传感器技术实验报告金属箔式应变片——单臂电桥性能实验.docx

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1、传感器与检测技术实验报告 实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验一、 实验目的了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。二、 基本原理电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。描述电阻应变效应的关系式为：式中：为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它反映被测部位受力状态的变化。电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压。三、 实验器材主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。四、 实验步骤1. 根据接线示意

2、图安装接线。2. 放大器输出调零。将实验模板上的放大器两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接（）；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置（先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关，调节实验模块放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。3. 电桥调零。检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。4. 应变片单臂电桥实验。在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，记下实验结果填入表五、 实验数据记录及分析测得数据如下：重量（g）204060801001201

3、40160180200电压（mv）4101520253035404651实验曲线如下所示：分析：由图可以看出，输出电压与加载的重量基本成线性关系，5. 根据表中数据计算系统的灵敏度（为输出电压变化量，为重量变化量）和非线性误差，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；为满量程输出值，此处为51mv。=51mv，=200g，所以=0.6909mv，=51mv，所以六、 思考题单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片；（3）正、负应变片均可以。答：应变片受拉，所以选（1）正应变片。实验二 金属箔片应变片半桥性能实验一、实验目的比较半

4、桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点二、基本原理不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥暑促灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压。三、实验器材主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。四、实验步骤1.根据接线示意图安装接线。2.放大器输出调零。具体做法如实验一3.电桥调零。具体做法如实验一4.应变片半桥实验。具体做法如实验一五、实验数据记录及分析实验结果如下：重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）112031425160728190101实验曲线如下所示：分析：从图中可见，输出电压与加载重量成线性。数据点与

5、拟合直线相对单臂更为接近，即线性性更好。5.根据表中数据计算系统的灵敏度（为输出电压变化量，为重量变化量）和非线性误差，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；为满量程输出值，此处为101mv。=101mv，=200g，所以=0.4182mv，=101mv，所以六、思考题1.半桥测量时，两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边；（2）邻边。答：（2）邻边。2.半桥测量时，两片相同受力状态的电阻应变片接入点桥时，应放在：（1）对边；（2）邻边。答：（1）对边。3.桥路测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性；（2）应变片应变效应是非线性的；（

6、3）调零值不是真正为零。答：（1）电桥测量原理上存在非线性；（2）应变片应变效应是非线性的。实验三 金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点二、基本原理全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4、其变化值时，其桥路输出电压。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差都得到了改善。三、实验器材主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。四、实验步骤1.根据接线示意图安装接线。2.放大器输出调零。3.电桥调零。4.应变片全桥实验五、实验数据记录及分析数据记录如下表所示：重量（g）2

7、0406080100120140160180200电压（mv）20416281101122141162182201实验曲线如下所示：分析：从图中可见，数据点基本在拟合曲线上，线性性比半桥进一步提高。根据表中数据计算系统的灵敏度（为输出电压变化量，为重量变化量）和非线性误差，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；为满量程输出值，此处为204 mv。=204mv，=200g，所以=0.3636mv，=204mv，所以六、思考题1.测量中，当两组对边电阻值R相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：（1）可以；（2）不可以。答：（2）不可以。2.某工程技术人

8、员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，能否及如何利用四组应变片组成电桥，是否需要外加电阻。答：能够利用它们组成电桥。对于左边一副图，可以任意选取两个电阻接入电桥的对边，则输出为两倍的横向应变，如果已知泊松比则可知纵向应变。对于右边的一幅图，可以选取R3、R4接入电桥对边，则输出为两倍的纵向应变。两种情况下都需要接入与应变片阻值相等的电阻组成电桥。3.金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理论分析，阐述原因，得出相应的结论。答：根据实验结果可知：灵敏度：全桥半桥单臂非线性度：单臂单桥全桥理论上：灵敏度：单臂，半桥，全桥。非线性度

9、：单臂，半桥，全桥。因为全桥能使相邻两臂的传感器有相同的温度特性，达到消除温度误差的效果。同时还能消除非线性误差。结论：利用差动技术，能有效地提高灵敏度、降低非线性误差、有效地补偿温度误差。4.金属箔式应变片的温度影响电阻应变片的温度影响主要有两个方面。敏感栅丝的温度系数如何消除金属箔式应变片的温度影响？答：利用温度补偿片或采用全桥测量。实验五 差动变压器的性能实验一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有两段式和三段式，本实验采用三段式。当被测物体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次

