光电器件特性试验.docx

1、光电器件特性试验实验一光电转换特性测试一、实验目的熟悉MOS图象传感器工作原理，初步掌握SSPA器件光电转换特性曲线的测试方法。二、实验原理1、熟悉SSPA驱动电路板。2、波形观察和记录。按规定给驱动板加上直流电源，用均匀直流光源照明SSPA器件，用脉冲示波器观察并记录器件工作波形及其相互位相关系、高低电平或幅度，包括St、1、2、V。、Eos等信号。3、光电转换特性测试（见图1）。光照度计源!SSPALV示波器稳流源驱动.图1光电转换特性测试装置图测试条件：光源：2856K鸨灯（用白炽小灯泡代替）Rl10K,Cl51pFfv100KHz记录积分时间Tintms三、使用仪器、材料稳压源，光源（

2、白炽灯），照度计，SSPA驱动电路板，示波器，滑座支架四、实验步骤1、由小到大改变光源（改变光强与器件之间的距离以及白炽灯本身自带的控制亮度的开关来实现），用示波器观测记录各光强下的视频输出Vo幅度（mV）及对应的照度H的值（Lx）,列表记录（线性区至少取5个点，饱和区取3个点）。2、用坐标纸做出散点图，拟合并绘出HVo光电转换曲线，标出曲线上的特征点。五、实验过程原始记录（数据、图表、计算等）1、连接好电路及各实验装置，观察并记录SSPA器件工作波形（St、i图2SSPA器件工作波形2、实验测得的原始数据如表1所示:表1光电转换特性的实验数据HLx3.764.165.236.256.949.

3、4711.4413.89VomV1012141518222222由实验数据得到HVo的曲线图:3.754,165,部曲善6.5费M9.4?114J13.S?1744图3H“光电转换曲线3、由曲线图可以得到Vos22mV,Hs9.47Lx0(1)记录的积分时间：T(2.51.5)0.5ms2ms。(2)饱和曝光量EsHsTint9.4721031.894102Lxs(3)灵敏度SV%8941021.16110m/Lxs)4、通过HVo曲线，简要分析SSPA工作特性。由HVo曲线得出，当HHs时，SSPA器件的输出电压V正比于曝光量H,输出电压和照度具有良好线性关系，当光照度达到Hs后，输出的电压

4、达到最大值Vos,且不再变化，这时称Hs为饱和曝光量，Vos称为饱和电压。实验二不均匀性、暗信号及动态范围测试、实验目的了解SSPA器件参数的定义，初步掌握其简单的测试方法。、实验原理1.不均匀性NU测试。图1不均匀性测试装置框图测试条件：光源：直流日光灯(用白炽灯代替)。视频信号经驱动板放大后测试。记录视频信号频率fv(KHz),积分时间Tm(ms)。三、使用仪器、材料SSPA驱动电路板，白炽灯，照度计，电源，示波器等。四、实验步骤1、不均匀性NU测试：加大照射在SSPA光敏面上的光强，使视频输出达到饱和值Vos,记录fv、丁周、V、v，取其平均值V-=(VV.)/2。osmaxosmino

5、sosmaxosmin/匚减小光强(拉大光源与器件之间的距离)使器件输出幅度为Vos=(VosmaxVosmin)/2,记录视频信号中的Vomax、Vomin(不记第1,2位和末2位)，平均值V0。计算不均匀性NU化NU(VosmaxVosmCM100%。2、暗信号及动态范围测试无光照条件下，用示波器灵敏档测试SSPA的视频输出即为暗信号Vd(Vpp值),记录其中的最大最小值Vdmax、Vdmin,即暗信号差值。机器可读的动态范围DR按下式计算：DRVJVd0五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)1、不均匀性NU测试加大照射在SSPA光敏面上的光强，使视频输出达到饱和值Vos,记录Tv0.

