实验11 PSD位置传感器实验.doc

实验11 PSD位置传感器实验半导体光电位置敏感器件(Position-Sensitive Detector)是一种对其感光面上入射光点位置敏感的半导体，也即当光点在器件感光面的不同位置时，就对应有一个不同的输出电信号。这种器件也简称为PSD。【实验目的】1、 了解PSD光电位置敏感器件的基本原理与结构。2、 掌握正确连接PSD位置传感器的线路连接以及测量。3、 学习用逐差法和作图法处理数据。【仪器用具】主机箱、PSD传感器位移装置、PSD传感器实验模板，导线。【实验原理】PSD主要由硅、锗等半导体材料，利用蒸发金属薄膜工艺，离子注入技术，外延生长工艺以及热扩散技术制成。事实上，它是一种具有均匀电阻薄层表面的平面型PIN光电二极管，但它是建立在横向光电效应基础上的。图11-1 PSD工作原理图图11-1表示了PSD的工作原理，其中图(a)为PIN型的PSD截面结构示意图，表面层P为感光面，在其两边各有一信号输出电极，底层的公共电极是用于加反偏电压。当光点入射到PSD表面时，由于横向电势的存在，产生光生电流，光生电流就流向两个输出电极，从而在两个输出电极上分别得到光电流和，显然。而和的分流关系则取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。假设PSD表面分流层的阻挡是均匀的，则PSD可简化为图(b)所示的电位器模型，其中、为入射光点位置到两个输出电极间的等效电阻，显然、正比于光点到两个输出电极间的距离。 因为 所以可得 当入射光恒定时，恒定，则入射光点与PSD中间零位点距离X与成线性关系，与入射光点强度无关。通过适当的处理电路，就可以获得光点位置的输出信号。【实验内容与要求】1、按图11-2接线：图中左边小框中：红、黑、黄、白、黄插孔在PSD传感器装置座底部侧面上。其中红、黑为激光电源输入端，黄、白、黄为PSD传感器输出端接入PSD传感器实验模板电路中，并将实验模板中的与接，与接（注：V03、Vi3、Vi4、V05不用接线）与接，与接。 图11-2 PSD位置传感器实验接线2、打开主机箱电源，转动测微头，使激光光点在PSD上的位置从一端移向另一端。此时电压变化可在45V之间，若未达到此值，可调输出增量旋纽。调节测微头，使激光光点在PSD的端点上。3、在PSD装置中旋上拉伸遮光筒并拉伸头部贴近激光器端面，反向转动测微头使光点向PSD另一端位移，每转动0.2mm记录数据填入表11-1。表11-1 PSD传感器位移值与输出电压值记录的位置（mm）2.4502.6502.8503.0503.2503.4503.6503.8504.0504.250输出电压（V）5.03 4.70 4.61 4.58 4.33 4.49 4.45 4.41 4.33 4.12 记录的位置（mm）4.450 4.650 4.850 5.050 5.250 5.450 5.650 5.850 6.050 6.250 输出电压（V）3.90 3.67 3.44 3.23 3.00 2.77 2.34 2.31 2.06 1.82 记录的位置（mm）6.450 6.650 6.850 7.050 7.250 7.450 7.650 7.850 8.050 8.250 输出电压（V）1.59 1.34 1.04 0.74 0.60 0.31 0.08 -0.16 -0.43 -0.69 记录的位置（mm）8.450 8.650 8.850 9.050 9.250 9.450 9.650 9.850 10.050 10.250 输出电压（V）-0.92 -0.93 -0.94 -0.95 -0.96 -0.97 -0.94 -0.96 -1.03 -1.33 4、 根据表11-1所列的数据，计算量程为3mm、4mm时的非线性误差。模拟曲线为：y=-0.9319x+7.6195x=3mm,y=4.8238 =(4.58-4.8238)/4.8238=5%X=4mm,y=3.8919 【思考问题】1.