10、级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化。将两只次级反向串接，引出差动电势输出。其输出电势反映出被测物体的移动量。三、实验器材主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、万用表、导线等。四、实验步骤1.按照接线图连接线路。2.差动变压器L1的激励电压从主机箱中的音频振荡器的Lv端引入，音频振荡器的频率为45KHz，输出峰峰值为2V。3.松开测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套使变压器次级输出的Vp-p较小。然后拧紧螺钉，仔细调节测微头的微分筒使变压器的次级输出Vp-p为最小值（零点残余电压），定义为位移的相对零点。4.从零点开始旋动测微头的微分筒，每隔0.2mm从示

11、波器上读出示波器的输出电压Vp-p，记入表格中。一个方向结束后，退到零点反方向做相同的实验。5.根据测得数据画出Vop-p X曲线，做出位移为1mm、3mm时的灵敏度和非线性误差。数据表格如下：X(mm)-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0V(mv)262.5232.5206.5174152128.596.578.547.530X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(mv)48.578.597.5128.5152174205231.5262.5实验曲线如下：分析：从图中可见，曲线基本呈线性，关于x=0对称的，在零点时存在一个

12、零点误差。X=1mm时，。五、思考题1.用差动变压器测量，振动频率的上限受什么影响？答：受导线的集肤效应和铁损等的影响，若频率过大会导致灵敏度下降。2.试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？答：相同点：利用电磁感应原理工作。不同点：差动变压器为开磁路，一、二次侧间的互感随衔铁移动而变，且两个绕组按差动方式工作；一般变压器为闭合磁路，一、二次侧间的互感为常数。实验八 差动变压器的应用振动测量实验一、实验目的了解差动变压器测量振动的方法。二、基本原理由差动变压器性能实验基本原理可知，当差动变压器的铁芯连接杆与被测体连接时就能检测到被测体的位移或振动。三、实验器材主机箱、差动变压器、差动变压器实验

13、模板、移相器、相敏检波器、滤波器模板、振动源、示波器。四、实验步骤 1、将差动变压器按图3-5 卡在传感器安装支架的U 型槽上，并拧紧差动变压器的夹紧螺母；调整传感器安装支架，使差动变压器的铁芯连杆与振动台中心点磁钢吸合，并拧紧传感器安装支架压紧螺帽；再调节升降杆使差动变压器铁芯大约处于线圈的中心位置。2、按图接线，并调整好有关部分，调整如下：（1）检查接线无误后，合上主机箱电源开关，用频率表、示波器监测音频振荡器 LV 的频率和幅值，调节音频振荡器的频率、幅度旋钮，使Lv输出 45KHz、Vp-p=2V 的激励电压。（2）用示波器观察相敏检波器输出（图中低通滤波器输出接的示波器改接到相敏检波

14、器输出），调节升降杆（松开锁紧螺钉转动升降杆的铜套）的高度，使示波器显示的波形幅值为最小。（3）仔细调节差动变压器实验模板的 RW1 和 RW2（交替调节）使示波器（相敏检波器输出）显示的波形幅值更小，基本为零点。（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失变为一条接近零点线（否则再调节 RW1 和 RW2）。（6）振动源的低频输入接上主机箱的低频振荡器，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。用示波器观察相敏检波器输出及低通滤波器输出波形。3、保持低频振荡器的幅度不变，改

15、变振荡频率，用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰峰电压值，记下实验数据，填入下表 3-3。表 3-3f(Hz)369121518212427Vp-p(V)0.5140.891.1431.2100.4530.2680.2170.1630.1194、根据实验结果作出梁的振幅频率特性曲线，指出自振频率的近似值，并与实验四使用应变片测出的结果相比较。5、保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样可得到振幅与电压峰峰值Vp-p 曲线（定性）。6、注意事项：低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。实验完毕，关闭电源。实验九 电容式传感器的位移实验一、实验目的了解电容式传感器结构及其特点。二

