光敏三极管特性实验

光电传感与检测技术,实验二 光敏三极管特性实验,实验目的,熟悉光敏三极管的结构和工作原理。了解光敏三极管的特性，当工作电压一定时，光敏三极管输出光电流与入射光照度的关系。了解光敏管在控制电路中的具体应用。,实验原理,光敏二极管简介,光敏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，由少数载流子漂移形成的反向电流很小（暗电流），处于截止状态；当有光照射时，吸收光子、激发电子空穴对，在外加反向电压作用下形成光电流，使得光敏二极管处于导通状态。,和普通二极管相似，光敏二极管的核心部分也是一个PN结，属于单向导电性的非线性元件。,实验原理,光敏三极管简介,光敏三极管可用元素半导体或化合物半导体制得，不同材料的光敏三极管对应的光谱特性不同。本实验用的是一种用平面工艺制造的硅NPN型光敏三极管，只有E、C两个引出端子，,光敏三极管与反偏的光敏二极管工作原理类似；但存在两个PN结，可利用一般晶体管的电流放大作用获得更大的光电流，因此具有更高的灵敏度。,实验原理,光敏三极管工作原理,光敏三极管可等效为一个光敏二极管和普通三级管结合而成。当具有光敏特性的PN结受到光照时会形成光电流，此光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了hFE倍的响应电流。 Ic=Ib*hFE,Ib,可见与普通三极管类似，光敏三极管同样具有电流放大功能，只不过其控制端受入射光强控制。,实验原理,光敏三极管伏安特性,在给定光照条件下，光敏三极管两端电压与其输出电流Ic间的关系即为其伏安特性，具体特性曲线如图所示：,无光照射时，集电极发射极间的漏电流称为暗电流。Iceo=IcbohFE可见光敏三极管的暗电流也比光敏二极管增大了hFE倍。,偏压,照度,实验原理,光敏三极管光照特性,理论上输出电流Ic=Ip*hFE。Ip为集-基的等效二极管光生电流，表明Ic与光电流Ip之间满足线性关系，即输出电流Ic与入射光量基本保持线性关系。,在给定偏压条件下，光敏三极管输出电流Ic与入射光照度间的关系为其光电/光照特性，具体特性曲线如下图所示：,照度,偏压,实验原理,光敏三极管相对光谱特性,硅光敏三极管的相对光谱特性曲线如右图所示：在可见光区和近红外光区附件有较好的光谱灵敏度；光电三极管的光谱响应特性主要取决于其半导体材料的光谱响应特性；但其灵敏度（增益值）主要受个体光电管的hFE影响（光电二极管不同）。,实验原理,光敏三极管温度特性,光敏三极管的相对光响应灵敏度与温度对应曲线如图所示：由于光电三极管的hFE受环境温度的影响较大，所以光电三极管的灵敏度也会随环境温度变化而出现较大的变化；故与光电二极管相比，光电三极管对温度变化更为敏感。,实验内容,1、判断光敏三极管极性,方法：用万用表20K电阻档，黑表棒接发射极E，红表棒接集电极C，无光照时显示，光照增强时电阻迅速减小至1-2K欧姆；若将红表棒接发射极，黑表棒接集电极，则不论光照变化与否万用表始终显示。,实验内容,2、伏安特性测量,在三种照度下重复测量，将数据记录至相应数据表格中，并绘制伏安特性曲线。,按图连接好实验线路，光源选用高亮度卤素灯，负载电阻选用100K欧姆。分别在弱、中、强三种光照度条件下，测出光敏三极管外加偏压UCE与其光电流IC之间的数据关系。UCE= UCC - UR；光电流,2、伏安特性测量电路连接,2、伏安特性测量数据记录,光敏二极管伏安特性测试数据表（照度： 弱 ）,光敏二极管伏安特性测试数据表（照度： 中 ）,光敏二极管伏安特性测试数据表（照度： 强 ）,实验内容,3、光照特性测量,按图连接好实验线路，光源选用高亮度卤素灯，负载电阻选用100K欧姆。调节光照从“弱强”，测得不同(15个)照度条件下，测出光敏三极管输出光电流IC与入射光照度间的数据关系。照度依然用UR来度量 。其中光电流,在三种偏压下重复测量，将数据记录至相应数据表格中，并绘制光照特性曲线。,3、光照特性测量数据记录,光敏二极管光照特性测试数据表（电压： 2V ）,光敏二极管光照特性测试数据表（电压： 6V）,光敏二极管光照特性测试数据表（电压： 10V）,实验内容,4、光敏管的应用光控电路,右图为一无光照射时切断电路，有光照射时接通电路的亮通型光电控制电路。当有光照时，光电二/三极管导通，处理电路中的晶体管T(9013)基极电压升高，T导通，给集电极负载的LED供电，电流流过LED，使其发光。,4、光敏管的应用光控电路连接,光敏三极管单元,实验内容,4、光敏管的应用实验步骤,将光敏二极管接入“光敏三极管单元” 的“传感器入”，“发光管”端口与发光二极管相接，输出端Vo接数字电压频率表20V档。开启仪器电源，调节“增益”电位器，使其在光源的照射下发光管发光。改变光照条件，分别用白