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1、实验名称：典型光电测量系统设计姓名：凌璐 学号：3070030075P.32本科实验报告课程名称：光电检测技术姓 名：凌璐学 院：信息学院系：光电系专 业：信息工程（光电）学 号：3070030075指导教师：闻春敖2011年6月 13 日专业：_信息工程（光电）姓名：_凌璐_学号：_3070030075_日期：_2011.5_地点：东四604_实验报告课程名称：光电检测术_指导老师：_闻春敖_成绩：_实验名称：光伏探测器件 _实验类型：_同组学生姓名：_ _一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分
2、析（必填）七、讨论、心得一、实验目的 1、了解各种半导体光电探测器的工作原理及其基本特性 2、掌握各种半导体光电探测器的基本应用电路。 3、熟悉各种半导体光电探测器特性的测试方法。 二、实验设备及器材 1、光电探测器：测量光电池、光电三极管、光电二极管、PIN光电二极管、光敏电阻各一只。 2、测试暗箱（包括：光源、减光盘）壹套。 3、照度计、万用表 各一只 4、多路稳压电源 一套 5、电流/电压放大器 一只 三、实验原理 1、光电二极管 光电二极管的全电流方程为： IL=SPE- IOexp（qV/kT）-1 光电二极管的伏安特性如下图1所示1） 开路状态开路电压：VOC= ln（KT/q）（
3、1+SPE/I0） 2） 短路电流（线性工作状态） 基本电路如右图3，放大器的等效输入阻抗为Rf/A （A为运放开环增益）很小， 则IS= SPE，电流/电压放大器的输出电压： V0=RfIs=（RfSp）E 4） 反向偏置（含零偏置） 基本电路如右图5 IL= SPE+ I01-exp（qV/kT） V=Vb-V0=Vb- RL IL 四、 实验内容及数据分析1、 光电二极管测试 1） 按照图2电路，测量硅光电池和硅光电二极管在不同光照下的开路电压VOC，记录数据，并画出开路电压与光照的关系曲线。减光盘刻度32107654对应照度值/lx167.796.350.822.212.35.02.4
4、0.5开路电压VOC/V0.3880.3710.3490.3200.2980.2580.2250.090由公式VOC= ln（KT/q）（1+SPE/I0），可见开路电压与照度值成对数关系（有横向平移）；由上图得出的曲线也可以看到，开路电压与照度近似成对数关系，与上述公式有较好的吻合。2) 按照图3，选择合适的反馈电阻，测量输出电压VO，记录数据，计算出光电二极管在不同光照下的短路光电流IS，画出短路光电流与光照的关系曲线，计算光照灵敏度SP。减光盘刻度32107654对应照度值167.796.350.822.212.35.02.40.5输出电压VO/V（Rf10k）1.0260.4990.2
5、760.1160.06380.02530.01160.0017短路光电流IS/uA102.649.927.611.66.382.531.160.17其中，短路光电流即为Vo/Rf,该关系可由电路得到。则由Is=Sp*E，得上图的斜率即为光电二极管的光照灵敏度Sp,所以，Sp=0.584uA/lx3) 按照图5电路，当负载电阻分别为1K，10K，100K，1M，而偏置电压分别为0V，5V时，测量硅光电池和硅光电二极管的光电特性曲线，记录数据，并画出输出电流与光照的关系曲线。下表中数据VO为电阻两端的电压，则输出电流IL=VO/RL.V=Vo- Vb偏置电压(Vb)0V5V照度 (LX)167.7
6、22.22.4167.722.22.4RL(1K)输出电压VO/mV93.412.01.210512.92.0输出电流IO/uA93.412.01.210512.92.0二极管电压V/V0.09340.01200.0012-4.895-4.987-4.998RL(10K)输出电压VO/mV366116.111.571512620输出电流IO/uA36.611.611.1571.512.62.0二极管电压V/V0.3660.11610.0115-4.285-4.874-4.980RL(100K)输出电压VO/mV382304105786543179输出电流IO/uA3.823.041.057.8