16、、基本原理利用电容CAd的关系式，通过相应的结构和测量电路，可以选择、A、d三个参数中保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可以组成测介质的性质（变）、测位移（d变）和测距离、液位（A变）等多种电容传感器。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，如图3-6所示：由二个圆筒和一个圆柱组成。设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=2 ln(Rr)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生 X位移时，电容量的变化量为 C=C1C2=2 2 Xln(Rr)，式中2 、ln(Rr)为常数，说明 C与位移 X成正比，配上配套测量电路就能测量位移。图3-6 电

17、容式位移传感器结构三、实验器材主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。四、实验步骤图3-7 电容传感器位移实验原理图1、按图3-8将电容传感器装于电容传感器实验模板上，实验模板的输出o1接主机箱电压表的in。2、将实验模板上的Rw调节到中间位置（方法：逆时针转到底再顺时传圈）。 3、将主机箱上的电压表量程（显示选择）开关打到档，合上主机箱电源开关；旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示，再转动测微头（向同一个方向）5圈，记录此时测微头读数和电压表显示值，此点为实验起点值；此后，反方向每转动测微头1圈即=.位移读取电压表读数，共转10圈读取相应的电压表读数（单行程位移方向做实验

18、可以消除测微头的回差）；将数据填入表3-7并作出实验曲线。X(mm)9.789.288.788.287.787.286.786.285.785.28V(mv)-357-296-217-144-72-464131196262表3-7 电容传感器位移与输出电压值实验曲线如下4、根据表3-7数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差，；，。五、思考题试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？答：由于是测谷物的湿度的，当此传感器放在谷物里面时，根据谷物的呼吸作用，用传感器检测呼吸作用的水分程度，从而判断出谷物的湿度，当电容的S与D为恒定值时C=f(),稻谷的含

19、水率不同，介电常数也不同，可确定谷物含水率，传感器为两个板，谷物从传感器之间穿过。在设计过程中应考虑：感应器是否于谷物接触的充分、谷物是否均匀的从传感器之间穿过，而且要注意直板传感器的边缘效应。实验十一 压电式传感器振动测量实验一、 实验目的了解压电传感器的测量振动的原理和方法二、 基本原理压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、 实验器材主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器四、 实验步骤1、按照连线

20、图将压电传感器安装在振动台上，振动源的低频输入接主机箱的低频振荡器，其它连线按照图示接线。2、合上主机箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察低通滤波器输出波形。3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入和输出波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台，同时观察输出波形的变化。4、改变振动源的频率，观察输出波形的变化。低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，用频率表监测，用示波器读出峰峰值填入表格。五、 实验数据记录与分析频率以及相应的峰峰值：f(Hz)578.51215172025V(p-p)0.350.9912.0061.921.231.110.960.756与实验十

21、四电涡流实验振动测量实验比较，可以看出，压电式传感器电压峰峰值变化范围更大，因此压电式传感器的灵敏度更高，测量结果更精确。六、 思考题1、根据实验结果，可以知道振动台的自然频率大致是多少？传感器输出波形的相位差大致为多少？答：根据实验曲线可知，振动台的自然频率大约为8.5Hz。，所以。实验十二 电涡流传感器位移实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、基本原理通过交变电流的线圈产生交变磁场，当金属体处在交变磁场时，根据电磁感应原理，金属体内产生电流，该电流在金属体内自行闭合，并呈旋涡状，故称为涡流。涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表

22、面的距离x等参数有关。电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而改变激磁线圈阻抗，涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的。电涡流工作在非接触状态(线圈与金属体表面不接触)，当线圈与金属体表面的距离x以外的所有参数一定时可以进行位移测量。三、实验器材主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体(铁圆片)。四、实验步骤1、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。调节测微头的微分筒，使微分筒的0刻度值与轴套上的5mm刻度值对准。根据图22-4安装测微头、被测体、电涡流传感器（注意安装顺序：先将测微头的安装套插入安装架的安装孔内，再将被测体铁圆片套在测微头的测杆上；然后在支架上安装好电涡流传感器

