光电检测实验指导- 部分

照度 UR（伏） 光电流 光敏二极管光照特性测试数据表（电压： ） 照度 UR（伏） 光电流 根据实验数据画出光敏三极管的光照特性曲线。

思考题：

光敏三极管工作的原理与半导体三极管相似，为什么光敏三极管有两根引出电极就可以正常工作？

实验六 光敏三极管对不同光谱的响应

实验原理：

在光照度一定时，光敏三极管输出的光电流随波长的改变而变化，一般说来，对于发射与

接收的光敏器件，必须由同一种材料制成才能有此较好的波长响应，这就是光学工程中使用光电对管的原因。

图6-1光敏三极管的光谱特性

图6-2 实验所需部件：

光敏三极管、发光二极管（包括红外发射管、各种颜色的LED）、试件插座、直流稳压电源、电压表（自备4 1/2位）

实验步骤：

1. 按图6-2接好光敏三极管测试电路，电路中的光敏三极管为红外接收管，光源采用红外

发光二极管，必须注意发光二极管的接线方向。发光二极管的光都是通过顶端的透镜发

射的，因此实验时必须注意二极管与三极管的相对位置。(顶端透镜相对) 2. 接好如图1-6所示的发光二极管电路，注意发光二极管限流电阻阻值的调节（电位器阻

值的调节一定要按从大到小的原则），发光二极管可插在试件插座上。实验中发光源可用多种颜色的LED。

3. 用黑色胶管将发光二极管与光敏三极管对顶相连，并用遮光罩将它们罩住，如果光谱一

致的话则测试电路 输出端信号变化较大，反之则说明发射与接收不配对，需更换发光源。 4. 调整发光二极管发光强度（可调节电位器）或改变与光敏管的相对位置，重复上述实验。

注意事项：

发光二极管限流电阻一定不能太小，否则将损坏发光管。

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实验七 光电池特性测试.

实验原理:

光电池的结构其实是一个较大面积的半导体PN结，工作原理是光生伏特效应,当负载接入PN两极（电路中的E）后即得到功率输出。在一定光照度下，硅光电池的伏安特性呈非线性。

当光照射硅光电池的时候，将产生一个由N区流向P区的光生电流Iph；同时由于PN结二极管的特性，存在正向二极管管电流ID，此电流方向与光生电流方向相反。所以实际获得的电流为：

??eVI?Iph?ID?Iph?I0?exp??nkBT?????1? ?? 图7-3硅光电池光照特性曲线

式中V为结电压，I0为二极管反向饱和电流，n为理想系数，表示PN结的特性，通常在1和2之间，kB为波尔兹曼常熟，T为绝对温度。短路电流是指负载电阻相对于光电池的内阻来讲是很小的时候的电流。在一定的光照度下，当光电池被短路时，结电压V为0，从而有：

ISC?Iph 负载电阻在20欧姆以下时，短路电流与光照有比较好的线性关系，负载电阻过大，则线性会变坏。

开路电压则是指负载电阻远大于光电池的内阻时硅光电池两端的电压，而当硅光电池的输出端开路时有I?0，由（3）（4）式可得开路电压为：

VOC??nkBT?ISCln??1? q?I0?图7-3为硅光电池的光照特性曲线。开路电压与光照度之间为对数关系，因而具有饱和

性。因此，把硅光电池作为敏感元件时，应该把它当作电流源的形式使用，即利用短路电流与光照度成线性的特点，这是硅光电池的主要优点。

实验所需器件:

两种光电池、各类光源、实验选配电路、电压表(4 1/2位)自备、微安表（毫安表）、激光器、照度计（用户选配）

实验步骤:

图7-1为光电池结构原理及测试电路，图中E为光电池。 1. 光电池短路电流测试：

光电池的内阻在不同光照时是不同的，所以在测得暗光条件下光电池的内阻后（图7-1左）,应选用相对小得多的负载电阻。(这样所测得的电流近似短路电流)，试用阻值为1、5、10、20、30Ω或更大的的负载电阻接入测试电路。打开光源，在不同的距离和角度照

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射光电池，记录光电流的变化情况，可以看出，负载电阻越小（小于20欧姆），光电流与光强的线性关系就越好。 2. 光电池光电特性测试：

光电池的光生电动势与光电流和光照度的关系为光电池的光电特性。 用遮光罩盖住光电器件模板，用电压表或4 1/2位万用表测得光电池的电势，取走遮光罩，打开光源灯光，改变灯光投射角度与光电池的距离，即改变光电池接收的光通量，测量光生电动势与光电流的变化情况，并将测试数据填入下表： 照度 光生电势 光电流 可以看出，它们之间的关系是非线性的，当达到一定程度的光强后，开路电压就趋于饱和了。

3. 硅光电池的伏安特性测试

按照图7-1所示连接好实验线路，其中负载电阻用选配单元中的可调电阻(从0?调至5K?),由实验者自行连接到电路中。光源用高亮度卤素灯，分别选用“弱光”、“中光”和“强光”三种照度。

将可调光源打开，每次在一定的照度下，调节实验选配单元中的可调电阻并用万用表确定阻值，然后测出一组硅光电池的开路电压UOC和取样电阻R1两端的电压UR1,则光电流 I=UR1/R1(R1为取样电阻的阻值)，改变负载电阻，测出尽可能多的数据点，以绘出完整的伏安特性曲线。,然后再另两种光照度下重复上述实验。 硅光电池伏安特性测试数据表（照度：弱 ） Rx1（欧姆） UOC（伏） UR1（伏） 光电流 硅光电池伏安特性测试数据表（照度：中 ） Rx1（欧姆） UOC（伏） UR1（伏） 光电流 硅光电池伏安特性测试数据表（照度： 强 ） Rx1（欧姆） UOC（伏） UR1（伏） 光电流 根据实验数据画出硅光电池的伏安特性曲线。 当光电池负载为电阻时，光照射下的光电池的输出电压与电流的关系，见图7-3。曲线的横坐标值为光电池开路电压值，纵坐标为短路电流值。当接入负载电阻RL时，负载线RL与伏安特性曲线的交点为工作点，此时光电池的输出电流与电压的乘积为光功率。

在上述试验中，分别测得在不同负载条件下，光电池的输出功率，求得最佳工作点。 将光电池分别串、并联,测出其工作性能与输出功率,并得出定性的结论。

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注意事项:

光电池串、并联时请注意电压极性，以免电压相互抵消或短路。

实验八 光电池应用------光强计

实验所需部件:

光电池(或串或并均可)、光强测试电路单元（内电路如图20） 实验步骤:

1. 图8-1为“光电池光强测试”

单元内的电原理图。光电池接入时请注意极性。发光二极管已在电路中接入。 2. 调节光电池受光强度，分别

在光照很暗、正常光照和光照很强时观察两个发光二极管不亮、稍亮、两个都很亮，这样就形成了一个简易的光强计。

图8-1光电池光强测试电路 思考题：

如何将此电路改造成可更细分光照强度的光强计?

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