《光电检测技术》实验指导书docx文档格式.docx

1、亮电流二光电流+暗电流。光敏电阻单元接线图5.实验方法与步骤1、 肓流稳压电源置12V档，光敏电阻探头用专用导线一端连接后，插入照度实验架 上传感器安装孔，导线另一端插入面板上“光敏电阻Ti”插口。2、 开启电源及光强开关，并将“光强/加热”开关置5档，此时入射照度最大。同时检 杏加热开关是否关闭。3、 在“光敏电阻单元”如图1-1接线。4、 检杳接线是否正确。5、 关闭光强开关，记下电流表度数（暗电流），将数据记录。随后将“光强/加热”开 关置“1”档。6、 开启光强开关，记录电流表读数，并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档，记录每一档所对应的电流表读数，并填入下表。光强（档）12345

2、电流（mA）7、 将光强/加热开关置于“5”档，直流稳压电源置于4 V档。8、 保持光强/加热开关在“5”档，将“右流稳压电源”分档逐步调整至12V，并逐一记下电流表读数并填入下表电压（V）6810129、将光强/加热开关分别调至“4”和“3”档，重做步骤8,记录电流表读数填入下表光强/加热开关置“4”档光强/加热开关置“3”档6.实验报告内容与要求1.填写实验数据表格。212V偏置电压下的照度-电流|线。3.5档照度下，光敏电阻的V-I特性曲线。4.4档照度下，光敏电阻的-I特性曲线。5.3档照度下，光敏电阻的V-I特性曲线。1.12V偏置电压下的照度-电流曲线可以分析得出照度与电阻的关系如

3、何?2.照度对于光敏电阻的伏安特性有何影响？实验二 光敏电阻开关设计实验1.实验目的1.光敏电阻的应用方式。2.光电开关的工作原理。3.LED驱动电路的应用。二实验内容1.光敏电阻检测电路的使用。2.设计电路控制LED的亮灭。三.实验设备及仪器1.直流稳压电源。4.LED指示灯。注意事项1.LED指示灯需要接保护电阻，否则极易烧毁。2.晶体管放大电路屮集电极不可与电源短接。5.实验线路及原理光敏电阻是一种当光照射材料表血被吸收后，在其屮激发载流子，使材料导电性能发 生变化的内光电效应器件。当加上一定电压后，光生载流了在电场的作用下沿一定方向运 动在电路屮产生电流，达到光电转换的目的。当入射光的

4、照度一定时，电路屮的电流与光 敏电阻的侃置电压存在一定的关系。常用的光敏电阻测量电路有恒流电路和恒压电路。 LED驱动电路的相关知识见书本有关章节。6.实验方法与步骤1.参考书本关于光敏电阻检测（恒流/恒压）电路，设计一电路，由实验台光源照度 控制LED指示灯的亮灭。2.直流稳压电源置12V档，光敏电阻探头用专用导线一端连接后,插入照度实验 架上传感器安装孔，导线另一端插入面板上“光敏电阻Ti”插口。3.按预先设计的电路选择合适电路元件搭建开关电路。4.将保护电阻和毫安表与LED串接，便于记录LED屮的电流大小。5.光强/加热开关置5档，开启光强/加热开关。6.将光强/加热开关逐步转至41档，

5、记录指示灯的亮灭情况填入下表7.转动光谱调整架测微头使传感器透光狭缝进入光谱带红光一侧。8.转动测微杆，在光谱带内移动狭缝，注意LED指示灯的闪亮情况7.实验报告内容与要求1.绘制设计的光明电阻开关电路。2.实验数据填入表格。八思考1.控制方式是否只有一种？2.不同的控制方式灵敏度是否一样？3.不同波长的光源对光敏电阻的光电特性是否有煤响?1.了解光栅结构与位移测帚的原理。1.利用光栅的光学放大原理测址微小位移。1.光栅实验模块。2.直流稳压电源。3.细分计数板。4.螺旋测微仪。5.示波器。坐吗翩跑期光栅是由标尺光栅和指不光栅组成的。光栅在木质是指在光学玻璃上平行均匀地刻出的貞线 条纹。在标尺

