伏安特性曲線圖常用縱坐標表示電流I、橫坐標表示電壓U，以此畫出的I-U圖像叫做導體的伏安特性曲線圖。伏安特性曲線是針對導體的，也就是耗電元件，圖像常被用來研究導體電阻的變化規律，是物理學常用的圖像法之一。

某一個金屬導體，在溫度沒有顯著變化時，電阻是不變的，它的伏安特性曲線是通過坐標原點的直線，具有這種伏安特性的電學元件叫做線性元件。因為溫度可以決定電阻的大小。

歐姆定律是個實驗定律，實驗中用的都是金屬導體。這個結論對其它導體是否適用，仍然需要實驗的檢驗。實驗表明，除金屬外，歐姆定律對電解質溶液也適用，但對氣態導體（如日光燈管、霓虹燈管中的氣體）和半導體元件并不適用。也就是說，在這些情況下電流與電壓不成正比，這類電學元件叫做非線性元件。

二極管伏安特性曲線加在PN結兩端的電壓和流過二極管的電流之間的關系曲線稱為伏安特性曲線。如圖所示：

正向特性：u》0的部分稱為正向特性。

反向特性：u《0的部分稱為反向特性。

反向擊穿：當反向電壓超過一定數值U（BR）后，反向電流急劇增加，稱之反向擊穿。

勢壘電容：耗盡層寬窄變化所等效的電容稱為勢壘電容Cb。

變容二極管：當PN結加反向電壓時，Cb明顯隨u的變化而變化，而制成各種變容二極管。如下圖所示。

PN結的勢壘電容平衡少子：PN結處于平衡狀態時的少子稱為平衡少子。

非平衡少子：PN結處于正向偏置時，從P區擴散到N區的空穴和從N區擴散到P區的自由電子均稱為非平衡少子。

擴散電容：擴散區內電荷的積累和釋放過程與電容器充、放電過程相同，這種電容效應稱為Cd。

光敏二極管的伏安特性

凡是將光信號轉換為電信號的傳感器稱為光敏傳感器，也稱為光電式傳感器，它可用于檢測直接由光照明度變化引起的非電量，如光強、光照度等；也可間接用來檢測能轉換成光量變化的其它非電量，如零件直徑、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物體形狀、工作狀態識別等。光敏傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因而在工業自動控制及智能機器人中得到廣泛應用。

光敏傳感器的物理基礎是光電效應，通常分為外光電效應和內光電效應兩大類，在光輻射作用下電子逸出材料的表面，產生光電子發射現象，則稱為外光電效應或光電子發射效應。基于這種效應的光電器件有光電管、光電倍增管等。另一種現象是電子并不逸出材料表面的，則稱為是內光電效應。光電導效應、光生伏特效應都是屬于內光電效應。好多半導體材料的很多電學特性都因受到光的照射而發生變化。因此也是屬于內光電效應范疇，本實驗所涉及的光敏電阻、光敏二極管等均是內光電效應傳感器。

通過本設計性實驗可以幫助學生了解光敏電阻、光敏二極管的光電傳感特性及在某些領域中的應用。

1．光電效應：

（1）光電導效應：

當光照射到某些半導體材料上時，透過到材料內部的光子能量足夠大，某些電子吸收光子的能量，從原來的束縛態變成導電的自由態，這時在外電場的作用下，流過半導體的電流會增大，即半導體的電導會增大，這種現象叫光電導效應。它是一種內光電效應。

光電導效應可分為本征型和雜質型兩類。前者是指能量足夠大的光子使電子離開價帶躍入導帶，價帶中由于電子離開而產生空穴，在外電場作用下，電子和空穴參與電導，使電導增加。雜質型光電導效應則是能量足夠大的光子使施主能級中的電子或受主能級中的空穴躍遷到導帶或價帶，從而使電導增加。雜質型光電導的長波限比本征型光電導的要長的多。

（2）光生伏特效應：

在無光照時，半導體PN結內部有自建電場。當光照射在PN結及其附近時，在能量足夠大的光子作用下，在結區及其附近就產生少數載流子（電子、空穴對）。載流子在結區外時，靠擴散進入結區；在結區中時，則因電場E的作用，電子漂移到N區，空穴漂移到P區。結果使N區帶負電荷，P區帶正電荷，產生附加電動勢，此電動勢稱為光生電動勢，此現象稱為光生伏特效應。

2．光敏傳感器的基本特性：

光敏傳感器的基本特性則包括：伏安特性、光照特性等。

伏安特性：光敏傳感器在一定的入射光照度下，光敏元件的電流I與所加電壓U之間的關系稱為光敏器件的伏安特性。改變照度則可以得到一族伏安特性曲線。它是傳感器應用設計時的重要依據。

掌握光敏傳感器基本特性的測量方法，為合理應用光敏傳感器打好基礎。本實驗主要是研究光敏電阻、光敏二極管的基本特性。

（1）光敏電阻：

利用具有光電導效應的半導體材料制成的光敏傳感器稱為光敏電阻。目前光敏電阻應用的極為廣泛，其工作過程為，當光敏電阻受到光照時，發生內光電效應，光敏電阻電導率的改變量為：

在（1）式中，e為電子電荷量，p?為空穴濃度的改變量，n?為電子濃度的改變量，u表示遷移率。當兩端加上電壓U后，光電流為：

式中A為與電流垂直的表面積，d為電極間的間距。在一定的光照度下，??為恒定的值，因而光電流和電壓成線性關系。光敏電阻的伏安特性如圖a5所示，不同的光強以得到不同的伏安特性，表明電阻值隨光照度發生變化。光照度不變的情況下，電壓越高，光電流也越大，而且沒有飽和現象。當然，與一般電阻一樣光敏電阻的工作電壓和電流都不能超過規定的最高額定值。

（2）光敏二極管：

光敏二極管的伏安特性相當于向下平移了的普通二

極管，如圖a7所示。零偏壓時，光敏二極管有光電流輸出。光敏二極管的光照特性亦呈良好線性，如圖c7。光敏二極管的的電流靈敏度一般為常數。一般在作線性檢測元件時，選擇光敏二極管。