23、；最后平移测微头安装套使被测体与传感器端面想贴并拧紧测微头安装孔的紧固螺钉）。2、调节测微头使被测体与传感器端部接触，将电压表显示选择开关切换到20V挡，检查接线无误后开启主机箱电源开关，记下电压表读数，然后逆时针调节测微头微分筒，每隔0.1mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将数据列入表格3、画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及正、负位移测量时的最佳工作点（即曲线线性段的中点）。试计算测量范围为1mm与3mm时的灵敏度和非线性度（可以用端点法或其他拟合直线）。五、实验数据记录与分析电涡流传感器位移与相应电压值：X(mm)00.10.23.54.04.54.95.05.1V(v)000000

24、0.010.060.13X(mm)5.25.35.45.55.65.75.85.96.0V(v)0.200.270.340.430.510.590.680.770.86X(mm)6.16.26.36.46.56.66.76.86.9V(v)0.961.051.141.241.341.451.551.651.75X(mm)7.07.17.68910111213V(v)1.861.972.532.984.105.116.006.727.28X(mm)141515.515.615.715.815.916.016.1V(v)7.738.068.208.238.268.288.308.338.35X(m

25、m)16.216.917.017.518.018.51919.520V(v)8.378.478.488.528.68.678.738.788.83X(mm)20.52121.121.221.321.421.5V(v)8.878.898.898.898.898.898.89从图中可以看出位移在6mm11mm之间为线性区域，最佳工作点为位移为8.5mm时曲线上的点。利用拟合法求灵敏度和非线性度：由于量程为线性范围，因此把6mm处作为测量范围的起点。测量范围1mm：曲线拟合如下图：灵敏度：，所以非线性误差：所以测量范围3mm：曲线拟合如下图：灵敏度：，所以。非线性误差：所以六、思考题1、电涡流传感器

26、的量程与哪些因素有关，如果需要测量5mm的量程应如何设计传感器？答：电涡流传感器的量程就是传感器的线性范围，它受到线圈半径。被测体的性质及形状和厚度等因素影响。2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器？答：要保证所测量的位移在所选的传感器量程范围内。实验十四 电涡流传感器振动测量实验 一、实验目的了解电涡流传感器测量振动的原理与方法。二、基本原理根据电涡流传感器位移特性，根据被测材料选择合适的工作点即可测量振幅。三、实验器材主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、振动源、低通滤波器、示波器。四、实验步骤1、根据图4-5 安装电涡流传感器。逆时针转出压紧螺母，装上传

27、感器安装支架再顺时针转动压紧螺母并接线。2、将主机箱中的低频振荡器幅度旋钮逆时针转到底（低频输出幅度为零），检查接线无误后，合上主控箱电源开关。3、调节振动源中的传感器升降杆（松开锁紧螺钉，粗调升降杆再细调调节螺母），使主机箱中的电压表显示为：实验十三中铝圆片材料特性曲线的线性中点位置时的电压值（这时感器端面与被测体振动台面之间的安装距离为线形区域的中点位置附近）。拧紧锁紧螺钉。4、顺时针慢慢调节低频振荡器幅度旋钮，使低频振荡器输出的电压峰峰值为2（用示器监测）；调节低频振荡器振荡频率为325Hz 之间变化（用频率表监测），频率每增加2Hz 记录低通滤波器输出端Vo 的值（用示波器监测）。表4

28、-6f（Hz）25811141720232628Vo（v）0.1150.1430.1570.4180.1370.1230.1160.1160.1150.1035、画出fVo 特性曲线,由曲线估算振动台的谐振频率（Vo 最大时对应频率）。实验完毕，关闭电源。实验十五直流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验一、实验目的了解霍尔式传感器原理与应用。二、基本原理 根据霍尔效应，霍尔电势，当霍尔元件处在梯度中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。三、实验器材 主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。四、实验步骤1、按示意图接线，将主机箱上的电压表量程开关打到2V档。2、检查接线

29、无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节RW1使数显表指示为零。3、向某个方向调节测微头2mm，记录电压表读数作为实验起始点； 再反向调节测微头，没增加0.2mm记下一个读数，将数据记录入表格：X(mm)1313.213.413.613.81414.214.4V(mV)-1217-1096-976-849-719-595-465-346X(mm)14.614.815.015.215.415.615.816.0V(mV)-230-1090.02116222324424507X(mm)16.216.416.616.817.0V(mV)579635677716748做出V-X