6、520s10s,贝fv100KHzTint(5.50.8)0.2ms1.26msVosmax4.20.52.1V,Vosmin3.80.5V1.9V则VOS(VosmaxVosmin)/22V减小光强，记录信号Vosmax5.20.21.04V,Vosmin4.80.20.96V,贝UVoIV。不均匀性NU值：Vosmax%nVo2、暗信号及动态范围测试无光照射时，用示波器灵敏档测试SSPA的视频输出即为暗信号Vdmax20mV.Vdmin16mVVd4mV,即暗信号差值为4mV。动态范围：DRY/v=2/410-3)500。3、回答问题：如果改变测NU时的视频信号幅度，NU值将如何变化？答：

7、增大视频信号幅度，NU减小；减小视频信号幅度，NU值增大。如果采用积分、采样保持电路，DR值如何变化？答：由动态范围DR的定义可知：由于积分作用大大减小了开关尖峰噪声，使暗信号的差值Vd减到比较小，因而使机器可读出的动态范围扩大。4、补充问题测头发的直径？答：从示波器里看出，一根头发占据了3格的宽度，由于SSPA是128位的，因此其每格为50m,所以头发的长度为150m实验五光电二极管的特性测试一、实验目的1.了解光电二极管的工作原理。2.掌握光电二极管基本性能的测试方法。3.掌握光电二极管的使用方法。二、实验原理光电二极管的基本特性分为以下三方面：1.光照特性：在一定工作偏压下，光电二极管的

8、输出电流I和照度耳之间的关系测试电路如图1。2.伏安特性：指在一定照度下，光电二极管的光电流与偏压的关系。测试如图1图1光照、伏安特性测试电路三、实验器材：白炽灯1台，光电二极管2CU1支，照度计1台，万用表1台，电阻若干，实验板1块，导线若干。四、实验步骤：1.光电二极管光照特性的测试。错误!未找到引用源。判断光电二极管的极性，按图1连接电路。选择适当的偏压M,和负载电阻R。按表1的要求将测试换算结果逐点填入表中。改变偏压Vc或负载Rl,观察光电二极管光照特性的变化。2.光电二极管伏安特性的测试。错误!未找到引用源。按图1接线，将电流计申入回路中。调定合适的R_,记录结果。五、实验过程原始记

9、录(数据、图表、计算等)1.光电二极管的光照特性测试的实验记录表1光电二极管在乂=1(V,R=3K条件下的光照特性实验记录光电二极管在VC=1(V,RL=3K条件下Ev(Lx)13320930341553263580092910651234150024252525262626262000282930303031313125003334353536363637光电二极管伏安特性曲线如下:024e81012143)#图4光电二极管伏安特性曲线：OOOLx3、回答下列问题：Rl固定，Vc改变，光照特性曲线变化否？V固定，Rl改变，光电二极管光照特性曲线变化否？答：Rl固定，Vc改变时，光电二极管耗尽

10、层厚度随着VC改变而改变，乂增大时光电流也将变大，最后趋于一个稳定值。故光照特性曲线随着的乂减小而上移，最终趋于一条稳定的曲线；Vc固定，Rl改变时，负载电阻Rl增大，电阻的时间常数变大，光电二极管的响应速度变慢，即单位时间流过的载流子减少，导致光电流减小。在光照不变情况下，曲线斜率变小，即曲线变得较平缓。光电二极管偏压为零时，为什么有光电流输出？由于光电二极管PN结存在内建电场，即使光电二极管偏压为零，光照时产生的电子-空穴对，仍然能在内建电场的作用下形成漂移电流以及形成与漂移电流相同方向的扩散电流。对于反偏的二极管，总有一定的电流流过它，即暗电流，其随温度升高而增大。(3)光电二极管反向偏

11、压进一步加大后，为什么光电流趋于饱和，与所加电压几乎无关，而仅取决于光照强度？在低反向电压下，光电流随电压变化很敏感，这是由于反向偏置电压使耗尽层加宽并使电场强度加强，从而提高了光吸收率及对载流子的搜集。电压进一步加大，对光生载流子收集已达极限，光生电流趋于饱和，这样光生电流与外加反向电压大小几乎无关，仅取决于光照强度。实验六光电三极管的特性测试、实验目的1.了解光电三极管的工作特点。2.掌握光电三极管基本性能的测试。3.学会使用光电三极管。、实验原理光电三极管的基本特性分为以下三个方面：1.光照特性：光电三极管在一定偏压下，受光的照度冷与产生的光电流Is之间的关；02.伏安特性：光电三极管在