6、光栅和指不光栅上，通常他们的线纹密度一样，一般10-100线/亳米。（b）指示光栅图3-1标尺光栅和指示光栅把指示光栅平行放在标尺光栅上而，再使两者线纹之间形成一位小夹角，在光照过光栅时，在指不光栅上就会产生若干粗的明暗条纹，称为莫尔条纹。当指示光栅和标尺光栅之间作相对左右移动时，莫尔条纹也作上下移动。假设莫尔条纹宽度是W,并按W/4处分别放置 两个光敏三极管，随着指不光栅的移动，在光敏三极管屮就感应出和光线壳度相丿应的电流。显见，指示光栅毎移动一个栅距，则会使莫尔条纹移动一个纹距，而一个移距会在光敏 三极管屮产生一个周期的正弦波。对于50线光栅，每移动l/50mm的距离，则产生一个正弦 波输

7、出。为了提高计数分辨率，通常对光栅输出信号方波进行四倍频细分。对于移动一个栅 距而形成TP1、TP2方波，在一个周期内，其信号幅值变化为：11-10-00-01-11,或10 -11-01-00-10,即每一周期有4个电平变化，利用D鮭发器可获得4个边缘脉冲信号, 若计数器是对这样的边缘脉冲计数，则将使光栅计数分辨率（精度）提高四倍。例如，采用 50线光栅传感器，经过4倍频电路示，计数分辨率将变成：1/50X1/4二5 u叽图3-3光栅传感器输出方波五.实验方法与步骤1、 按实验要求接线：光栅实验模块和细分计数板的电源接直流稳压电源输出，电源置 12 V档，螺旋测微仪与指示光栅固定，起始位置置

8、Omm处。2、 光栅输出端了接细分计数板，细分计数板A （TP1）、B （TP2）端分别接示波器。3、 检查接线是否正确，打开电源开关。4、 旋转螺旋测微仪使指示光栅产生一定量的位移，观察细分计数板的C（TP3）、D（TP4）端的边缘脉冲输出结果，填入下表。位移（u m）255075100150计数器（C端）5、 按细分计数板清零键，将当前显示值清为0.000状态。6、 螺旋测微仪起始位置置15（） um,反向位移，重复第4步，记录数据填入下表。六.实验报告内容与要求I.填写实验数据表格。1.分析光栅的光学放大原理2.分析细分原理线径测量实验目的1.了解电荷耦合器件测径系统的结构与工作特性。2

9、.学会线径测试仪的使用。1. CCD线径仪的使用。1.成像传感器及电了处理模块。2.成像光学系统。3.照明光源。4.螺旋测微仪。测量仪支架。6.机械调节器。7.电源适配器。&USB接1 1线。9.玄流稳压源。10.测量软件。11.计算机。实验线路及原理光源从一端发射，照到被测量物体，通过光学系统在另一端成像（成像的精度由光学系统控制，即调焦）。由于齐物体在成像端的像与该被测物体的真实尺寸具有一定的比例，经 过标准件的测量，得出相应的比例因了，这样通过计算就能测出被测量物体的尺寸。1、CCD测量仪主要在底朋两端分别支起光源支架和传感器支架，光源支架上安装有电 源适配器和光源廉，传感器支架上安装有

10、传感器盒和调焦环，并通过遮光筒将光源丿來和调焦 环联结起来。其具体结构参见图41图41 CCD线径仪结构图2、 电源适配器接12V岚流电源，用USB线连接测径仪和计算机。3、 开启计算机测量稈序。4、 按“定标”按钮，在侧量窗口插入标准具，调報调焦环至清晰成像。5、 输入标准具的标称量；取出标准具。6、 按“开始”按钮，在测量窗口插入待测物件，调焦至清晰成像。7、 按“粋停”按钮使测量窗口显示静止，读取测量数据。X、按“继续”按钮恢复测量窗口的动态显示；按“结束”按钮可以退出。9、选择多个样品，分别用螺旋测微仪和CCD线径仪进行测最。1.根据所选样品，分别测量，记录结果数据，计算误差。七思考1