30、曲线，计算不同测量范围时的灵敏度和非线性误差。2mm时灵敏度： 所以。非线性度： 所以五、思考题本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？答：反映的是磁场的变化。实验十七 霍尔转速传感器测电机转速实验一、实验目的了解霍尔转速传感器的应用。二、基本原理 利用霍尔效应表达式：，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N此。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整和计数电路计数就可以测量被测物体的转速。三、实验器材主机箱、霍尔转速传感器、振动源。四、实验步骤1、根据示意图将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢

31、间距离大约为23mm。2、在接线前，先合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源224V旋钮调到最小，接入电压表，监测大约为1.25V；关闭主机箱电源，将霍尔转速传感器、转动电源按照示意图分别接到主机箱的相应电源和频率/转速表的Fin上。3、合上主机箱电源开关，在小于12V的范围内调节主机箱的转速调节电源，观察电机转动及转速表的显示情况。4、从2v开始纪录，每增加1v相应电机转速的数据。五、实验数据记录及分析数据记录：电压（v）23456转速37060083010601300电压（v）7891011转速15201750197022002430画出电机的vn特性曲线：由上图可知，转速与电压呈线

32、性关系。六、思考题1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？答：有。当被测体是磁性体时不能用霍尔元件测量。2、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？答：可以，但是会降低分辨率。实验十八 磁电式转速传感器测电机转速一、实验目的了解磁电式测量转速的原理。二、基本原理基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中的感应电势：发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次变化，通过放大、整形和计数等电路即可测量转速。三、实验器材主机箱、磁电式传感器、转动源。四、实验步骤磁电式转速传感器不用接电源，其余和实验十七相同。五、实验数据记录与分析数据记录：电压（v）23456

33、转速38067087010901300电压（v）7891011转速15201740197021902420画出电机vn特性曲线：当电压为2V时，转速是围绕380r/min上下波动的六、思考题1、为什么磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？答：磁电式转速传感器是利用旋转体改变磁路，使磁通量发生变化，从而使其线圈产生感应电压，如果转速很慢，旋转体改变磁路也很慢，磁通量的变化也很慢，感应电压就会很小，就不能正确地测定转速。实验二十七 发光二极管（光源）的照度标定实验一、实验目的了解发光二极管的工作原理；做出工作电流与光照度的对应关系及工作电压与光照度的对应关系曲线，为以后实验做好准备。二

34、、基本原理半导体发光二极管筒简称LED。它是由-族化合物制成，其核心是PN结。因此它具有一般二极管的正向导通及反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还有发光特性。当加上正向激励电压或电流时，在外电场的作用下，在PN结附近产生导带电子和介带空穴，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区，进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心捕获，再与空穴复合，每次释放的能量不大，以热能的形式辐射出来。发光的复合量相对于非发光的复合量的比例越大，光

35、量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光，所以光仅在靠近PN结面数um以内产生。发光二级管的发光颜色由制作二极管的半导体化合物决定。本实验使用纯白高亮发光二极管。三、实验器材主机箱（020mv可调恒流源、电流表、024V可调电压源、照度表），照度计探头，发光二极管，遮光筒。四、实验步骤1、按照示意图7-2接线，注意+、极性。2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关。3、调节主机箱中恒流源电流大小（电压表量程20mA档），即改变发光二极管的工作电流大小就可以改变光源的光照度值。拔去发光二极管的其中一根线头，则光照度为0。按表格进行标定实验（调节恒流源），得到照度电流对应值。4、关闭主机箱电源，再

36、按图7-3配置接线，注意+、极性。5、合上主机箱电源，调节主机箱的024v 可调电压（电压表量程2v档）就可以改变发光二极管的光照度。按表格进行标定实验（调节电压源），得到照度电压对应值。6、根据表格画出发光二极管的电流照度、电压照度特性曲线。五、实验数据记录及分析发光二极管的电流、电压与照度的对应关系：照度（Lx）102030405060708090100电流（mA）0.440.570.680.780.890.981.071.151.221.31电压（V）2.592.622.652.672.702.722.742.772.792.81照度（Lx）11012013014015016017018

37、0190200电流（mA）1.411.501.581.681.761.841.911.972.032.14电压（V）2.822.842.862.872.902.922.932.962.982.99照度（Lx）210220230240250260270280290300电流（mA）2.242.322.412.502.592.672.782.882.983.06电压（V）3.013.023.033.053.073.083.103.123.133.15实验二十八光敏电阻特性实验一、实验目的了解光敏电阻的光照特性和伏安特性。二、基本原理在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引起电