12、一定照度下，光电流Is随偏压的变化。图1光电三极管工作电路三、实验器材：白炽灯1台，光电三极管1个，照度计1台，万用表1台，电阻若干，实验板1块，导线若干。四、实验步骤：1.光电池光照特性的测试。按图1连接线路；选择适当的偏压Vc和负载电阻Rl,测试当照度巳变化时，乂和I相对应的值。2.伏安特性的测试：按图1连接线路，将电流计申入回路中；己录实验结果。五、实验记录：1.光电三极管的光照特性测试的实验记录光电三极管的光照特性测试数据：表1光电三极管在乂=1(V,R_=3K条件下的光照特性实验记录光电三极管在M=10/,F1=3K条件下瓦(Lx)14520730640650161574283092

13、91129Y(mV0.91.86.215.223.528.730.831.732.836Ev(Lx)1431962422824005006248159541164乂(mV)0.050.090.150.20.370.470.720.810.860.932.光电三极管伏安特性的实验记录表3光电三极管在Vc=1(V,Rl=75条件下的光照特性实验记录10007.218.521.223.927.631.437.845.4150014.148.255.262.269.480.295.2111.2光电三极管伏安特性测试数据曲线:图4光电三极管伏安特性测试数据曲线六、思考1.总结光电三极管与光电二极管各有什

14、么优缺点。它们都具有高频性能好、量子效率高、灵敏度高、偏置电压低、功耗小、线性范围大、体积小、质量轻和价格便宜等优点。两者比较而言，(1)光电二极管光照特性的线性比较好，而光电三极管光照特性曲线的线性比较差。(2)由于光电三极管有放大作用，在相同照度下，它的光电流和灵敏度要比光电二极管的大几十倍。(3)在零偏值时，光电二极管能产生光生电动势，电路中有电流，而这时光电三极管的集电结虽然也能产生光生电动势，但因为集电结无反向偏压，就没有电流放大作用。(4)光电三极管响应时间要比光电二极管长，频率响应较低，一般不易在宽带的光通信等系统中作探测器。2.光电三极管若采用较小的发射区面积，是有利于对弱光的

15、检测还是强光的检测？反之则如何？光电三极管若采用较小的发射区面积，则有利于对强光的检测。因为发射区面积小，PN结获得的光能少，弱光可能无法激励出足够的空穴一电子对。反之，光电三极管若采用较大的发射区面积，则有利于对弱光的检测。实验七光电池的特性测试、实验目的1.了解光电池的工作特点。2.掌握光电池基本性能的测试方法。3.学会使用光电池。、实验原理光照特性：光电池的光生电动势和光电流与照度的关系图1光电池工作电路三、使用仪器、材料白炽灯1台，光电池1块，照度计1台，万用表1台，不同阻值的电阻2-3个，实验板1块，导线若干。四、实验步骤1.光电池光照特性的测试。光电池的两端不接负载，测试Ev变化时

16、，开路电压的值。2按图1接线路，选择适当的R,一般取很小，测试Ev变化时，短路电流的值。曾大Rl,观察短路电流的变化情况。五、实验记录：光电池光照特性的测试：1.开路电压测试表1光电池的两端不接负载，EV变化开路电压的值光电池在乂1W条件下Ez(Lx)15923032042255077111121440V(mV151.9173189206221246270296开路电压测试数据曲线:E-V图01W1502CK250Mg3MV(mV)图2光电池的两端不接负载，与变化时开路电压与照度的关系2.按图1接线路，选择Rl=75,测试Ev变化时，短路电流的值如下表。表2短路电流数据记录光电池在V=10V,

17、CRL=75条件下Ev(lx)13046586411851430I(A)3.728.6613.1816.3618.58E-I图豆i&(w005101520H阈图3照度与短路电流之间的关系3.增大Rl,短路电流的变化数据见表3。表3短路电流数据记录光电池在VC10V,Rl3K条牛下Ev(lx)13046586411851430I(A)38.691.06138.23170.6192.71图3增大RL后，照度与短路电流之间的关系3、回答下列问题(1)根据实验说明，负载电阻的大小，对光电流与照度之间的线性度有什么影响?答：负载电阻越小，光电流与光照度的线性越好。(2)光电池的响应速度与负载电阻Rl有什么关系？答：负载Rl越大频率特性越差，负载电阻越大，响应时间越长。