11、.光学调焦的CCD线径仪的精度如何？实验五 光电二极管、三极管特性实验1.T解光电二极管光电特性、伏安特性。2.了解光电三极管光电特性，当光电管的工作偏压一定时，光电管输出光电流与入 射光的照度（或通景）的关系。1.分别测试光电二极管、三极管的光电特性和伏安特性。2.比较两种器件的相同点和区别。1.光电二极管。2.光电二极管变换单元。3.电压表。4.光电三极管。5.光电三极管变换单元。4.注意事项1.为使实验肓观，该实验没有在封闭的黑盒屮进行，所以具有一定的外界因素干扰， 实验时请注意不要使正面干扰光较大，同时注意人员移动时的影响。2因光电二极管产生的光电流比较小，为便于读数，所以采用I/V变

12、换器将光电流 Iu转换成电压，其关系为：Iu=IV/Rtl五实验线路及原理光电二极管是一种典型的光伏器件，用高阻P型硅作为基片，表面掺杂生长一层极薄的N型层（大约lum）,从而形成一很浅的表面PN结，而空间电荷区较宽，所以保证大部图51光电二极管测量电路分光了能够入射到耗尽层内。由光了激发的电了空穴对在反向偏置电压Vbb作用下形成二 极管的反向光电流。此光电流通过外加负载RlF?产生电压信号输岀。*12V图电压表图5-2光电三极管测量电路光电三极管是一种光生伏特器件，用高阻P型硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。N区扩散得很浅为lum左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大

13、部分光了入射到耗尽层内。光了入射到耗层内被吸收而激发电了空穴对，电了空穴对在外 加反向偏置电压Vbb作用下，空穴流向正极，形成了三极管的反向电流即光电流。光电流通 过外加负载电阻Rl示产生电压信号输出。六实验方法与步骤1.盲流稳压电源置12V档，光敏二极管探头用专川导线一端连接示，插入照度实 验架上传感器安装孔，导线另一端插入面板上“光敏二极管Ti”插口。2.开启光强开关，并将光强/加热开关置“5”档，此时入射照度最大。3.在“光电二极管单元”如图5-1接线，并在负载单元屮选择R=_200K_作为Rf 接入I/V变换器。4.关闭光强开关，记下电压表的读数（暗电流），并将数据填入下表。随后将光强

14、/ 加热开关置“1”档。光强电流（I）（V/Rf）5.开启光强开关，记下电压表读数，并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档，记下每一档的电压表读数并填入上表。6.作出照度一电流曲线（Il尸V/Rt-）o7.将光电二极管的“ + ”极与“丄” Z间联线拆去，在“ + ”极接入4V电压使光电 二极管出负偏压状态。重复45过程，比较一下与零偏压是有什么区别？8.开启光强开关，并将光强/加热开关置“5”档，同时检查加热开关是否关闭，仍按 图51接线（零偏压）。9.记录下这时电压表读数，并填入下表偏压（V）-4-6-8-10电压（Vo）电流（iv（y Rfi）10.将光电二极管的“ + ”极与“丨”Z

15、间联线拆去，将“肓流稳压电源”单元中“Vo”端口与光电二极管“ + ”极相连，给二极管加上偏压。11.直流稳压电从4V逐步调整至10V,记录下每一步的电压表读数值。并填入上表。12.做出 VJI11J线。13.将光强/加热开关分别调至“43”档，重复上述912步，比较三条VIlW线有 什么不同？14.盲流稳压电源置12V档，光敏三极管探头用专用导线一端连接示，插入照度实 验架上传感器安装孔，导线另一端插入面板上“光电二极管Ti”插口。15.开启电源及光强开关，并将光强/加热开关置“5”档，此时入射照度报大。同时检 杳加热开关是否关闭。16.在“光电三极管单元”如图61接线，选择&= 200Q