38、导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材料的一种体效应。光照愈强，器件自身的电阻愈小。基于这种效应的光电器件称光敏电阻。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关。实验原理图如下图。三、实验器材主机箱、光电器件实验（一）模板、光敏电阻、发光二极管。四、实验步骤1、亮电阻和暗电阻测量（1）按照下图接线（注意插孔颜色对应相连）。打开主机箱电源，将2V10V的可调电源开关打到10V档，再缓慢调节024V可调电源，使发光二极管两端电压为光照度为100Lx时的电压值（实验二十七的标定值）。（2）10秒钟左右读取电流表的值为亮点流I亮（电流表20mA档）。（3）将024V可

39、调电源的调节旋钮逆时针方向缓慢旋到底后，10秒钟左右读取电流表的值为暗电流I暗。（4）根据以下公式，计算亮阻和暗阻（照度100Lx）：R亮=U测I亮R暗=U测I暗2、光照特性测量光敏电阻的两端电压为定值时，光敏电阻的光电流随光照强度的变化而变化，它们之间的关系是非线性的。调节024V电压得到不同的光照度（根据实验二十七光照度对应的电压值），测得数据填入表格，并做出光电流与光照度的曲线图。3、伏安特性实验数据光敏电阻在一定的光照强度下，光电流随外加电压的变化而变化。测量时，光照强度为定值时（如100Lx），光敏电阻输入0V、2V10V六档电压，测得光敏电阻上的电流值填入表格，并在同一坐标图中做出

40、不同照度的三条伏安特性曲线。五、实验数据记录及分析光照特性测量数据：光照度（Lx）0102030405060708090100光电流（mA）00.500.660.881.001.161.321.431.581.671.77伏安特性实验数据：光敏电阻电压（V）0246810照度Lx10Lx电流（mA）00.080.170.270.360.4550Lx电流（mA）00.220.450.690.921.16100Lx电流（mA）00.340.691.051.411.77六、思考题1、为什么测光敏电阻亮阻和暗阻要经过10秒后再读数？答：因为光敏电阻是依靠非平衡载流子效应工作的，非平衡载流子的产生与复合

41、都是一个时间过程，此过程在一定程度上影响光敏电阻对光照的响应。因此，测亮阻和暗阻时要考虑此时间过程，一般取值10秒实验二十九光敏二极管特性实验一、实验目的了解光敏二极管工作原理及特性。二、基本原理当入射光子在本征半导体的p-n结及其附近产生电子空穴对时，光生载流子受势垒区电场作用，电子漂移到n区，空穴漂移到p区。电子和空穴分别在N区和p区积累，两端便产生电动势，这称为光生伏特效应，简称光伏效应。光敏二极管基于这一原理。如果在外电路把p-n短接，就产生反向的短路电流，光照时反向电流会增加，并且光电流和照度基本呈线性关系。三、实验器材主机箱、光电器件实验（一）模板、光敏二极管、发光二极管。四、实验

42、步骤1、光照特性将实验二十八图中的光敏电阻更换成光敏二极管（注意接孔线的颜色相对应），测量光敏二极管的亮电流和暗电流。暗电流测试：将主机箱中的2V10V的可调电源开关打到6V，合上主机箱电源，将024V可调稳压电源的调节旋钮逆时针缓慢旋到底，读取主机箱上电流表的值即为光敏二极管的暗电流。暗电流基本为0uA，一般光敏二极管小于0.1uA，暗电流越小越好。亮点流测试：顺时针方向缓慢的调节024V可调电源，输出相应的照度电压值，将测量数据填入表格。根据表格数据，画出光敏二极管工作电压为6V时的ILx曲线。2、伏安特性测量光敏二极管在一定的光照强度下，光电流随外加电压的变化而变化。测量时，在给定光照强度时，光敏二极管输入0V、2V10V六档可调电压，测得光敏二极管上的电流值填入表格。在同一坐标中作出不同照度的伏安特性曲线族。五、实验数据记录与分析光照度（Lx）010203040506070809010