光电二三极管实验指导书V1.0

1、 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 1 -目目 录录第一章第一章 光电二三极管综合实验仪说明光电二三极管综合实验仪说明.- 3 -一、内容简介.- 3 -二、实验仪说明.- 3 -1、电子电路部分结构分布.- 3 -2、光通路组件.- 5 -第二章第二章 实验指南实验指南.- 6 -一、实验目的.- 6 -二、实验内容.- 6 -三、实验仪器.- 6 -四、实验原理.- 7 -1、概述.- 7 -2、光电二三极管的工作原理.- 8 -3、光电二三极管的基本特性.- 10 -五、注意事项.- 13 -六、实验步骤.- 14 -1、光电二极管暗电流测试.- 13

2、 -2、光电二极管光电流测试.- 15 -3、光电二极管光照特性.- 16 -4、光电二极管伏安特性.- 17 -5. 光电二极管时间响应特性测试.- 19 -6、光电二极管光谱特性测试.- 20 -7、光电三极管光电流测试实验.- 22 -8、光电三极管光照特性测试.- 23 -9、光电三极管伏安特性.- 24 -10. 光电三极管时间响应特性测试.- 25 -11、光电三极管光谱特性测试.- 26 -设计实验 1：简易光功率计设计实验.- 29 - 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 2 -七、思考题.- 30 - 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三

3、极管综合实验仪实验指导书 - 3 -第一章第一章 光电二三极管综合实验仪说明光电二三极管综合实验仪说明一、内容简介一、内容简介光电二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的 PN 结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。GCGMDA-B 型光光电二三极管综合实验仪主要研究光敏二极管和光敏三极管的基本特性，如光电流、

4、暗电流、光照特性、光谱特性、伏安特性、及频率特性等等，以及这两种光敏器件的应用差别。本实验仪电路 PCB 板与光通路组件各占一部分置于箱体内，这样不仅可以让学生对整个实验系统的光通路一目了然，增强学生对系统的理解，而且外观美观大方，携带存放方便。在电路 PCB 板部分，模块化设计，包括光源驱动单元、脉冲驱动单元、信号测试单元、光源指示单元、电阻选择单元等等。配备有 012V 可调的直流电压源，可为光敏二、三极管提供偏置电压。本实验箱还配电压表、电流表和独立照度计，各表头显示单元和各种调节单元都放在面板上，学生做实验时只需要简单连线即可实现相应的功能。连线、调节、观察和记录都很方便。实验箱还配备

5、 100 欧20M 欧不同阻值的电阻，可供学生配合其它元件自己动手搭建实验之用，提高学生动手动脑能力。二、实验仪说明二、实验仪说明1 1、电子电路部分结构分布、电子电路部分结构分布电子电路部分功能说明（1）电压表：独立电压表，可切换三档，200mV，2V，20V，通过拨段开关进行调节，白色所指示的位置即为所对应的档位。 “+” “-”分别对应电压表的“正” “负”输入极。 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 4 -（2）电流表：独立电流表，可切换四档，200uA，2mA，20mA，200mA通过拨段开关进行调节，白色所指示的位置即为所对应的档位。“+” “-”

6、分别对应电压表的“正” “负”输入极。（3）固定电阻值：RL1=100， RL2=200， RL3=510，RL4=1K， RL5=2K， RL6=5.1K, RL7=10K， RL8=20K， RL9=51K,RL10=100K， RL11=200K， R12=510K, RL13=1M， RL14=10M， RL15=20M,（）直流电源：012V 可调， “012V”为直流电源的正极，另一端为负极。（）信号测试单元：TP1：与 T1 直接相连 TP2：与 T2 直接相连 TP ：光脉冲调制信号测试端 注：信号测试单元的 GND 与直流电源 012V 不共地。 光电二三极管综合实验仪实验指

