光电检测研究生实验汇总Word下载.docx

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四、实验原理

2.光敏电阻的主要参数

光敏电阻的主要参数有：

（1）暗电阻光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

（2）亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

（3）光电流亮电流与暗电流之差称为光电流。

3.光敏电阻的基本特性

（1）伏安特性在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。

光敏电阻在一定的电压范围内，其I-U曲线为直线，如图1-2所示。

（2）光照特性光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的，如图1-3所示。

（3）光谱特性光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。

光敏电阻的相对光灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。

图1-4为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。

对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。

（4）时间特性实验证明，光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表示。

大多数的光敏电阻时间常数都较大，这是它的缺点之一。

不同材料的光敏电阻具有不同的时间常数（毫秒数量级），因而它们的频率特性也就各不相同，如图1-5所示。

图1-3光敏电阻的光照特性

图1-2硫化镉光敏电阻的伏安特性

图1-4光敏电阻的光谱特性

图1-5光敏电阻的频率特性

五、注意事项

1、实验之前，请仔细阅读光电探测综合实验仪说明，弄清实验箱各部分的功能及拨位开关的意义；

2、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；

3、连线之前保证电源关闭。

4、实验过程中，请勿同时拨开两种或两种以上的光源开关，这样会造成实验所测试的数据不准确。

六、实验步骤

（1）将光敏电阻完全置入黑暗环境中（将光敏电阻装入光通路组件,不通电即为完全黑暗）,使用万用表测试光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻R暗。

（注：

由于光敏电阻个性差异，某些暗电阻可能大于200M欧，属于正常。

）

（2）将精密直流稳压电源的两路“+5V”“⊥”对应接到显示模块的“+5V”“GND”，为显示表供电。

（3）将精密直流稳压电源的0-15V输出的正负极与电压表头的输入对应相连，打开电源，将直流电流调到12V，关闭电源，拆除导线。

（4）按照图1-6连接电路图，RL取RL=10M。

（RL从负载模块上选取）

（5）打开电源，记录电压表的读数，使用欧姆定理I=U/R得出支路中的电流值I暗。

在测量光敏电阻的暗电流时，应先将光敏电阻置于黑暗环境中30分钟以上，否则电压表的读数会较长时间后才能稳定）

图1-6光敏电阻暗电流测试电路

2、光敏电阻的亮电阻、亮电流、光电阻、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），将光源驱动模块上J1与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。

将精密直流稳压电源的“+5V”“⊥”“-5V”对应接到光源驱动模块上的“+5V”“GND”“-5V”。

将精密直流稳压电源的两路“+5V”“⊥”对应接到显示模块的“+5V”“GND”，为显示表供电。

（2）将将三掷开关BM2拨到“静态”，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。

（3）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），使用万用表测试光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的亮电阻R亮。

（4）将精密直流稳压电源的0-15V输出的正负极与电压表头的输入对应相连，打开电源，将直流电压输出调到12V，关闭电源，拆除导线。

（5）按图1-7连接电路图，RL取RL=5.1K欧。

U为电压表，微安表为电流表，E为直流电压。

（6）打开电源，记录此时电流表的读数，即为光敏电阻在300lx的亮电流I亮。

图1-7光敏电阻测量电路

（7）亮电阻与暗电阻之差即为光电阻，R光=R暗-R亮，光电阻越大，灵敏度越高。

（8）亮电流与暗电流之差即为光电流，I光=I亮-I暗，光电流越大，灵敏度越高。

（9）实验完成，关闭电源，拆除各导线。

3. 

光敏电阻伏安特性测试

光敏电阻伏安特性即为光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。

（3）按照图1-7连接电路图，U为电压表，微安表为电流表，E选择0-15V直流电压并调至最小，RL取RL=510Ω（负载模块上取）。

（4）打开电源，将光照度设置为200lx不变，调节电源电压，分别测得电压表显示为0V、2V、4V、6V、8V、10V时的光电流填入下表。

（5）按照上述步骤（4），改变光源的光照度为400lx，分别测得偏压为0V、2V、4V、6V、8V、10V时的光电流并填入下表；

偏压

0V

2V

4V

6V

8V

10V

光电流I（200lx）

光电流II（400lx）

（6）根据表中所测得的数据，在同一坐标轴中做出V-I曲线，并进行分析比较。

（7）实验完成，关闭电源，拆除各导线。

4.光敏电阻的光电特性测试实验

在一定的电压作用下，光敏电阻的光电流与光照度的关系称为光电特性。

（3）按照图1-7连接电路图，RL取RL=100欧。

（4）打开电源，将电压设置为8V不变，调节光照度电位器，依次测试出光照度在100lx、200lx、300lx、400lx、500lx、600lx、700lx、800lx、900lx时的光电流并填入下表：

