光电传感技术实验

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1、实验1光电二极管、光电三极管光照特性的测试实验目的1)掌握光电二极管的工作原理和使用方法。2)进一步了解光电二极管的光照特性和伏安特性，为设计光电系统前置放大器打下基础。实验原理光电二极管是结型半导体光伏探测器件。当入射光子能量大于材料禁带宽度时，半导体吸收光子能量将产生电子-空穴对。在PN结区内产生的电子-空穴对在内建电场（光电二极管工作时加反向偏压Vb）工作下被分离，形成光生电势，产生光电流，其工作原理及伏安特性分别如图1所示。P—RLAAl后极SiO2光图1光电二极管工作原理图图2光电三极管工作原理图RLNP光AN光电三极管的工作原理如图2所

2、示。正常运行时，集电极加正电压。因此，集电结为反偏置，发射结为正偏置，集电结为光电结。当光照到集电结上时，集电结产生光电流Ip向基区注入，同时在集电极电路中产生了一个被放大的电流其中，为电流放大倍数，光电三极管的伏安特性如图3所示。E1E40E0VIE2E3E4〉E3〉E2〉E1〉E0(b)光电三极管伏安特性曲线(a)光电二极管伏安特性曲线E1E40E0VIE2E3E4〉E3〉E2〉E1〉E0图3光电管的伏安特性图实验器材光电二极管、光电三极管、钨丝灯、调压变压器、照度表、毫安表、直流稳压电源等。实验内容实验内容如下：1)测量光电二极管的光电流和照

3、度特性曲线。2)测量光电二极管不同照度下的伏安特性曲线。实验装置如图4所示。调节调压变压器的电压值，可改变光照度，可测出光电二极管的光照特性，根据实验数据绘出曲线，并解释之。在照度恒定下，改变光电二极管的偏压值，可测出光电流值，绘出伏安特性曲线。改变照度值，重复测试，绘出多组伏安特性曲线。在实验中，可采用如表1、表2所示的表格来记录偏压值恒定条件下光电流-照度数据及光电二极（三极）管伏安特性数据。照度计光电探测器支流稳压电源A调压变压器图4光电二极管光照特性测试装置表1偏压值恒定条件下光电流-照度数据照度值E光电流I0表2光电二极(三极)管伏安特性

4、数据恒定照度值项目第1次第2次第3次第4次偏压值光电流偏压值光电流偏压值光电流实验2硅光电池负载特性的测试实验目的1)掌握硅光电池的正确使用方法。2)了解光电池零负载，以及不同负载时光电流与照度的关系。实验原理光电池具有半导体结型器件无源直接负载下的工作特性，其工作原理如图1所示。IDIPN——-——-—-⊕⊕⊕——--⊕⊕P光ARL图1光电池工作原理图其中，外接负载为，为光电流，为二极管结电流。I为通过负载的外电流，有式中：为光电流反向饱和电流。当为温度电压当量时，负载上的电压给光电池正向偏压。(1)当零负载时（RL=0），式中外电流为短路电流，

5、即式中：S为光电流灵敏度。可见短路电流ISC和照度E成正比。(2)当开路时（RL=∞），式中外电流I=0，则开路电压为开路电压与照度E几乎无关；所有照度下的开路电压趋于光电池正向开启电压V=0.6V，并小于这个电压值。(3)当负载在RL=0～∞之间变化时，按经验公式求出最佳负载当≤时，并忽略光电池结电流，负载电流近似等于恒定短路电流。当〉时，光电池结电流按指数增加，否则电流近似按指数形式减小。实验器材硅光电池、照度计、钨丝灯、调压变压器、直流稳压电源、毫伏电压表、微安表、电阻和电位计等。实验内容实验内容如下：1)测定电池零负载下和E的关系。2)测定

6、光电池不同负载情况下的特性数据。光电池负载实验线路装置如图2所示。R4100ΩBｕＡ照度计调压变压器图2光电池负载实验装置ｍＶGG1ACRLR3R5R6100ΩI2I1VE　　光电池受光照后，产生光电流I2，在A、B两点间的毫伏电压表会产生偏压。调节稳压电源VE后，产生补偿电流I1，I1和光电流I2方向相反。调节电位计R5（粗调）和R6（细调）使补偿电流I1与光电流I2相减，并促使毫伏电压表G1指示为零，此时，表示点A和点B电位相同，相当于光电池在A、B两点处电路为零状态下工作，根据电路平衡条件则光电流为按上面实验线路装置及测试原理，可以自行安排实

7、验步骤进行实验，将实验结果填入表1中，在坐标纸上绘出相应的曲线并解释之。表1实验数据表照度光电流负载/05001200实验3光敏电阻特性测试1、实验目的（1）熟悉光敏电阻的原理和特性参数；（2）掌握光敏电阻的使用方法；（3）培养应用光电传感器设计电路的能力。2、实验仪器稳压电源、光敏电阻、负载电阻、万用表、光功率计、光源3、测量系统的结构及原理由半导体材料制成的光敏电阻，工作原理基于内光电效应，当掺杂的半导体薄膜表面受到光照时，其导电率就发生变化。不同的材料制成的光敏电阻有不同的光谱特性和时间常数。光敏电阻的伏安特性、光谱特性、温度特性、光电特性、

8、等均会影响器件的的使用。由于存在非线性，光敏电阻一般用在控制电路中，不适用作测量元件。EV微安表测试电路如图所示。4、实验