16、,Rb二2K。17.关闭光强开关，记下电流表的读数（暗电流），并将数据填入下表。随后将光强/加热开关置“1”档。18.开启光强开关，记下电流表读数，并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档，记下每一-档的电流表读数并填入上表。19.作出照度一电流曲线。20.重复12步，记录下这时电流表读数，并填入下表V+4V+6V+8V+ 10V+ 12VI（mA）21.直流稳压电源从 12 V逐步降至 4 V,每隔一步记录下电压表读数,并填入上表。22.作出V-I曲线。23.将光强/加热开关分别调至“43”档，重复上述7-9步，比较三条V-I曲线有什么不同？2.作出光电二极管不同档位伏安特性1111线图。3

17、.作出光电三极管不同档位伏安特性1111线图。8.思考1.比较光电二极管、三极管的伏安特性曲线图的不同Z处。实验六光电池特性实验1. 了解光电池的光电特性，即短路电流及开路电压与照度的关系。1.了解光电池的光电特性。2.了解光电池的光谱特性1.光电池。2.光电池变换单元。3.照明光源。4.光谱调较支架。四.实验线路及原理硅光电池在原理结构上类似于光电二极管，其区别在于硅光电池用的衬底材料的电阻率 低，约为0.1-0.01 Q.cm,而硅光电二极管衬底材料的电阻率约为lOOOQ.cm,光敏面从0.1 Q.cmJiOQ.cn?不等，光敏面积达则接收辐射能量多。输出光电流大。1.将光电池用专用导线连

18、接后，插入照度实验架上传感器安装孔，导线另一端插入血 板上“光电池”插口。2.开启电源及光强开关，并将光强/加热开关置“5”档，此时入射照度最大。3.在“光电池单元”如图7-1接线。图6-1光电池电流特性4.关闭光强开关，记下电流表的读数（暗电流），并将数据填入下表。5.开启光强开关，并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档，记下每一档的电流表读数并填入上表。6.作出照度一短路电流曲线。7.如图72接线，做开路电压试验。8.关闭光强开关，记下电压表的读数，并将数据填入下表。随后将光强/加热开关置“1” 档。电压O O0 70 图62光电池开路电压特性9.开启光强开关，并逐步将“光强/加热”开关

19、转换到“5”档，记下每一档的电压表10.作出照度开路电压曲线。11.如图73接线，选择Rt = 50 Q O图7-3光电池电流/电压特性12.记录下这时电压/电流表读数，并填入下表。负载50 Q100 Q200 Q300 Q400 QIKQ2KQ（mA）13.将 Rl换成 50Q、2KQ、200K。14.分别记录下电压/电流标的读数并填入上表。15.作出随负载电阻变化的V-I曲线。16.将“光强/加热”开关逐步调至“43”档，重复上述12-16步，比较三条V-I曲线有什么不同？17.转动光谱支架测微杆使光谱带进入传感器的透光狭缝屮。18.在“光电池单元”如图73接线，选择R.= _200Qo1

20、9.转动光谱支架测微头，使传感器透光狭缝处于红光外侧，并使电压表指示输出最小（光谱指针指示在红外区域）。20.记下此时电压表读数，填入下表。波长（入）0.78 21.转动微杆，使透光狭缝慢慢进入有效光谱区域。从电压表数字开始变化起，参考光 谱分布图每隔一定的入记下一数值，直到紫光外侧。并记录下每一步的电压表 读数。22.作出XV响应曲线。23.根据该1111线，对照光谱分布图可得出该光电三极管大致的光谱响应范围及峰值波长。1.填写实验表格。2.绘制光电池开路电压特性曲线。3.绘制光电池短路电流特性Illi线。4.绘制光电池输出电压光照波长关系Illi线。1.实验室光电池的材料是硅还是餡？2.光电池的开路电压和短路电流特性如何?