7、导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 5 -2 2、光通路组件、光通路组件面光源分光镜余弦校正器光电探测器照度计探头光电流输出端光调制控制输入端照度计存放区连接线缆存放区滤色片此处可拆卸光器件输出端待测光器件图 1 光电二三极管光通路组件功能说明：分光镜：50%透过 50%反射镜，将平行光一半给照度计探头，一半给等测光器件，实验测试方便简单，照度计可实时检测出等测器件所接收的光照度。光器件输出端：红色光电二三极管“P”极或“E”极 黑色光电二三极管“N”极或“C”极 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 6 -第二章第二章 实验指南实验指南一、实验目的一、实

8、验目的1、学习掌握光敏二、三极管的工作原理2、学习掌握光敏二、三极管的基本特性3、了解光敏二、三极管应用差异4、掌握光敏二、三极管特性测试的方法5、了解光电二极管及光电三极管的基本应用二、实验内容二、实验内容1、光电二极管暗电流测试实验2、光电二极管光电流测试实验3、光电二极管伏安特性测试实验4、光电二极管光电特性测试实验5、光电二极管时间特性测试实验6、光电二极管光谱特性测试实验7、光电三极管光电流测试实验8、光电三极管伏安特性测试实验9、光电三极管光电特性测试实验10、光电三极管时间特性测试实验11、光电三极管光谱特性测试实验设计实验 1：简易光功率计设计实验三、实验仪器三、实验仪器1、光

9、电二三极管综合实验仪 1 个2、光通路组件 1 套3、光照度计 1 个4、电源线 1 根5、2#迭插头对（红色，50cm） 10 根6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10 根 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 7 -7、三相电源线 1 根8、实验指导书 1 本四、实验原理四、实验原理1 1、概述、概述 随着光电子技术的发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率响应等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和光

10、敏三极管。光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有 IIIV 族化合物及其他化合物制作的二极管。从结构上来分，有 PN 结、PIN 结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等各种不同种类的。不同种类的光敏二极管，具有不同的光电特性和检测性能。例如，锗光敏二极管与硅光敏二极管相比，它在红外光区域有很大的灵敏度，如图所示。这是由于锗材料的禁带宽度较硅小，它的本征吸收限处于红外区域，因此在近红外光区域应用；再一方面，锗光敏二极管有较大的电流输出，但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流，因此，它的噪声较大。又如，PIN 型或雪崩型光敏二极管与扩散

11、型 PN 结光敏二极管相比具有很短的时间响应。因此，在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。光敏二极管和光电池一样，其基本结构也是一个 PN 结。与光电池相比，它的突出特点是结面积小，因此它的频率特性非常好。光生电动势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为数微安到数十微安。按材料分，光敏二极管有硅、砷化铅光敏二极管等许多种，由于硅材料的暗电流温度系数较小，工艺较成熟，因此在实验际中使用最为广泛。光敏三极管与光敏二极管的工作原理基本相同，工作原理都是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体 PN 结上，PN 结参与了光电转换过程。 光电二三极管综合实验仪实验指导书

12、光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 8 -2 2、光电二三极管的工作原理、光电二三极管的工作原理光生伏特效应：光生伏特效应是一种内光电效应。光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂形成的 PN 结、不同质的半导体组成的异质结或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场，当光照射这种半导体时，由于半导体对光的吸收而产生了光生电子和空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和聚集而产生电位差。这种现象是最重要的一类光生伏特效应。均匀半导体体内没有内建电场，当光照射时，因光生载流子浓度梯度不同而

13、引起载流子的扩散运动，且电子和空穴的迁移率不相等，使两种载流子扩散速度的不同从而导致两种电荷分开，而出现光生电势。这种现象称为丹倍效应。此外，如果存在外加磁场，也可使得扩散中的两种载流子向相反方向偏转，从而产生光生电势。通常把丹倍效应和光磁电效应成为体积光生伏特效应。光电二极管和光电三极管即为光电伏特器件。光敏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（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（b）所示。 AEV-+Ia)b)图2 光敏二极管a)结构示意图和图形符号 b)基本电路EU0ceI

14、cRLNNP图3光敏三极管a)结构示意图 b)基本电路 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 9 -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区中少数载流子的浓度，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 PN 结时，只要光子能量 h 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。如果入射光的照度变化，光生电子