光照度（lx）

100

200

300

400

500

600

700

800

900

电压U

光电流I

光电阻（U/I）

（5）根据测试所得到数据，描出光敏电阻的光电特性曲线。

5、光敏电阻的光谱特性测试实验

用不同的材料制成的光敏电阻有着不同的光谱特性，当不同波长的入射光照到光敏电阻的光敏面上，光敏电阻就有不同的灵敏度。

（3）打开电源，缓慢调节光照度调节电位器到最大，将S2，S3，S4，S5，S6，S7依次拨上后拨下，记录照度计所测数据，并将最小值“E”为参考。

（注意：

请不要同时将两个拨位开关拨上）

（4）S2拨上，缓慢调节光照度调节电位器直到照度计显示为E，使用万用表测试光敏电阻的输出端，将测试所得的数据填入下表，再将S2拨下；

（5）依次将S3、S4、S5、S6、S7拨上后拨下,分别测试出橙光，黄光，绿光，蓝光，紫光在光照度E下时光敏电阻的阻值，填入下表。

（6）根据所测试得到的数据，做出光敏电阻的光谱特性曲线：

波长（nm）

红（630）

橙（605）

黄（585）

绿（520）

蓝（460）

紫（400）

光电阻

不同的光敏电阻曲线略有不同，属正常现象，峰值在蓝光附近）

6、光敏电阻时间特性测试

（2）将将三掷开关BM2拨到“脉冲”，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。

（3）如图1-7连接电路图，RL取RL=10K，示波器的测试点应为光敏电阻两端，为了测试方便，可把示波器的测试点用迭插头对引至光源驱动模块上信号测试区的TP1和TP2。

（4）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。

缓慢调节0-15V直流电源电位器，用示波器的第一通道接TP和GND（即为输入的脉冲光信号），用示波器的第二通道接TP2和TP1。

（5）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U-T曲线）。

（6）缓慢增大输入脉冲的信号宽度，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U-T曲线），拆去导线，关闭电源。

实验二光电二极管特性测试及其变换电路

1、学习掌握光电二极管的工作原理

2、学习掌握光电二极管的基本特性

3、掌握光电二极管特性测试的方法

4、了解光电二极管的基本应用

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

6、光电二极管及封装组件1套

光电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2-1（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2-1（b）所示。

图2-1光电二极管

（a）结构示意图和图形符号（b）基本电路

1、光电二极管暗电流测试

实验装置原理框图如图2-2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2-2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2-2所示。

图2-2

（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）将精密直流稳压电源的0-15V输出的正负极与电压表头的输入对应相连，打开电源，将直流电流调到15V，关闭电源，拆除导线。

（4）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。

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）

（5）按图2-2所示的电路连接电路图，负载RL选择RL=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时的暗电流.

（注:

在测试暗电流时,应先将光电器件置于黑暗环境中30分钟以上,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，直流电源电位器调至最小,关闭电源，拆除所有连线。

2、光电二极管光电流测试

实验装置原理图如图2-3所示。

图2-3

（3）按图2-3连接电路图，E选择0-15V直流电源，RL取RL=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），缓慢调节直流电源直至电压表显示为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。

3、光电二极管光照特性

实验装置原理框图如图2-3所示。

（3）按图2-3所示的电路连接电路图，E选择0-15V直流电源，负载RL选择RL=1K欧。

（4）将“光照度调节”旋钮逆时针调至最小值。

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。

光照度（Lx）

光生电流（μA）

（5）将“光照度调节”旋钮逆时针调节到最小值位置后关闭电源。

（6）将以上连接的电路中改为如下图2-4连接（即0偏压）

图2-4

（7）打开电源，顺时针调节光照度旋钮，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。

（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、光电二极管伏安特性

图2-3

（3）按图2-3所示的电路连接电路图，E选择0-15V直流电源，负载RL选择RL=2K欧。

（4）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，调节可调直流电源电位器，记录反向偏压为0V、2V、4V、6V、8V、10V、12V时的电流表读数，填入下表，关闭电源。

直流电源不可调至高于20V，以免烧坏光电二极管）

偏压（V）

-2

-4

-6

-8

-10

-12

（5）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。

（6）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。

并进行比较。

（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。

5. 

光电二极管时间响应特性测试

（3）按图2-5所示的电路连接电路图，E选择0-15V直流电源，负载RL选择RL=200K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。

图2-5

（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，缓慢调节直流电源幅度调节和光照度调节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电位器，增大输入信号的脉冲宽度，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。

6、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、黄、绿、蓝、紫）作为光源，产生400～630nm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m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

式中，

为波长为

时的入射光功率；

为光电探测器在入射光功率

作用下的输出信号电压；

则为输出用电流表示的输出信号电流。

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

为基准探测器显示的电压值，K为基准电压的放大倍数，

为基准探测器的响应度。

取在测试过程中,

取相同值,则实验所测试的响应度大小由

的大小确定.下图为基准探测器的光谱响应曲线。

图2-6基准探测器的光谱响应曲线

（3）将0-15V直流电源输出调节到10V，关闭电源。

（4）按如图2-7连接电路图，，E选择0-15V直流电源，RL取RL=100K欧。

图2-7

（5）打开电源，缓慢调节光照度调节电位器到最大，将S2，S3，S4，S5，S6，S7依次拨上后拨下，分别记录照度计所测数据，并将其中最小值“E”作为参考。

（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）依次将S3、S4、S5、S6、S7拨上后拨下,分别测试出橙光，黄光，绿光，蓝光，紫光在光照度E下时电压表的读数，填入下表。

基准响应度

0.65

0.61

0.56

0.42

0.25

0.06

R电压（mV）

光电流（U/R）

响应度

（8）根据所测试得到的数据，做出光电二极管的光谱特性曲线。

实验三硅光电池特性测试实验

1、学习掌握硅光电池的工作原理及主要特性；

2、掌握硅光电池基本特性测试方法。

√1、硅光电池短路电流测试实验，硅光电池开路电压测试实验

√2、硅光电池伏安特性测试实验

3、硅光电池负载特性测试实验

4、硅光电池光谱特性测试实验