灯，利用挡板进行挡光来瞬间改变光照强度，具体数据记入表6，曲线如图5所示。
表6：Na光照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间
E/lx |
 /ms
|
E/lx |
/ms |
30 |
80 |
660 |
22 |
40 |
76 |
750 |
20 |
90 |
60 |
860 |
20 |
100 |
44 |
1000 |
18 |
170 |
40 |
1700 |
16 |
220 |
46 |
2000 |
12 |
250 |
34 |
2500 |
12 |
370 |
22 |
3000 |
10 |
450 |
24 |
3600 |
8 |
560 |
26 |
4800 |
8 |
2.2.3测量红米Note2手机电筒照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间（挡光控制）
按照上述实验步骤组装实验，将灯泡换成红米Note2手机光源，利用挡板进行挡光，然后快速将挡板移开,测量光强从零突变时光敏电阻的响应时间，具体数据记入表7，曲线如图5所示：
表7：红米Note2手机照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间
E/lx |
/ms |
E/lx |
/ms |
30 |
150 |
660 |
24 |
40 |
126 |
750 |
28 |
90 |
96 |
860 |
22 |
100 |
88 |
1000 |
20 |
170 |
62 |
1700 |
16 |
220 |
42 |
2000 |
16 |
250 |
52 |
2500 |
14 |
370 |
44 |
3000 |
10 |
450 |
38 |
3600 |
8 |
560 |
34 |
4800 |
8 |
2.2.4测量三星手机电筒照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间（挡光控制）
按照上述实验步骤组装实验，将灯泡换成三星手机光源，利用挡板进行挡光，然后快速将挡板移开,测量光强从零突变时光敏电阻的响应时间，具体数据记入表8，曲线如图5：
表8：三星手机照射条件下，光强从零突变时光敏电阻的响应时间
E/lx |
 /ms
|
E/lx |
/ms |
30 |
140 |
660 |
18 |
40 |
112 |
750 |
22 |
90 |
82 |
860 |
20 |
100 |
78 |
1000 |
16 |
170 |
52 |
1700 |
12 |
220 |
42 |
2000 |
12 |
250 |
38 |
2500 |
10 |
370 |
32 |
3000 |
10 |
450 |
26 |
3600 |
8 |
560 |
24 |
4800 |
8 |
3.实验数据分析及处理
将光强作为X轴，响应时间作为Y轴，根据实验数据用Origin软件分别作出开关控制和挡光控制下，不同光源照射时光敏电阻的
-E曲线对比图如图4和图5所示。
由图4和图5可以看出：光强的大小对光敏电阻的响应时间具有一定程度的影响，光敏电阻的响应时间均会因光照强度的不同而发生相应的变化。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4可以看出：在不同光源照射下光敏电阻的-E曲线波动幅度不一，Na灯的-E曲线波动较为剧烈，灯泡次之，红米Note2和三星手机作为光源时，两者的曲线十分相似，并且较为稳定。当光强达到1000lx后，红米Note2和三星手机光源照射下的-E曲线逐渐趋于平稳；而光强达到2500lx左右时，灯泡照射下的-E曲线逐渐趋于平稳，而Na光照射下的-E曲线则在光强达到3000lx后才逐渐趋于平稳。故利用开关控制光强的突变时，光敏电阻的响应时间不仅和光照强度有关系，而且不同的光源对光敏电阻的响应时间也具有不同程度的影响。
从图5可以看出：利用挡板挡光方式实现光源光强从零突变时，几种光源的-E曲线重合度较高，波动幅度不大。利用挡板进行挡光控制时，不用开关来控制光强的突变，光源在同一位置的光强比较稳定，光强的大小主要与光源和光敏电阻之间的距离有关，测量的实验数据稳定并且精准。因此，挡板控制时几种光源的-E曲线吻合度较高，并且平滑，光源对挡板控制方式的影响很小。
将光强作为X轴，响应时间作为Y轴，根据实验数据用Origin软件作出同种光源照射时，两种方法控制下光敏电阻的-E曲线对比图如图6-9所示：同一光源照射下，灯泡和Na灯照射时，采用挡光控制得出的-E曲线图比采用开关控制时更稳定。而将红米Note2和三星手机电筒作为光源时，无论是采用开关控制、还是挡光控制得出的-E曲线均在光强达到1000LX以后逐渐趋于平稳，并且波动不大，两者重合度较高。这是因为在开关控制下，利用灯泡和Na灯做实验时，首先要预热15分钟，Na灯是利用钠蒸汽放电产生可见光（黄光）的电光源，由于Na灯的性能较不稳定，灯泡和Na灯的光强在开关的闭合、通断过程中要经过一定的时间才能达到稳定值，在同一位置光强的大小会发生一定程度的变化，因此存在一定的实验误差，所以光源的稳定性对光敏电阻数据的准确性影响很大。
