结构推理
根据光敏电阻的工作原理,说明其阻值与光通量之间为什么成非线性关系?若用光敏电阻传感器做模拟量检测时,其非线性特性应该怎样补偿?
【正确答案】解:(1)用半导体材料做成的光敏电阻,在受到光照时,半导体(N型)中的自由电子-多数载流子获得一部分光子能量后,使其电子迁移率增加,从而提高了导电性;另一方面,被原子核束缚的部分价电子在获得另外一部分光子能量情况下,可跃过禁带到达导带,这样便形成了一些电子-空穴对,又使光敏电阻的导电率提高。随着光通量的增加,由上述两因素导致的导电率增加。但是电子迁移率是有限度的,其最大值趋近于光速被电压相除的商;同时,在半导体内部被原子核束缚的价电子在半导体光敏电阻结构确定的情况下也是有限度的。因此,随着光通量的增加,半导体光敏电阻的导电率趋向于饱和,于是形成了饱和特性。
(2)在一般情况下,非线性的光敏电阻传感器的特性用于模拟量测试时,可采用图(a)所示框图对非线性特性进行补偿之。图中为被检测光通量、为与光电流成正比的传感器输出电压。把放大而得,再经线性化器进行补偿,而得出与被检测的光通量成直线关系的输出。
对线性化器的计算,通常采用图解法,如图(b)所示。图中的第一、二、四象限绘出了光敏电阻传感器特性、放大器特性和所要求的测量装置的输入输出特性,可用图中所示的作图方法在第三象限中求出线性化器的输入输出特性。
(3)线性化器的常用方法是在的特性上按允许误差进行直线段逼近,如以折线acb代替曲线,如图(c)所示。再把两斜线的斜率值、求出来,可写出
,
然后,用运算放大器来实现acb折线特性的变换,如图(d)所示,图中
,
截止电压与截止电阻按下式确定
若,则,取负号。
【答案解析】