光电探测之光电二极管特性测试

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1、实验指导书实验2光电探测之光电二极管特性测试光电二极管（PhotoDiode），是一种进行光电转换的二极管，与普通二极管既有部分相同点，也有部分不同点。光电二极管应用广泛，其用于把光转换为随后可在电子电路中使用的电流或电压，如：太阳能电池、光数据网络、高精度光学仪器、色层分析及医疗成像等。【实验目的】1.学习掌握光电二极管的工作原理2.学习掌握光电二极管的基本特性3.掌握光电二极管特性测试的方法4.了解光电二极管的基本应用【实验仪器】1.光电探测器特性测试实验仪1个2.光通路组件1套3.光电二极

2、管及封装组件1套4.光照度计及封装组件1套5.迭插头对2#（红色，50cm）10根6.迭插头对2#（黑色，50cm）10根7.三相电源线1根8.示波器1台【实验原理】光电二极管的结构和普通二极管相似，只是它的PN结装在管壳顶部，光线通过透镜制成的窗口，可以集中照射在PN结上，图2-1（a）是其结构示意图。光敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态，如图2-1（b）所示。（a）结构示意图和图形符号（b）基本电路图2-1光电二极管我们知道，PN结加反向电压时，反向电流的大小取决于P区和N区中少数载流子的

3、浓1/7实验指导书度，无光照时P区中少数载流子(电子)和N区中的少数载流子(空穴)都很少，因此反向电流很小。但是当光照射PN结时，只要光子能量hv大于材料的禁带宽度，就会在PN结及其附近产生光生电子—空穴对，从而使P区和N区少数载流子浓度大大增加，它们在外加反向电压和PN结内电场作用下定向运动，分别在两个方向上渡越PN结，使反向电流明显增大。如果入射光的照度改变，光生电子—空穴对的浓度将相应变动，通过外电路的光电流强度也会随之变动，光敏二极管就把光信号转换成了电信号。【实验内容与步骤】1.光电二

4、极管暗电流测试实验装置原理框图如图2-2所示，但是在实际操作过程中，光电二极管和光电三极管的暗电流非常小，只有nA数量级。这样，实验操作过程中，对电流表的要求较高，本实验中，采用电路中串联大电阻的方法，将图2-2中的RL改为20M，再利用欧姆定律计算出支路中的电流即为所测器件的暗电流。I=V/RL暗图2-2（1）组装好光通路组件，将照度计与照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J2与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将将单刀双掷开关S2拨到“静态”，将光照度调

5、至最小。（3）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。（4）选用0-15V可调电源，将电压表直接与电源两端相连，打开电源调节直流电源电位器，使得电压输出为15V，关闭电源。（注意：在下面的实验操作中请不要动电源调节电位器，以保证直流电源输出电压不变）（5）按图2-2所示的电路连接电路图，负载RL选择RL21=20M。（6）打开电源开关，等电压表读数稳定后测得负载电阻RL上的压降V暗，则暗电流L暗=V暗/RL。所得的暗电流即为偏置电压在15V时

6、的暗电流.(注:在测试暗电流时,应先将光电器件置于黑暗环境中30分钟以上,否则测试过程中电压表需一段时间后才可稳定)（7）实验完毕，直流电源电位器调至最小,关闭电源，拆除所有连线。2.光电二极管光电流测试实验装置原理图如图2-3所示。2/7实验指导书图2-3（1）组装好光通路组件，将照度计与照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J2与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将将单刀双掷开关S2拨到“静态”，通过左右切换按钮，将光源颜色切换为白色。（3）按图2-3连接

7、电路图，直流电源选择0-15V可调电源，RL取RL6=1K欧。（4）打开电源，缓慢调节光照度调节电位器，直到光照为300lx（约为环境光照），缓慢调节0-15V可调电源直至电压表显示为6V，读出此时电流表的读数，即为光电二极管在偏压6V，光照300lx时的光电流。（5）实验完毕，将光照度调至最小，直流电源调至最小，关闭电源，拆除所有连线。3.光电二极管光照特性实验装置原理框图如图2-3所示。（1）组装好光通路组件，将照度计与照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J2与

8、光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将单刀双掷开关S2拨到“静态”，通过左右切换按钮，将光源颜色切换为白色。（3）按图2-3所示的电路连接电路图，直流电源选择0-15V可调电源，负载RL选择RL6=1K欧。（4）将“光照度调节”旋钮逆时针调至最小值。打开电源，调节0-15V可调电源电位器，直到显示值为8V左右，顺时针调节该旋钮，增大光照度值，分别记下不同照度下对应的光生电流值，填入下表。若电流表或照度计显示为“1＿”时说明超出量程，应改为合适的量程再测试。光照度（Lx）0100300500