1、 光电器件和光电技术综合设计实验指导书 - 1 -实验一光敏电阻特性测试及其变换电路一、实验目的1、学习掌握光敏电阻工作原理2、学习掌握光敏电阻的基本特性3、掌握光敏电阻特性测试的方法4、了解光敏电阻的基本应用二、实验内容1、光敏电阻的暗电阻、暗电流测试实验2、光敏电阻的亮电阻、亮电流测试实验3、光敏电阻光电流测试实验；4、光敏电阻的伏安特性测试实验5、光敏电阻的光电特性测试实验6、光敏电阻的光谱特性测试实验7、光敏电阻的时间响应特性测试实验三、实验仪器1、直流稳压电源 1 台2、光源驱动模块 1 个3、负载模块 1 个4、显示模块 1 个5、光通路组件 1 套6、光敏电阻及封装组件 1 套7
2、、光照度计 1 台8、2#迭插头对（红色，50cm） 10 根9、2#迭插头对（黑色，50cm） 10 根10、示波器 1 台四、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
3、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
4、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。光电器件和光电技术综合设计实验指导书 - 2 -4 03 02 01 00I/mA1 0 01 0 0 0 1 x5 0 0 m W1 0 0 1 x2 0 0U / V1 0 1 x 0 . 0 50 . 1 00 . 1 50 . 2 00 . 2 50 . 3 00 . 3 50 . 4 00 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4I/mA / l mSr/(%) / A2 04 06 08 01 0 00 1 . 5
5、 31 0 08 06 04 02 00 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0S/(%)f / H z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、光敏电阻的暗电阻、暗电流测试实验（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。
6、(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。（注：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）
7、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 1-3 光敏电阻的光照特性 图 1-5 光敏电阻的频率特性 光电器件和光电技术综合设计实验指导书 - 3 -R LV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
8、” “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 300l
9、x 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。（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”
10、。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) 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 直流电压并调至光电器件和光电技术综合设计实验指导书 - 4 -最小，RL 取 RL=510（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 4
11、00lx，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。（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
12、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) 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
13、 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。（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
14、）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，
15、做出光敏电阻的光谱特性曲线：光电器件和光电技术综合设计实验指导书 - 5 -波长（nm） 红（630） 橙（605） 黄(585) 绿（520） 蓝（460） 紫（400）光电阻 （注：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）（7）实验完成，关闭电源，拆除各导线。6、光敏电阻时间特性测试（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” “
16、”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“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
17、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。光电器件和光电技术综合设计实验指导书6 实验二光电二极管特性测试及其变换电路一、实验目的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二、实验内容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三、实验仪器1、
18、直流稳压电源 1 台2、光源驱动模块 1 个3、负载模块 1 个4、显示模块 1 个5、光通路组件 1 套6、光电二极管及封装组件 1 套7、光照度计 1 台8、2#迭插头对（红色，50cm） 10 根9、2#迭插头对（黑色，50cm） 10 根10、示波器 1 台四、实验原理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）基本电路五、注意事项1、实验之前，请仔细阅读光电探测综
19、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、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，只有光电器件和光电技术综合设计实验指导书7 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
20、 2-2 所示。RLVI/=暗图 2-2（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
21、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。（注意：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
22、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 （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）按图 2-3 连接电路图，E 选择 0-15
23、V 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。光电器件和光电技术综合设计实验指导书8 3、光电二极管光照特性实验装置原理框图如图 2-3 所示。（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”
24、 “” “-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）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“
25、1”时说明超出量程，应改为合适的量程再测试。光照度（Lx） 0 100 300 500 700 900光生电流（A）（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。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） 0 100 300 500 700 900光生电流（A）（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
26、调至最小，关闭电源，拆除所有连线。4、光电二极管伏安特性实验装置原理框图如图 2-3 所示。图 2-3光电器件和光电技术综合设计实验指导书9 （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）将三掷开关 BM2 拨到“静态” ，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7 均