15、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。 光敏三极管有两个 PN 结，因而可以获得电流增益，它比光敏二极管具有更高的灵敏度。其结构如图 3（a）所示。 当光敏三极管按图 3（b）所示的电路连接时，它的集电结反向偏置，发射结正向偏置，无光照时仅有很小的穿透电流流过，当光线通过透明窗口照射集电结时，和光敏二极管的情况相似，将使流过集电结的反向电流增大，这就造成基区中正电荷的空穴的积累，发射区中的多数载流子(电子)将大量注人基区，由于基区很薄，只有一小部分从发射区注入的电子与基区的空穴复合，而大部分电子将穿过基区流向与电源正极相接的集电极，形成

16、集电极电流。这个过程与普通三极管的电流放大作用相似，它使集电极电流是原始光电流的(l+ )倍。这样集电极电流将随入射光照度的改变而更加明显地变化。 在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用了晶体三极管的电流放大作用，用 Ge 或 Si 单晶体制造 NPN 或 PNP 型光敏三极管。其结构使用电路及等效电路如图 4 所示。 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 10 -BE光PNNEJSiO2ECVRLCBEII (1+)i+-(a)光敏三级管结构(b)使用电路(c)等效电路 图 4 光敏三极管结构及等效电路光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管基

17、极和集电极并联 ：集电极-基极产生的电流，输入到三极管的基极再放大。不同之处是，集电极电流（光电流）由集电结上产生的 i 控制。集电极起双重作用：把光信号变成电信号起光电二极管作用；使光电流再放大起一般三极管的集电结作用。一般光敏三极管只引出 E、C 两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。3 3、光电二三极管的基本特性、光电二三极管的基本特性（1 1）暗电流）暗电流光电二三极管在一定偏压，当没有光照的情况下，即黑暗环境中，所测得的电流值即为光电二、三极管的暗电流。（2 2）光电流）光电流光电二极管在一定偏压，当有光电照的情况下，所测得的电流值即为光电二、三

18、极管在某特定光照下的光电流。（3 3）光照特性）光照特性光电二极管在一定偏压下，当入射光的强度发生变化，通过光电二三极管的电流随之变化，即为光电二、三极管的光照特性。反向偏压工作状态下，在外加电压 E 和负载电阻 RL 的很大变化范围内，光电流与入照光功率均具有很好的线性关系；在无偏压工作状态下，只有RL 较小时光电流与入照光功率成正比，RL 增大时光电流与光功率呈非 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 11 -线性关系。图 5 光电二极管的光照特性（4 4）伏安特性）伏安特性在一定光照条件下，光电二、三极管的输出光电流与偏压的关系称为伏安特性。光电二极管的伏

19、安特性的数学表达式如下：I=I01exp (qV/kT)IL其中 I0是无光照的反向饱和电流，V 是二极管的端电压（正向电压为正，反向电压为负） ，q 为电子电荷，k 为波耳兹常数，T 为 PN 结的温度，单位为 K，IL 为无偏压状态下光照时的短路电流，它与光照时的光功率成正比。(光电二极管的伏安特性如下图所示) 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 12 - -4123Ic(mA)-8-12Ee=20000lx10000lx5000lx2000lx1000lxV(V)图 6 光电二三极管的伏安特性曲线（5 5）响应时间特性）响应时间特性光敏晶体管受调制光照射

20、时，相对灵敏度与调制频率的关系称为频率特性。如图 7 所示。减少负载电阻能提高响应频率，但输出降低。一般来说，光敏三极管的频响比光敏二极管差得多，锗光敏三极管的频响比硅管小一个数量级。实验证明，光电器件的信号的产生和消失不能随着光强改变而立刻变化，会有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表示。即当入射辐射照射光电探测器后或入射辐射遮断后，光电探测器的输出升到稳定值或下降到照射前的值所需时间称为响应时间。为衡量其长短，常用时间常数的大小来表示。当用一个辐射脉冲光电探测器，如果这个脉冲的上升和下降时间很短，如方波，则光电探测器的输出由于器件的惰性而有延迟，把从10%上升到90%峰值处所需的时间称为探

