基于Matlab平台的电阻特性实验

杨萍萍，马 亮，赵 炯

(河北联合大学轻工学院，河北唐山 063000)

Matlab软件以其强大的数据计算功能已经开始应用到对大学物理实验的数据处理，姚［1-2］探讨了用Matlab语言对单摆测量重力加速度的实验数据进行处理。韩［3］等人以弦驻波实验为例介绍利用Matlab语言对物理实验数据进行处理的方法和过程。文章中将Matlab软件应用到电阻特性实验中，快速准确地完成了光敏电阻的伏安特性曲线、光照特性曲线以及热敏电阻的温度特性曲线绘制，表明在大学物理实验教学中引入Matlab软件是可行的。

1 光敏电阻特性实验

光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器，一般用于光的测量、光的控制和光电转换。其电路见图1。

图1 光敏电阻特性测试电路

1.1 光敏电阻的伏安特性实验

在一定的入射光强照度下，光敏电阻的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏电阻的伏安特性。伏安特性曲线是光敏传感器应用设计时选择电参数的重要依据，改变照度则可以得到光敏电阻的一组伏安特性曲线。

通过设定光源电压U灯以提供恒定的光强，测出在一定的光照条件下，依次改变总电压U为2 V、4 V、6 V、8 V、10、12 V时保护电阻R两端的电压值UR，进而获得光敏电阻的光电流数据，调大相对光强重复上述实验，记录2组数据。实验得出的原始数据见表1～表2。

表1 U灯=8 V

表2 U灯=10 V

利用Matlab软件计算相应总电压U下的光电流数据填入表1、表2，并依据实验数据绘制光源电压U灯=8 V和U灯=10 V时光敏电阻的伏安特性特性曲线，见图2。

图2 光敏电阻伏安特性曲线

从光敏电阻的伏安特性可以看出，光敏电阻类似一个纯电阻，其伏安特性线性良好，在一定照度下，电压越大光电流越大，但必须考虑光敏电阻的最大耗散功率，超过额定电压和最大电流都可能导致光敏电阻的永久性损坏。

1.2 光敏电阻的光照特性实验

光敏电阻的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏电阻的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性。光照特性也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。

通过设定总电压U为恒定值，测出依次改变光源电压 U灯为2 V、4 V、6 V、8 V、10 V、12 V时保护电阻R两端的电压值UR，进而获得光敏电阻在相对光照强度从“弱光”到逐步增强的光电流数据，调大总电压U重复上述实验，记录2组数据。实验得出的原始数据见表3～表4。

表3 U灯=8 V

表4 U灯=10 V

利用Matlab软件计算光源电压U灯下的光电流数据填入表3、表4，并依据实验数据绘制光源电压U=8 V和U=10 V时光敏电阻的光照特性特性曲线，见图3。

图3 光敏电阻光照特性曲线

从光敏电阻的光照特性可以看出光敏电阻的光照特性呈非线性，一般不适合作线性检测元件。

2 热敏电阻特性实验

热敏电阻是对温度敏感的电阻总称，是一种电阻值随温度变化的电阻，利用导电物体的电阻率随温度而变化的效应可以制成热电阻式传感器。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定，分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。

实验以常用的金属热电阻铂电阻Pt100为例来研究其温度特性，通过依次改变温度，测出保护电阻R两端的电压值UR，进而获得热敏电阻在相应温度下的电阻值，实验得出的原始数据，见表5。

表5 Pt100的温度特性

利用Matlab软件计算在不同温度下铂电阻的电阻值填入表5，并依据实验数据绘制热敏电阻的温度特性曲线，见图4。

图4 热敏电阻温度特性曲线

从热敏电阻的温度特性可以看出，热敏电阻的温度特性线性良好，温度越高电阻值越大。

3 结 论

Matlab软件在光敏电阻伏安特性、光照特性及热敏电阻温度特性实验中的应用表明，使用Matlab软件能够迅速地完成求值、描点、作图，既省时高效，又激发了学生的学习兴趣［1］，值得在大学物理实验课程中推广使用Matlab软件辅助教学。

［1］段秀芝，杨萍萍.Origin软件在大学物理实验教学过程中的应用［J］.大学物理实验，2013，15(2):71-73.

［2］姚琴芬.Matlab语言在物理实验数据处理中的应用［J］.大学物理实验，2011，24(6):52-54.

［3］韩敬，钟方川.Matlab在大学物理实验数据处理中的应用［J］.大学物理实验，2008，21(1):88-90.