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1、光电探测原理实验 实验目的 1.了解光电二极管和光电池的工作原理和 使用方法。 2.掌握光电二极管和光电池的光照特性及 其测试方法。 3.理解光电二极管和光电池的伏安特性并 掌握其测试方法。实验仪器 光电探测原理实验箱 实验内容 1光电二极管伏安特性的测量。 2光电二极管光照特性测量。 3光电池照度电流特性测试。 4光电池照度电压特性测试 。 5光电池入射光强-负载特性测试 。实验原理 1光电二极管的结构光电二极管的核心是一个PN结，但与普 通二极管不同的是管壳上有玻璃窗口能接收外部的光照，光电二极管PN结势垒区很 薄，光生载流子的产生主要在PN结两边的 扩散区，在PN结内建电场作用下，光生载
2、 流子在耗尽区两侧产生积累并扩散，产生 光电流。光电流主要来自扩散电流而不是 漂移电流。光电二极管在电路中一般是处 于反向工作状态，在没有光照射时， 反向电阻很大，反向电流很小（一般 小于0.1微安），这个反向电流称为 暗电流，当光照射在PN结上，形成 光电流。光的照度越大，光电流越大 。如果在外电路上接上负载 ，负载 上就获得了电信号。因此光电二极 管在不受光照射时处 于截止状态， 受光照射时处 于导通状态。 光电二极管 2、光电二极管的特性参数 （1）伏安特性 无光照时，p-n结上的电压V和通过它的电流的伏安 关系为有光照时，产生光生电流IS 则总电流I为 光照PN结的伏安特性 n在PN结
3、开路时，光伏探测器的输出电压称为开 路电压：n若将PN短路（即V=0），可得短路电流为 ：（2）光谱特性（3）光照特性 光电二极管在一定负偏压下，当入射光的强 度发生变化时，通过光电二极管的电流随 之变化，在较小负载电阻下，光电流和照 度成线性关系 （4）暗电流 当没有光照射时，光电二极管的反向饱和电 流称为暗电流。 3、光电池的结构n光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器 件。光电池在有光线作用时实质就是电源，电 路中有了这种器件就不需要外加电源。 n它是一个大面积的PN结，当光照射到PN结的一 个面，例如P型面时，若光子能量大于半导体材 料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产 生一对
4、自由电子和空穴， 电子-空穴对从表面向 内迅速扩散， 在结电场的作用下，最后建立一 个与光照强度有关的电动势。 硅光电池原理图 4、光电池的特性参数 （1）光电池的光照特性n光电池的开路电压VOC和短开路电流ISC随 入射光照度变化的规律 。VOC随入射光照度按对数规律变化，ISC与入射光照度成线性关系 。（2）光电池用作探测器时，通常是以电流 源形式使用，总要接负载电阻RL，这时电 流入射光强不在成线性关系， RL相对光电 池内阻Rd越大，线性范围越小 (3)入射光强-负载特性曲线描述的是在相同照度下，输出电压、 输出电流、输出功率随负载变化的规律 n当RLRd时，可近似看做短路，输出电流为
5、ISC ，与入射光强成正比，RL越小，线性度越好，线 性范围越大。n当RL为时，可近似看做开路，输出电压为VOC 。n随着RL的变化，输出功率也变化，当 时，输出功率最大，RM称最佳负载。操作步骤 1.光电二极管反向伏安特性的测量(1)负载RL选择RL1=2.4K。 (2)电流表档位调节至20A档，顺时针调节 照度调节旋钮，使照度值为50Lx，记录此 时电流表读数。 (3) 调节“幅度调节”旋钮电压表显示为2.00V ，记下光电二极管所加反向偏压为2V时电 流表的读数。 (4)重复步骤3，分别记下反向偏压为 4V.6V.8V和10V时的电流表读数。 (5)重复上述步骤。分别测量光电二极管在 1
6、00Lx.200Lx和300Lx照度下，不同偏压下 的光生电流值，并分别作出伏安特性曲线 。比较四条伏安特性特性曲线有什么不同 。2.光电二极管在-6V偏压下光照特性测量 （1）照上图连接线路，载RL选择RL1=2.4K ，电流表档位调节至20A档。 （2）调节“幅度调节”旋钮，使电压表指示为 6伏。 （3） 将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小 值，测-6V偏压下的电流，即为暗电流值。（4）分别测出光照度为25LX.50LX.100 LX.150 LX.200 LX.250LX.300 LX时的电流值 。 （5）绘出光电二极管的光照特性曲线。 3.光电池照度电流特性测试n分别测出下表所示光照
7、度和负载下的光生电流。 作出光照度电流特性曲线，并对曲线进行分析 。光照度（Lx）020406080100120140160R=0光生电流（A）R=2.4K光生电流（A）4.光电池照度电压特性测试 分别测出下表所示光照度下的光生电压，作 出光照度开路电压特性曲线。5.入射光强-负载特性测试 （1）按图连接线路，光照度取50Lx，将电 压表选择2V档，电流表选择200A档。 （2）分别测出负载电阻为下表所示值的 电流和电压。 （3）作出50Lx光照度下光电池的光生电流.光生电 压随负载变化的曲线。 （4）光照度取100Lx.200Lx.300Lx，重复上述步骤 。 （5）作出100Lx.200Lx.300Lx 50Lx光照度下光生电 流.光生电压负载变化的曲线，比较四条曲线的 不同，并加以分析。负载（） 02.4（ RL1） 5.6（ RL2） 10（ RL3） 51（R1 ） 100（ R2） 电流（A） 电压 （mV）