21、测器的上升时间，而把从90%下降到10%所需的时间称为下降时间。如图所示 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 13 -0.10.91t上t下t(a)(b)图 7 上升时间和下降时间（a）入射光脉冲方波（b）响应时间（6 6）光谱特性）光谱特性一般光电二三极管的光谱响应特性表示在入射光能量保持一定的条件下，光电二三极管在一定偏压下所产生光电流与入射光波长之间的关系。一般用相对响应表示，实验中光电二三极管的响应范围为4001100nm，峰值波长为800900nm，由于实验仪器所提供的波长范围为400650nm，因此，实验所测出的光谱响应曲线呈上升趋势。 五、注意事

22、项五、注意事项1、当电压表和电流表显示为“1”是说明超过量程，应更换为合适量程；2、连线之前保证电源关闭。3、实验过程中，请勿同时拨开两种或两种以上的光源开关，这样 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 14 -会造成实验所测试的数据不准确。4、光电二极管偏压不要接反。六、实验步骤六、实验步骤下面的实验内容为光电二极管的实验内容，实验之前请拆卸结构下面的实验内容为光电二极管的实验内容，实验之前请拆卸结构件，将光电二极管结构件装入对应光器件插座中。件，将光电二极管结构件装入对应光器件插座中。1 1、光电二极管暗电流测试、光电二极管暗电流测试实验装置原理框图如图 8

23、 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 8 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，如图 8 所示。RLVI/暗图 8（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 J4 与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将三掷开关 BM2 拨到“静态特性” ，将拨位开关S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7 均拨下。（3） “光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电

24、源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。（4）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 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 15 -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（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）直流电源输出电压不变）（5）按图 8 所示的电路连接电路图，负载 RL 选择 RL15=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时的暗

25、电流.( (注注: :在测试暗电流时在测试暗电流时, ,应先将光电器件置于黑暗环境中应先将光电器件置于黑暗环境中 3030 分钟以分钟以上上, ,否则测试过程中电压表需一段时间后才可稳定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，直流电源调至最小,关闭电源，拆除所有连线。2 2、光电二极管光电流测试、光电二极管光电流测试实验装置原理图如图9所示。图 9（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 J4 与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将三掷开关 BM2 拨到“静态特性” ，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3

26、，S4，S5，S6，S7 均拨下。（3）按图 9 连接电路图， RL 取 RL4=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） ，缓慢调节直流调节电位器到电压表显示为 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 16 -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 3、光电二极管光照特性、光电二极管光照特性实验装置原理框图如图 9 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

27、，黑为负极） ，将光源调制单元J4与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将三掷开关BM2拨到“静态” ，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。（3）按图 9 所示的电路连接电路图，负载 RL 选择 RL4=1K 欧。（4）将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。打开电源，调节直流电源电位器，直到显示值为 8V 左右，顺时针调节光照度调节电位器，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）0100300500700800光生电流（A） （5）将“光照度调节”旋钮逆时

28、针调节到最小值位置后关闭电源。 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 17 -（6）将以上连接的电路中改为如下图 10 连接（即 0 偏压） ，RL取 RL4=1K 欧。图 10（7）打开电源，顺时针调节该光照度调节旋钮，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。（8）根据上面两表中实验数据，在同一坐标轴中作出两条曲线，并进行比较。（9）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。4 4、光电二极管伏安特性、光电二极管伏安特性实验装置原理框图如图 9

29、所示。光照度（Lx）0100300500700800光生电流（A） 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 18 -图 9（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J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。（2）将三掷开关BM2拨到“静态” ，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。（4）按图 9 所示的电路连接电路图，负载 RL 选择 RL5=2K 欧。（5）打开电源顺时针调节照度调节旋钮，使照度值为500Lx，保持光照度不变，调节电源电压电位器，使反向偏压为0V、2V，4V、6

30、V、8V、10V、12V时的电流表读数，填入下表，关闭电源。 （注意：直流电源不可调至高于（注意：直流电源不可调至高于20V20V，以免烧坏光电二极管），以免烧坏光电二极管） （6）根据上述实验结果，作出500Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线。（7）重复上述步骤。分别测量光电二极管在300Lx和800Lx照度下，不同偏压下的光生电流值，在同一坐标轴作出伏安特性曲线。并进行偏压（V）0-2-4-6-8-10-12光生电流（A） 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 19 -比较（8）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。5.5.

