工程光学实验指导书

工程光学实验指导书 实验二 光电探测原理实验

光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的，如图2.8。

100

硒80

硅60

40

20

040060080010001200 ? / nm

2.8 硅光电池的光谱特性

五、仪器简介

实验箱配备有0～12V可调的直流电压源，可为光电二极管提供可以调节的偏置电压。本实验箱还配有照度计、电压表和电流表，各表头显示单元和各种调节单元都放在面板上，而光源、照度计探头、硅光电池和硅光电二极管等不需要经常移动的器件都在实验箱里面固定，所有引出线都通过连线连接到面板上，学生做实验时只需要简单连线即可，连线、调节、观察和记录都很方便。

实验箱还配备10K粗调电位器RP1和47K多圈精密细调电位器RP2，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。

面板操作示意图：

S / %

六、实验步骤

（1）光电二极管反向伏安特性的测量 实验装置原理框图如图2.9所示。

9

工程光学实验指导书 实验二 光电探测原理实验

图 2.9 实验原理框图

1、负载RL选择RL1=2.4K。将面板上“光电二极管偏置电压输入＋”端与电流表“＋”端用导线连接，电流表“－”端与RL1任一端连接，RL1另一端与“光电二极管偏置电压输入－”端相连，此时光电二极管偏压为零。

2、电流表档位调节至20μA档，将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。打开电源开关，顺时针调节该旋钮，使照度值为50Lx，记录此时电流表读数。关闭电源，拆掉电流表“-”端与RL1间连线。

3、将电压表调到20V档，“幅度调节”旋钮逆时针调至最小值位置。将“直流电源0-12V”端与RL1相连，将“直流电源”接地端与电流表“-”端用导线连接。再将电压表“+”端与“直流电源0-12V”相连，“直流电源”接地端与电压表“-”端用导线连接。

4、打开电源开关，调节“幅度调节”旋钮，直至电压表显示为2.00V为止，记下光电二极管所加反向偏压为2V时电流表的读书。

5、重复步骤4，分别记下偏压为4V、6V、8V和10V时的电流表读数。

6、重复上述步骤。分别测量光电二极管在100Lx、200Lx和300Lx照度下，不同偏压下的光生电流值，并分别作出伏安特性曲线。比较四条曲线有什么不同。

7、实验完毕，关闭电源，拆除所有连线。将“幅度调节”和“光照度调节”旋钮都逆时针旋到底。

（2）光电二极管在-6V偏压下光照特性测量

1、照上图连接线路，负载选择RL1＝2.4K，电流表档位选择20μA。 2、调节“幅度调节”旋钮，使电压表指示为6V。

3、将光源、照度计、光电二极管插入实验箱相应孔中。

4、将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值，测-6V偏压下的电流，即为暗电流。 5、分别测出照度为25Lx、50Lx、100Lx、150Lx、200Lx、250Lx、300Lx时的电流值。 6、绘制光电二极管的光照度曲线。 （3）光电池照度－电流特性曲线 实验装置原理框图如图2.10所示。

1、将“光电池电压输出＋”端与电流表“＋”端相连，“光电池电压输出－”端与电流表“－”端相连。电流表档位调至20μA档，“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。

2、打开电源开关。顺时针调节“光照度调节”旋钮，逐渐增大光照度，记下不同光照度下的短路电流值，填入表3。

10

工程光学实验指导书 实验二 光电探测原理实验

图 2.10 实验原理框图

表2.1光电池照度－电流

光照度（Lx） R＝0 R＝2.4K 光生电流（μA） 光生电流（μA） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 （4）光电池照度－电压特性曲线 实验装置原理框图如图2.11所示。

图 2.11 实验原理框图

1、负载选择RL1=2.4KΩ。将“光电池电压输出＋”端与电阻RL1任一端连接，电阻RL1另一端与电流表“＋”端相连，电流表“－”端与“光电池电压输出－”端相连，再将电压表两端与“光电池电压输出”两端用导线相连接（注意极性不要接反）。“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。将电压表选择2V档，电流表选择200μA档。

2、打开电源，将光照度调节至0、10Lx、30Lx、50Lx、100Lx、200Lx、300Lx，记录下各对应光生电压值，填入表2.2中。

表2.2 照度－光生电压对照表

光照度（Lx） 光生电压（mV）

0 10 0 11

30 5 100 200 300 工程光学实验指导书 实验二 光电探测原理实验 （5）入射光强－负载特性测试

1、依照上图连接线路，将光照度调节至50Lx，记录电流表和电压表读数，填入表5.1。 2、将负载Ｒ换成分别换成RL2、RL3、R1和R2，阻值分别为5.6 KΩ、10 KΩ、51KΩ和100 KΩ，分别记录电流表和电压表的读数，填入表2.3。

表2.3 负载改变情况下光生电流、电压对应表

负载 （Ω） 电流（mA） 电压（mV） 0 1） 2.4K （RL2） 5.6K （RL3） 10K （RL） 51K （R1） 100K （R23、作出50Lx光照度下光电池的光生电流、光生电压随负载变化的曲线。 4、光照度取100Lx、200Lx、300Lx，重复上述步骤。

5、作出100Lx、200Lx、300Lx光照度下光生电流、光生电压、负载变化的曲线，比较四条曲线的不同，并加以分析。

七、思考题

1、光电二极管反向伏安特性的测量实验中，分析并比较零偏压和-6V偏压下光照度—电流曲线的区别，分析区别产生的原因。

2、光电池照度－电流特性曲线实验中，对不同照度下的伏安特性曲线进行分析比较，看看有什么区别？产生这些区别的原因是什么？

12