而手机由led灯制成，它的稳定性能好、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，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Na灯作为光源时更加精确，-E曲线更加平滑。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。
4.结论
通过不同的光源即：灯泡、钠光、红米Note2和三星手机电筒研究了光敏电阻的响应时间，通过以上实验数据和曲线图我们得出以下结论：
（1）光敏电阻存在响应时间，具有延时特性；光敏电阻响应时间的大小与光照强度有关，并且随着光强的增大而减小；
（2）利用开光控制光强突变时，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
-E曲线波动较为剧烈，灯泡次之，红米Note2和三星手机作为光源较为稳定；利用挡板控制光强突变时，光源的影响很小。
（3）由于手机光源比较稳定，故在研究光敏电阻的响应时间与光照强度的关系时，将手机光源代替传统的灯泡是研究光敏电阻延时特性的一种有效手段。
结束语
在本实验中，笔者不但利用自己改进的实验，采用四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，而且此实验利用光具座，将光学与电磁学结合在一起，结合Origin软件来作图线，大大减小了手动画图和传统方法带来的实验误差，具有一定的创新性。其次，此实验还丰富了测量光敏电阻的响应时间与光强的关系的实验内容。但是本实验也有不足，因为在实验的过程中不能使环境温度保持一定，因此在实验过程中温度的变化也会对实验造成一定的误差。
参考文献：
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[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.
[5] 周磊,高维璐,沈学浩等.光敏电阻在一定光照条件下随温度变化的特性[J].实验室研究与探 索,2010,29(5):26-29.
[6] 宋吉江，牛轶霞. 光敏电阻的特性及应用[J].产品与应用,2000,28(1):56-57.
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[8] 封三.光敏电阻的种类、原理及工作特性[J].红外,2003,(11):48,
[9] 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.
[10] 林芳,张璐,鲁秋红等.光电元件时间特性测量的本科实验及拓展[J].科技资讯,2012,(19):212-213.
[11] 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.
致谢
在我的毕业论文即将完成之际，我四年的大学生活也即将要画上句号。首先在此我要特别感谢我的论文指导老师向文丽老师，在此对她致以衷心的谢意。从论文题目的确定到整篇论文的完成过程中，向老师通过她严谨认真的治学态度，深厚的专业修养和精益求精的工作作风，不仅使我掌握了基本的实验研究方法。而且她严于律己、平易近人的人格魅力对我产生了深远的影响，教会了我如何做好一件事，还让我明白了许多为人处事的道理。本篇论文从选题到完成，正是由于向老师在百忙之中多次审阅全文，对细节进行修改，并为本文的撰写提供了许多中肯而又宝贵的意见，倾注了向老师大量的心血和精力，本文才得以成型。在此，谨向向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
其次我也非常感谢楚雄师范学院物理与电子科学学院各位任课老师四年来对我的帮助和谆谆教诲。在这四年里您们用您们渊博的知识、高尚的人格魅力和严谨的治学态度教会了我如何做好一件事，并且这四年在各位老师的悉心教导下我的学习能力以及解决问题的能力也有了明显的提高。
再次感谢肖伦刚、余东同学和我同组的几个同学，谢谢你们在实验过程中对我的帮助与建议。最后衷感谢楚雄师范学院给予我的这次求学机会，让我学到了更多的知识和做人的道理，使我的人生有了更高的起点！
此外，本文参考了大量杂志期刊和专业丛书，由于参考期刊太多，不能一一注明，敬请原谅并向所有作者和刊物致以诚挚的谢意！由于本人水平有限，纰漏之处在所难免，恳请各位老师不吝赐教。