31、光电二极管时间响应特性测试光电二极管时间响应特性测试（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J4与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将三掷开关BM2拨到“脉冲” ，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。（3）按图 11 所示的电路连接电路图，负载 RL 选择 RL=1K 欧。（4）示波器的测试点应为 A 点，为了测试方便，可把示波器的测试点使用迭插头对引至信号测试区的 TP1 和 TP2。A图 11（5）打开电源，白光对应的发光二极管亮，其余的发光二极管不亮。用示波器的第一通道接 TP 和 GND（即

32、为输入的脉冲光信号） ，用示波器的第二通道接 TP2 和 TP1。（6）观察示波器两个通道信号，缓慢调节直流电源电位器直到示波器上观察到信号清晰为止，并作出实验记录（描绘出两个通道波形） 。（7）缓慢调节脉冲宽度调节，增大输入脉冲的脉冲信号的宽度，观察示波器两个通道信号的变化，并作出实验记录（描绘出两个通道的波形）并进行分析。 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 20 -（8）实验完毕，关闭电源，拆除导线。6 6、光电二极管光谱特性测试、光电二极管光谱特性测试当不同波长的入射光照到光电二极管上，光电二极管就有不同的灵敏度。本实验仪采用高亮度 LED（白、红、橙

33、、黄、绿、蓝、紫）作为光源，产生 400630nm 离散光谱。光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。定义为在波长的单位入射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压或电流信号。即为或)()()(PVv)()()(PIi式中，为波长为时的入射光功率；为光电探测器在)(P)(V入射光功率作用下的输出信号电压；则为输出用电流表示)(P)(I的输出信号电流。本实验所采用的方法是基准探测器法，在相同光功率的辐射下，则有 )()(ffUUK式中，为基准探测器显示的电压值，K 为基准电压的放大倍数，fU为基准探测器的响应度。取在测试过程中,取相同值,则实验)(ffU所测测试的响应度大小由的大小确定.下

34、图为基准探)()(fU测器的光谱响应曲线。 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 21 -00.20.40.60.811.20200400600800100012001400图 12 基准探测器的光谱响应曲线（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 J4 与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将三掷开关 BM2 拨到“静态特性” ，将拨位开关S1，S2，S3，S4， S5，S6，S7 均拨下。（3）将直流电源正负极直接与电压表相连，打开电源，调节电源电位器至电压表为 10V，关闭电源。（4）按如

35、图 13 连接电路图，RL 取 RL10=100K 欧。图 13 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 22 -（5）打开电源，缓慢调节光照度调节电位器到最大，依次将S2，S3，S4，S5，S6，S7 拨上后拨下，记下当上述开关拨向上时,照度计读数最小时照度计的读数 E 作为参考。（注意：请不要同时将两个拨位开关拨上）（注意：请不要同时将两个拨位开关拨上）（6）S2 拨上，缓慢调节电位器直到照度计显示为 E，将电压表测试所得的数据填入下表，再将 S2 拨下；（7）重复操作步骤（6），分别测试出橙，黄，绿，蓝，紫在光照度 E 下电压表的读数，填入下表。（8）根据所

36、测试得到的数据，做出光电二极管的光谱特性曲线。下面的实验内容为光电三极管的实验内容，请拆卸光电二下面的实验内容为光电三极管的实验内容，请拆卸光电二极管结构件，将光电三极管结构件装入对应的光器件插座上极管结构件，将光电三极管结构件装入对应的光器件插座上7 7、光电三极管光电流测试实验、光电三极管光电流测试实验（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 J4 与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将三掷开关 BM2 拨到“静态特性” ，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7 均拨下。（3）按图 14 连接电路图，

37、RL 取 RL4=1K 欧。ECVARLV波长（nm）红（630） 橙（605）黄(585)绿（520）蓝（460）紫（400）基准响应度0.650.610.560.420.250.06R 电压（mV） 光电流(U/R)响应度 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 23 -图 14（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） ，缓慢调节直流调节电位器到电压表显示为6V，请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。8 8、