7、65.431.79二极管电压V/V0.3820.3040.105-4.214-4.457-4.821RL(1M)输出电压VO/mV383315209791573270输出电流IO/uA0.3830.3150.2090.7910.5730.270二极管电压V/V0.3830.3150.209-4.219-4.437-4.730由以上数据作出光电特性曲线由于数据范围与精度等条件的限制，上图与光电二极管伏安特性曲线（图一）有较大出入。但仍然可以看出一定的趋势。即光照强（3刻度）时，相同电压下会获得更大的电流。零电压偏置下输出电流与光照的关系：5V偏置下电流与光照的关系（右边为1M时电流与照度关系的放
8、大图）：结合公式IL= SPE+ I01-exp（qV/kT） , 当二极管两端电压很小时，输出电流与照度的关系近似为线性。但由于光电流使偏置电阻两端产生了电压，这个电压即组成了上述关系中的非线性部分。因此，在偏置电阻阻值较低的情况下，二极管两端的电压很小，关系曲线为线性。但是当阻值增大，由于二极管两端电压增大，曲线表现出非线性，且随电阻增加而越来越明显。如上图的1M放大图，有明显的指数性质（注意：V的大小也是与光照有关的）。在5V的情况下，这种变化表现不如零伏偏置下明显，因为光电流引起的电压变化相比偏置电压小很多。 如果不考虑两端电压的变化，曲线斜率表示灵敏度，应当不随电阻的变化而变化。但实
9、验结果表明，随着RL的增加，I-E曲线斜率明显下降。这仍然是非线性项的影响。说明电阻越大，曲线容易在越小照度下脱离线性区。4) 判断光电三极管的引脚。光电三极管可以看作是两个光电二极管。在辨别引脚时，使用万用表的测电阻档，红黑表笔分别与两个管脚连接。正接反接均不导通的是b脚与c脚，正接或反接时可以导通有电阻的是c脚和e脚。五、 讨论、心得1. 如果将偏置电压的变化间隔减小，测量次数增多，测得多组偏置电压下的电压电流特性，可得到更好的光电二极管的特性曲线。2. 回答下列问题1) 比较光电二极管、光电三极管、光敏电阻的光照灵敏度，线性工作范围。答：灵敏度比较光电三极管光电二极管光敏电阻；线性工作范
10、围比较光电二极管光电三极管光敏电阻。2) 在线性工作状态，光电二极管的反向电压加大后，为什么光电流与所加电压无关？答：如图3，在线性工作状态，由于运放的等效输入阻抗很小，运放的两个输入端呈现“虚短”特性。光电二极管两端的电压可视为基本上为零，所以特性方程中二极管两端的电压引起的非线性项可以忽略不计，光电流只与光照有关。专业：_信息工程（光电）姓名：_凌璐_学号：_3070030075_日期：_2011.5 _地点：东四604_实验报告课程名称：光电检测技术_指导老师：_闻春敖_成绩：_实验名称：光电导探测器的应用电路及其特性测量 _同组学生姓名：_一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（
11、必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、 实验目的1、了解各种光敏电阻的工作原理及其基本特性 2、掌握各种光敏电阻特性参数的测试方法3、掌握各种光敏电阻的基本应用电路二、 实验设备及器材1、光电探测器：光敏电阻一只。2、测试暗箱（包括：光源、减光盘）壹套。3、照度计、万用表 各一只4、多路稳压电源 一套5、电流/电压放大器 一只三、 实验原理 利用具有光电导效应的半导体材料做成的光电探测器称为光电导器件，通常称为光敏电阻，金属封装的硫化镉光敏电阻结构如图1所示，其光电特性：IP=SgEVb式中：Sg光电导灵敏度 E
12、光照度 r 照度指数，在0.51 之间.在弱光照(小于103lx) 时,近似为1,为线性光电导；强光照时,r值小于1,为非线性光电导。光敏电阻的基本应用电路如图2所示，输出信号：V0=IpRf Vb+CfV0Rf图2 电流/电压放大器四、 实验内容及步骤1） 光照特性的测试按照图2电路，加一定的偏压Vb，选择合适的反馈电阻，测量光敏电阻在不同光照下的输出电压VO，记录数据，画出流过光敏电阻的电流与光照的关系曲线，并计算它们的光照灵敏度SP。减光盘刻度32107654对应照度值122.075.541.618.58.14.02.00.4Rf(1K)输出电压VO/V-0.311-0.155-0.077-0.028-0.013-0.004-0.0010输出电流IO/mA0.3110.1550.0770.0280.0130.0040.0010Rf(10K)输出电压VO/V-3.06-1.53-0.75-0.27-0.12-0.03-0.010输出电流IO/mA0.3060.1530.0750.0270.0120.0030.0010图3 光敏电阻的电流与光照关系曲线由上图可见，在不同的反馈电阻下，测得的曲线性质十分相似。这是因为Rf事实上是一种辅助测量的手段，当运放工作在线
