实验二光敏二极管特性实验

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1、实验二光敏二极管特性实验实验目的：1、熟悉光敏二极管的结构和光电转换原理；2、掌握光敏二极管的暗电流及光电流的测试方法；3、了解光敏二极管的特性，当光电管的工作偏压一定时，光电管输出光电流与入射光的照度（或通量）的关系。实验原理 : 敏二极管是一种光生伏特器件，光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的，也具有单向导电性。 光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二极管，无光照时， 有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当光敏二极管被光照时，满足条件h vEg 时，则在结区产生的光生载流子将被内电场拉开，光生电子被拉向N 区，光生空穴被拉向P 区，于是在外加电场的作用下形成了以

2、少数载流子漂移运动为主的光电流。显然，光电流比无光照时的反向饱和电流大得多，如果光照越强， 表示在同样条件下产生的光生载流子越多，光电流就越大，反之，则光电流越小。光敏二极管工作原理见图2-1。实验所需部件: 光敏二极管、 稳压电源、 负载电阻 （实验选配单元中可变电阻）、遮光罩、 光源、 电压表 （万用表） 、微安表（万用表上的200mA 档）实验步骤 : 按图2-3 接线 ,要注意光敏二极管是工作在反向工作电压的。由于硅光敏二极管的反向电流非常小，所以应视实验情况逐步提高工作电压，如有必要可用稳压电源上的10V 或 12V串接。1.暗电流测试 用遮光罩盖住光电器件模板,选择合适的电路反向工

3、作电压，选择适当的负载电阻。打开仪器电源， 调节负载电阻值， 微安表显示的电流值即为暗电流，或用 4 1/2 位万用表 200mV档测得负载电阻R 上的压降U暗，则暗电流 L暗=U暗/R。一般锗光敏二极管的暗电流要大于硅光敏二极管暗电流数十倍。可在试件插座上更换其他光敏二极管进行测试做性能比较。2.光电流测试缓慢揭开遮光罩， 观察微安表上的电流值的变图 2-1 光敏二极管工作原理图化,（也可将照度计探头置于光敏二极管同一感光处，观察当光照强度变化时光敏二极管光电流的变化） 或是用 4 1/2 位万用表200mV 档测得 R 上的压降U光,光电流 L光=U光/R。如光电流较大，则可减小工作电压或

4、调节加大负载电阻。3. 伏安特性测试实验按图 3-2 连接实验线路, 光源选用高亮度卤素灯, 分别调节至 “弱光”、“中光”和 “强光”三种照度。负载电阻用万用表确定阻值1K欧姆。图 3-2 光敏二极管测试电路将可调光源调至一种照度，每次在该照度下，测出加在光敏二极管上的各反向偏压与产生的光电流的关系数据，其中光电流 1.00R phUIK（1K为取样电阻） ，在三种光照度下重复上述实验。整理数据做出光敏二极管的伏安特性测试数据表。根据实验数据画出光敏二极管的伏安曲线。图 2-4 光敏二极管的伏安特性曲线光敏二极管的光照特性亦呈良好线性，这是由于它的电流灵敏度一般为常数。而光敏三极管在弱光时灵

5、敏度低些，在强光时则有饱和现象，这是由于电流放大倍数的非线性所至，对弱信号的检测不利。故一般在作线性检测元件时，可选择光敏二极管而不能用光敏三极管。注意事项 :本实验中暗电流测试最高反向工作电压受仪器电压条件限制为12V（ 24V） ，硅光敏二极管暗电流很小，虽然提高了反向电压，但还是有可能不易测得。测试光电流时要缓慢地改变光照度，以免测试电路中的微安表指针打表，如微安表量程不够大，可选用万用表的200mA 电流档。实验结果：1.伏安特性测试实验光敏二极管伏安特性测试数据表（照度：弱）电压（伏）2 4 6 8 10 12 UR（伏）0.0049 0.0050 0.0051 0.0052 0.0

6、053 0.0054 电阻（欧姆）21701.91011 41639.832 61705.753 80999.98 99566.188 117444.82 光电流 (uA) 91.93293.80995.68597.56199.437101.313图 2-3 光敏二极管测试电路光敏二极管伏安特性测试数据表（照度：中）电压（伏）2 4 6 8 10 12 UR（伏）0.099 0.102 0.107 0.111 0.115 0.120 电阻（欧姆）21263.982 40774.059 59706.18 77041.016 93785.579 109594.0959 光电流 (uA) 89.4

7、95.6 98.7 102.4 105.4 108.4 光敏二极管伏安特性测试数据表（照度：强）电压（伏）2 4 6 8 10 12 UR（伏）0.697 1.423 2.15 2.81 3.60 4.29 电阻（欧姆）849.9673842 790.4908 1034.9462 1330.7692 1572.4816 1818.3962 光电流（mA ）1.533 3.26 3.72 3.90 4.07 4.24 光敏二极管的伏安特性曲线由于照度弱时， 光敏二极管的电压和电流值均很小，几乎接近坐标轴，所以此处只画了光照中和光照强的两种伏安特性曲线。从上图光照强的曲线可以看出在反向电压小于3V

8、的区域电流呈线性增长， 而随着反向电压逐渐增大后电流值的增长变得平缓并且有最终趋于稳定的趋势。结果分析：光敏二极管总是在反向偏压下工作，这样可以减小载流子渡越时间及二极管的极间电容，以提高探测器的响应灵敏度和频率。但反偏压不能太高，以免引起雪崩击穿。光电二极管在无光照时的暗电流ID。就是二极管的反向饱和电流ISO； 有光照时产生的光电流IP与ISO同一方向。不同光照下硅光电二极管的电压与电流的关系如图2-2 。050010001500200025003000350040004500051015照度：中照度：强Iph/mA反向电压 U/V图 2-2 由图可见，在低反压下电流随光电压变化非常敏感。这是由于反向偏压增加使耗尽层加宽、结电场增强， 它时于结区光的吸收率及光生载流子的收集效率影响很大。当反向偏压进一步增加时，光生载梳子的收集已达极限，光电流就趋于饱和。这时，光电流与外加反向偏压几乎无关， 而仅取决于人射光功率。光电二极管在较小负载电阻下，入射光功率与光电流之间呈现较好的线性关系。