38、光电三极管光照特性、光电三极管光照特性测试测试（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J4与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将三掷开关BM2拨到“静态” ，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。（3）按图 14 所示的电路连接电路图，负载 RL 选择 RL4=1K 欧。（4）将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。打开电源，调节直流电源电位器，直到显示值为 6V 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

39、合适的量程再测试。 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 24 -光照度（Lx）0100300500700800光生电流（A） （5）调节直流调节电位器到 10V 左右，重复述步骤（4） ，改变光照度值，将测试的电流值填入下表光照度（Lx）0100300500700800光生电流（A）（6）根据所上面所测试的两组数据，在同一坐标轴中描绘光照特性曲线并进行分析。（7）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。9 9、光电三极管伏安特性、光电三极管伏安特性实验装置原理框图如图 14 所示。ECVARLV 光电二三极管综合实验仪实验指导书光

40、电二三极管综合实验仪实验指导书 - 25 - 图 14（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J4与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。（2）将三掷开关BM2拨到“静态” ，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。（4）按图 14 所示的电路连接电路图，直流电源选择电源，负载RL 选择 RL5=2K 欧。（5）打开电源顺时针调节照度调节旋钮，使照度值为200Lx，保持光照度不变，调节电源电压电位器，使反向偏压为0V、0.5V、1V、1.5V、2V，4V、6V、8V、10V、12V时的电流表读数，填入下表，关闭电

41、源。 （注意：直流电流不可调至高于（注意：直流电流不可调至高于30V30V，以免烧坏光电三极管），以免烧坏光电三极管） （6）根据上述实验结果，作出200Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线。（7）重复上述步骤。分别测量光电三极管在100Lx和500Lx照度下，不同偏压下的光生电流值，在同一坐标轴作出伏安特性曲线。并进行比较（8）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。10.10. 光电三极管时间响应特性测试光电三极管时间响应特性测试（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J4与光通路组件光源接口用彩排数

42、据线相连。偏压（V）005124681012光生电流（A） 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 26 -（2）将三掷开关BM2拨到“脉冲” ，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。（3）按图 14 所示的电路连接电路图，负载 RL 选择 RL4=1K 欧。（4）示波器的测试点应为光电三极管的 CE 两端，为了测试方便，可把示波器的测试点使用迭插头对引至信号测试区的 TP1 和 TP2；ECVARLV图 14（5）打开电源，白光对应的发光二极管亮，其余的发光二极管不亮。用示波器的第一通道与接 TP 和 GND（即为输入的脉冲光信号） ，用

43、示波器的第二通道接 TP2。（6）观察示波器两个通道信号，缓慢调节直流电源电位器直到示波器上观察到信号清晰为止，并作出实验记录（描绘出两个通道波形） 。（7）缓慢调节脉冲宽度调节，增大输入脉冲的脉冲信号的宽度，观察示波器两个通道信号的变化，并作出实验记录（描绘出两个通道的波形）并进行分析。（8）实验完毕，关闭电源，拆除导线。1111、光电三极管光谱特性测试、光电三极管光谱特性测试当不同波长的入射光照到光电二极管上，光电二极管就有不同的 光电二三极管综合实验仪实验指导书光电二三极管综合实验仪实验指导书 - 27 -灵敏度。本实验仪采用高亮度 LED（白、红、橙、黄、绿、蓝、紫）作为光源，产生 400630nm 离散光谱。光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。定义为在波长的单位入射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压或电流信号。即为或)()()(PVv)()()(PIi式中，为波长为时的入射光功率；为光电探测器在)(P)(V入射光功率作用下的输出信号电压；则为输出用电流表示)(P)(I的输出信号电流。本实验所采用的方法是基准探测器法，在相同光功率的辐射下，则有 )()(ffUUK式中，为基准探测器显示的电压值，K 为基准电压的放大倍数，fU为基准探测器的响应度。取在测试过程中,取相同值,则实验)(ffU所测测试的响应度大小由的大小确定.下图为基准探测器