基于Matlab平臺的電阻特性實驗

楊萍萍，馬 亮，趙 炯

(河北聯合大學輕工學院，河北唐山 063000)

Matlab軟件以其強大的數據計算功能已經開始應用到對大學物理實驗的數據處理，姚［1-2］探討了用Matlab語言對單擺測量重力加速度的實驗數據進行處理。韓［3］等人以弦駐波實驗為例介紹利用Matlab語言對物理實驗數據進行處理的方法和過程。文章中將Matlab軟件應用到電阻特性實驗中，快速準確地完成了光敏電阻的伏安特性曲線、光照特性曲線以及熱敏電阻的溫度特性曲線繪制，表明在大學物理實驗教學中引入Matlab軟件是可行的。

1 光敏電阻特性實驗

光敏電阻器是利用半導體的光電導效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器，一般用于光的測量、光的控制和光電轉換。其電路見圖1。

圖1 光敏電阻特性測試電路

1.1 光敏電阻的伏安特性實驗

在一定的入射光強照度下，光敏電阻的電流I與所加電壓U之間的關系稱為光敏電阻的伏安特性。伏安特性曲線是光敏傳感器應用設計時選擇電參數的重要依據，改變照度則可以得到光敏電阻的一組伏安特性曲線。

通過設定光源電壓U燈以提供恒定的光強，測出在一定的光照條件下，依次改變總電壓U為2 V、4 V、6 V、8 V、10、12 V時保護電阻R兩端的電壓值UR，進而獲得光敏電阻的光電流數據，調大相對光強重復上述實驗，記錄2組數據。實驗得出的原始數據見表1～表2。

表1 U燈=8 V

表2 U燈=10 V

利用Matlab軟件計算相應總電壓U下的光電流數據填入表1、表2，并依據實驗數據繪制光源電壓U燈=8 V和U燈=10 V時光敏電阻的伏安特性特性曲線，見圖2。

圖2 光敏電阻伏安特性曲線

從光敏電阻的伏安特性可以看出，光敏電阻類似一個純電阻，其伏安特性線性良好，在一定照度下，電壓越大光電流越大，但必須考慮光敏電阻的最大耗散功率，超過額定電壓和最大電流都可能導致光敏電阻的永久性損壞。

1.2 光敏電阻的光照特性實驗

光敏電阻的光譜靈敏度與入射光強之間的關系稱為光照特性，有時光敏電阻的輸出電壓或電流與入射光強之間的關系也稱為光照特性。光照特性也是光敏傳感器應用設計時選擇參數的重要依據之一。

通過設定總電壓U為恒定值，測出依次改變光源電壓 U燈為2 V、4 V、6 V、8 V、10 V、12 V時保護電阻R兩端的電壓值UR，進而獲得光敏電阻在相對光照強度從“弱光”到逐步增強的光電流數據，調大總電壓U重復上述實驗，記錄2組數據。實驗得出的原始數據見表3～表4。

表3 U燈=8 V

表4 U燈=10 V

利用Matlab軟件計算光源電壓U燈下的光電流數據填入表3、表4，并依據實驗數據繪制光源電壓U=8 V和U=10 V時光敏電阻的光照特性特性曲線，見圖3。

圖3 光敏電阻光照特性曲線

從光敏電阻的光照特性可以看出光敏電阻的光照特性呈非線性，一般不適合作線性檢測元件。

2 熱敏電阻特性實驗

熱敏電阻是對溫度敏感的電阻總稱，是一種電阻值隨溫度變化的電阻，利用導電物體的電阻率隨溫度而變化的效應可以制成熱電阻式傳感器。熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定，分為金屬熱電阻和半導體熱電阻兩大類。

實驗以常用的金屬熱電阻鉑電阻Pt100為例來研究其溫度特性，通過依次改變溫度，測出保護電阻R兩端的電壓值UR，進而獲得熱敏電阻在相應溫度下的電阻值，實驗得出的原始數據，見表5。

表5 Pt100的溫度特性

利用Matlab軟件計算在不同溫度下鉑電阻的電阻值填入表5，并依據實驗數據繪制熱敏電阻的溫度特性曲線，見圖4。

圖4 熱敏電阻溫度特性曲線

從熱敏電阻的溫度特性可以看出，熱敏電阻的溫度特性線性良好，溫度越高電阻值越大。

3 結 論

Matlab軟件在光敏電阻伏安特性、光照特性及熱敏電阻溫度特性實驗中的應用表明，使用Matlab軟件能夠迅速地完成求值、描點、作圖，既省時高效，又激發了學生的學習興趣［1］，值得在大學物理實驗課程中推廣使用Matlab軟件輔助教學。

［1］段秀芝，楊萍萍.Origin軟件在大學物理實驗教學過程中的應用［J］.大學物理實驗，2013，15(2):71-73.

［2］姚琴芬.Matlab語言在物理實驗數據處理中的應用［J］.大學物理實驗，2011，24(6):52-54.

［3］韓敬，鐘方川.Matlab在大學物理實驗數據處理中的應用［J］.大學物理實驗，2008，21(1):88-90.