1234光敏二极管三极管.docx
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1234光敏二极管三极管
实验一光电基础知识实验
一、实验目的
通过实验使学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等基本概念有具体认识。
二、基本原理
本实验中备有普通光源和激光光源。
普通光源（白炽灯）光谱为连续光谱（白炽灯的另一个特性是做灯丝的钨有正阻特性，工作时的热电阻远大于冷态时的电阻，在灯的启动瞬时有较大的电流）。
利用分光三棱镜后，可以提供红色，黄色，绿色，蓝色等多种波长的光辐射。
激光光源是半导体激光器，发射出波长为630纳米的红色光﹙激光特性:
①单色性②方向性③相干性等﹚。
三、需用器件与单元：
主机、普通光源、分光装置（三棱镜）、半导体激光器。
四、实验步骤
图1－1分光实验
1．根据图1-1进行组装和接线，用实验线将主机中AC12V交流电源输出与普通光源相连接。
合上主机的总电源开关。
2．松开图1－1中光源或三棱镜的升降固定螺钉，调节高度使光束对准三棱镜，转动三棱镜座使三棱镜毛面在后面，二个工作面（光面）的棱在前面。
然后调节涡杆角度使折射的投射面（狭缝端盖）上出现清晰的光谱。
如果光谱不清晰可轻微旋转光源罩（灯丝方向）和松开升降杆固定螺钉转动一个角度（光束方向）使光束对准三棱镜的工作面﹙要点:
光束对准棱镜工作面﹑灯丝方向﹚。
3、关闭主机总电源开关。
将图1-1中的普通光源取下，换上半导体激光源（旋下前端盖小孔），将激光源与主机激光电源相应连接﹙注意颜色－极性﹚。
打开主机总电源开关，根据步骤2调节观察投射面现象（单色性）。
五、思考题
1．解释实验现象。
2．半导体激光器的特性有哪些？
半导体激光器的发散角一般为5º～10º,你如何利用实验装置和直尺完成最简易的发散角测量实验方法。
实验二光敏电阻实验
一、实验目的：
了解光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性等基本特性。
二、基本原理：
在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。
光电导效应是半导体材料的一种体效应。
光照愈强，器件自身的电阻愈小。
基于这种效应的光电器件称光敏电阻。
光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关。
三、需用器件与单元：
主机、安装架、发光二极管光源、光敏电阻探头、光照度计及探头、分光装置。
四、实验步骤：
1、亮电阻和暗电阻测量
（1）图2-1是光敏电阻实验原理图
（2）按图2-2光照度实验安装接线。
将照度计探头与主机小面板上照度计显示表Vi口相连接。
将图2-2中的光敏元件的探头换成照度计探头。
打开主机电源，然后，顺时针慢慢调节0～20mA可调电流源旋钮，使照度计显示为100Lx。
（3）撤下照度计探头，换上光敏电阻探头及电路（图2－2）。
顺时针慢慢调节0～5V可调电源，使电压表显示5V（如调不到5V则Vcc改接0－15V可调电压源）。
（4）在光敏电阻与光源之间用遮光筒连接（不加狭缝），10秒钟后，读取电压表（量程为20V档）和电流表（量程为20mA档）的值分别为亮电压U亮和亮电流I亮。
（5）将0～20mA可调电流源的调节旋钮逆时针方向慢慢旋到底，10秒钟后，读取电压表（量程为20V档）和电流表（量程为20µA档）的值分别为暗电压U暗和暗电流I暗。
（6）根据以下公式，计算亮阻和暗阻
R亮=U亮/I亮；R暗=U暗/I暗
（7）光敏电阻在不同的照度下有不同的亮阻和暗阻；在不同的工作电压下有不同的亮阻和暗阻。
如有兴趣可重复以上实验步骤做实验。
2、光照特性测量
当光敏电阻的工作电压（Vcc）为+5V时，光敏电阻的光电流随光照强度变化而变化，它们之间的关系是非线性的。
改变光源电流大小可得到不同的光照度值（实验方法同以上实验，照度计探头和光敏电阻探头交替使用），测得数据填入表2—1，并作出光电流与光照度I-Lx曲线图。
表2—1
光照度（LX）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
电流mA
I（mA）
光照度（Lx）
图2—3光敏电阻光照特性实验曲线
3、伏安特性测量
在一定的光照强度下，光敏电阻的光电流随外加电压的变化而变化，实验时，在给定光照强度为50Lx、100Lx、150Lx时，图2－2改变光敏电阻的工作电压值∆U＝0.5v（由电压表监测），测得不同光照度下流过光敏电阻的电流值,将数据填入表2-2，并作不同照度下的三条伏安特性曲线。
表2-2
型号：
G5528
电压（U）
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
照
度
（Lx）
50
电流（mA）
100
电流（mA）
150
电流（mA）
I（mA）
图2-4光敏电阻伏安特性
VCC
4、光谱特性测量
光敏电阻对不同波长的光，接收的光灵敏度是不一样的，这就是光敏电阻的光谱特性。
实验时安装接线同图1-1（Vcc接主机5V电压源），光敏电阻前端盖换成狭缝端盖，旋动涡杆，观察对应各种颜色的光透过狭缝时的电流值并记录数据填入下表2－3。
表2-3
颜色
波长
（nm）
光敏电阻型号GL-5528
电流
红
630－760
橙
590－630
黄
560－590
绿
500－560
青
470－500
蓝
430－470
紫
380－430
思考题：
