伏安特性曲線圖常用縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U，以此畫出的I-U圖像叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線圖。伏安特性曲線是針對導(dǎo)體的，也就是耗電元件，圖像常被用來研究導(dǎo)體電阻的變化規(guī)律，是物理學(xué)常用的圖像法之一。
某一個金屬導(dǎo)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(biāo)原點的直線，具有這種伏安特性的電學(xué)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(dǎo)體。這個結(jié)論對其它導(dǎo)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(zhì)溶液也適用，但對氣態(tài)導(dǎo)體（如日光燈管、霓虹燈管中的氣體）和半導(dǎo)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(xué)元件叫做非線性元件。
二極管伏安特性曲線加在PN結(jié)兩端的電壓和流過二極管的電流之間的關(guān)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(dāng)反向電壓超過一定數(shù)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?nèi)荻O管：當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時，Cb明顯隨u的變化而變化，而制成各種變?nèi)荻O管。如下圖所示。
PN結(jié)的勢壘電容平衡少子：PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時的少子稱為平衡少子。
非平衡少子：PN結(jié)處于正向偏置時，從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子均稱為非平衡少子。
擴(kuò)散電容：擴(kuò)散區(qū)內(nèi)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(yīng)稱為Cd。
光敏二極管的伏安特性
凡是將光信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(tài)識別等。光敏傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，因而在工業(yè)自動控制及智能機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。
光敏傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，通常分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類，在光輻射作用下電子逸出材料的表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射現(xiàn)象，則稱為外光電效應(yīng)或光電子發(fā)射效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。另一種現(xiàn)象是電子并不逸出材料表面的，則稱為是內(nèi)光電效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)都是屬于內(nèi)光電效應(yīng)。好多半導(dǎo)體材料的很多電學(xué)特性都因受到光的照射而發(fā)生變化。因此也是屬于內(nèi)光電效應(yīng)范疇，本實驗所涉及的光敏電阻、光敏二極管等均是內(nèi)光電效應(yīng)傳感器。
通過本設(shè)計性實驗可以幫助學(xué)生了解光敏電阻、光敏二極管的光電傳感特性及在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用。
1．光電效應(yīng)：
（1）光電導(dǎo)效應(yīng)：
當(dāng)光照射到某些半導(dǎo)體材料上時，透過到材料內(nèi)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(tài)變成導(dǎo)電的自由態(tài)，這時在外電場的作用下，流過半導(dǎo)體的電流會增大，即半導(dǎo)體的電導(dǎo)會增大，這種現(xiàn)象叫光電導(dǎo)效應(yīng)。它是一種內(nèi)光電效應(yīng)。
光電導(dǎo)效應(yīng)可分為本征型和雜質(zhì)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(dǎo)帶，價帶中由于電子離開而產(chǎn)生空穴，在外電場作用下，電子和空穴參與電導(dǎo)，使電導(dǎo)增加。雜質(zhì)型光電導(dǎo)效應(yīng)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(dǎo)帶或價帶，從而使電導(dǎo)增加。雜質(zhì)型光電導(dǎo)的長波限比本征型光電導(dǎo)的要長的多。
（2）光生伏特效應(yīng)：
在無光照時，半導(dǎo)體PN結(jié)內(nèi)部有自建電場。當(dāng)光照射在PN結(jié)及其附近時，在能量足夠大的光子作用下，在結(jié)區(qū)及其附近就產(chǎn)生少數(shù)載流子（電子、空穴對）。載流子在結(jié)區(qū)外時，靠擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)區(qū)；在結(jié)區(qū)中時，則因電場E的作用，電子漂移到N區(qū)，空穴漂移到P區(qū)。結(jié)果使N區(qū)帶負(fù)電荷，P區(qū)帶正電荷，產(chǎn)生附加電動勢，此電動勢稱為光生電動勢，此現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。
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(guān)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(yīng)用設(shè)計時的重要依據(jù)。
掌握光敏傳感器基本特性的測量方法，為合理應(yīng)用光敏傳感器打好基礎(chǔ)。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(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料制成的光敏傳感器稱為光敏電阻。目前光敏電阻應(yīng)用的極為廣泛，其工作過程為，當(dāng)光敏電阻受到光照時，發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)，光敏電阻電導(dǎo)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(dāng)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(guān)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(fā)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(xiàn)象。當(dāng)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(guī)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(dāng)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(shù)。一般在作線性檢測元件時，選擇光敏二極管。