1.观察光敏电阻的形状及结构，说明为什么要进行这样设计？
2.为什么测光敏电阻亮阻和暗阻要经过10秒钟后读数，这是光敏电阻的缺点，只能应用于什么状态？
3.用照度计探头测量一下实验室的光照度是多少Lx？
实验三光敏二极管的特性实验
一、实验目的：
了解光敏二极管工作原理及光生伏特效应。
二、基本原理：
当入射光子在本征半导体的p-n结及其附近产生电子—空穴对时，光生载流子受势垒区电场作用，电子漂移到n区，空穴漂移到p区。
电子和空穴分别在n区和p区积累，两端便产生电动势，这称为光生伏特效应，简称光伏效应。
光敏二极管基于这一原理。
如果在外电路中把p-n短接，就产生反向的短路电流，光照时反向电流会增加，并且光电流和照度成线性关系。
三、需用器件与单元：
主机、安装架、光敏二极管探头、光源、光照度计及探头、分光装置。
四、实验步骤：
1、光照特性的测试
根据图2-2安装接线（注意接线孔的颜色相对应），测量光敏二极管的暗电流和亮电流。
（1）暗电流测试：
打开主机电源，将主机中的0～5V可调稳压电源的调节旋钮顺时针方向慢慢旋到底（5V），将0～20mA可调电流源的调节旋钮逆时针方向慢慢旋到底，读取主机上电流表（20µA档）的值即为光敏二极管的暗电流。
暗电流基本为0µA，一般光敏二极管小于0.1µA，暗电流越小越好。
（2）光电流测试：
a.关闭主机总电源，撤下光敏二极管探头，换上光照度计探头。
b.打开主机电源，顺时针方向慢慢地调节0～20mA可调电流源（光源），使主机上照度计的读数为100Lx。
c.撤下照度计探头，换上光敏二极管探头，读取电流表值，即为100Lx，一定工作电压5V下的光电流。
重复a、b、c实验步骤，把测量值填入表3-1，并作出一定工作电压时I-Lx曲线。
表3-1
照度Lx
5
10
15
……………….
70
75
80
I（mA）
2、光谱特性测试
实验方法与光敏电阻的光谱特性实验方法一样。
将数据填入表3-2。
表3—2
颜色
波长
（nm）
光敏二极管型号2CU2B
电流
红
630－760
橙
590－630
黄
560－590
绿
500－560
青
470－500
蓝
430－470
紫
380－430
五、思考题
1.在大面板上的“光敏元件应用实验”中，试分别接入光敏电阻、光敏二极管，分析并对比实验现象。
图3-2光敏元件应用实验
实验四光敏三极管特性实验
一、实验目的：
了解光敏三极管结构、性能和V-I特性。
二、基本原理：
在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用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4-1所示。
图4-1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极集电极并联：
集电极-基极产生的电流，输入到共发三极管的基极在放大。
不同之处是，集电极电流（光电流）有集电结上产生的iφ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。
三、需用器件与单元：
主机、光敏三极管、光源、照度计及探头、分光装置
四、实验步骤：
1、光敏三极管伏安特性
光敏三极管在不同的照度下的伏安特性就象一般晶体管在不同的基极电流输出特性一样。
光敏三极管把光信号变成电信号。
（1）将图2-2中的光敏元件换成光敏三极管，按图接线（注意接线孔颜色相对应），主机的电流表的量程在实验过程中需要进行切换，从µA到mA档，电压表的量程为20v档。
（2）首先缓慢调节0～20mA电流源（光源电压）,使光源的光照度在某一照度值（2、4、6、8Lx）,再调节主机0-5v电源改变光敏三极管的电压,测量光敏三极管的输出电流和电压。
填入表4-1～表4-4，并作出一定光照度下的光敏三极管的伏安特性曲线（可多做几组族线）
表4—1在2Lx照度下
U
（V）
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5
I
（mA）
表4—2在4Lx照度下
U
（V）
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5
I
（mA）
表4—3在6Lx照度下
U
（V）
0
0.5
1
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5
I
（mA）
表4—4在8Lx照度下
U
（V）
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5
I
（mA）
2、光敏三极管的光照特性测量
实验方法同实验三（参照实验三中的1．光照特性的测试）。
将实验数据填入表4-5，并作出I-Lx特性曲线。
表4-5
照度Lx
5
10
15
20
25
30
35
40
50
60
I（mA）
3、光敏三极管的响应波长（光谱特性）
光敏三极管响应波长（光谱特性）的实验方法参照光敏电阻的光谱特性实验。
将实验数据列入表4-6，并作出光谱特性曲线。
表4—6
颜色
波长
（nm）
光敏三极管型号3DU33
电流
红
630－760
橙
590－630
黄
560－590
绿
500－560
青
470－500
蓝
430－470
紫
380－430
五、思考题：
1.光敏二极管、光敏三极管的应用场合？
2.在大面板上的“光敏元件应用实验”中，试分别接入光敏三极管，分析实验现象。
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