27、拨下。（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。（注意：直流电源不可调至高于20V，以免烧坏光电二极管）（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
28、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（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“脉冲” ，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7 均拨下。（3）按图 2-5 所示的电路连接电路图，E 选择 0
29、-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。A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（
30、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 400630nm 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)(=PVv )(=Ii偏压（V） 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12光生电流（A）光电器件和光电技术综合设计实验指导书10 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
31、信号电压；)(P)(V)(P则为输出用电流表示的输出信号电流。)(I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 )(=UKf式中， 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f )(f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)(=)(Uf线。00.20.40.60.811.20 200 400 600 800 1000 1200 1400图 2-6 基准探测器的光谱响应曲线（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
32、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）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，S
33、7 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。（注意：请不要同时将两个拨位开关拨上）（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。波长（nm） 红（630） 橙（605） 黄(585) 绿（520） 蓝（460） 紫（400）基准响应度 0.65 0.61 0.56 0.42 0.25 0.06R 电压（mV） 光电流(U/R)光电器件和光电技术综合设计实验指导书11 响应度
34、（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一、实验目的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。二、实验内容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三、实验仪器1、直流稳压电源 1台2、光源驱动模块 1 个光电器件和光电技术综合设计实验指导书12 3、负载模块 1 个4、显示模块 1 个5、光通路组件 1套6、硅光电池及封装组件 1套7、光照度计 1台8、2#迭插头对（红色，50cm） 10根9、2#迭插头对（黑色，50c
35、m） 10根四、实验原理1、硅光电池的工作原理光电池的基本结构如图 1，当半导体 PN 结处于零偏或反偏时，在它们的结合面耗尽区存在内电场，当有光照时，入射光子将把处于介带中的束缚电子激发到导带，激发出的电子空穴对在内电场作用下分别飘移到 N 型区和P 型区，当在 PN 结两端加负载时就有一光生电流流过负载。2、硅光电池的基本特性(1) 短路电流 APN结电 极 AII(a) (b)硼 扩 散 层 SiO2膜P型 电 极N型 硅 片图 2 硅光电池短路电流测试如图 2 所示，不同的光照作用下，硅光电池短路时的电流值也不同。(2)开路电压VP N 结电极VII( a ) ( b )硼扩散层S i
36、 O 2 膜P 型电极N 型硅片图 3 硅光电池开路电压测试如图 3 所示，不同的光照的作用下，硅光电池开路时的电压也不同。(3) 光照特性光电池在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性。(4)伏安特性如图4，硅光电池输入光强度不变，负载在一定的范围内变化时，光电池的输出电压及电流随负载电阻变化关系曲线称为硅光电池的伏安特性。图 1.光电池结构示意图光电器件和光电技术综合设计实验指导书13 光 生电压（m V ）光生电流（A）E 1E 2E 3E 4R 1 R L 1R L 2R L 3R 2照度 E / l x电流2 . 4 K5 1 01 0 K图 4 硅光
37、电池伏安特性图 5 硅光电池光照与负载特性曲线(5)负载特性(输出特性)光电池作为电池使用，在光电池两端加一个负载就会有电流流过，当负载很大时，电流较小而电压较大；当负载很小时，电流较大而电压较小。实验时可改变负载电阻 RL 的值来测定硅光电池的负载特性。光电池光照与负载特性曲线如图 5。（6）光谱特性一般硅光电池的光谱响应特性表示在入射光能量保持一定的条件下，硅光电池所产生光电流/电压与入射光波长之间的关系。五、注意事项1、当电压表和电流表显示为“1”说明超过量程，应更换为合适量程；2、连线之前保证电源关闭。3、实验过程中，请勿同时拨开两种或两种以上的光源开关。六、实验步骤1、硅光电池短路电
38、流特性测试图 6 硅光电池短路电流特性测试图 7 硅光电池开路电压特性测试（1）组装好光通路组件，将光照度计与光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”。将直流稳压电源的两路“+5V” “”对应接到显示模块的“+5V” “GND”，为电流表供电。（2）将光源驱动模块上的三掷开关 BM2 拨到“静态” ，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3，S4 ，S5，S6，S7 均拨下。（3）按图6所示连接电路。（4）打开电源，顺时针
39、调节光照度调节旋钮，使照度依次为表 1 所列值，读出电流表对应读数， （注意电流表调节档位）填入表 1，关闭电源。表1短路电流测试记录表光照度（Lx） 0 100 200 300 400 500 600光生电流（uA）（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）实验完毕，关闭电源，拆除所有连线。2、硅光电池开路电压特性测试（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。将直流稳压电源的“+5V” “” “-5V”对应接到光源驱动模块上的“+5V ”“GND”“-5V”。
40、将直流稳压电源的两路“+5V” “”对应接到显示模块的“+5V” “GND”，为电压表供电。（2）将光源驱动模块上的三掷开关 BM2 拨到“静态” ，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3，S4 ，S5，S6，S7 均拨下。光电器件和光电技术综合设计实验指导书14 （3）按图 7 所示连接电路。（4）打开电源，顺时针调节光照度调节旋钮，使照度依次为表2所列值，分别读出电压表对应读数， （注意电压表调节档位）填入表2。表2 开路电压测试记录表光照度（Lx） 0 100 200 300 400 500 600光生电压（mV）（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）实验完毕，关
41、闭电源，拆除所有连线。3、硅光电池伏安特性图 8 硅光电池伏安特性测试（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”。将直流稳压电源的两路“+5V” “”对应接到显示模块的“+5V” “GND”，为电压表和电流表供电。（2）将光源驱动模块上的三掷开关 BM2 拨到“静态” ，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3，S4 ，S5，S6，S7 均拨下。（3）电压表档位调节至 2V 档，电流表档位调至
42、 200uA 档，将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。（4）按图 8 所示连接电路，R 取值为 200，打开电源，顺时针调节光照度调节旋钮，增大光照度值至 500lx。记录下此时的电压表和电流表的读数填入表 3。（5）关闭电源，将 R 分别换为 510，750，1K，2K，5.1K，7.5K ，10K，20K 重复上述步骤，并记录电流表和电压表的读数，填入表 3。（不做） （6）改变光照度为 300Lx、100Lx 重复上述步骤，将实验结果分别填入表 4 和表 5。表 3 500 lx 时的伏安特性记录表：表 4 300lx 时的伏安特性记录表：表 5 100 lx 时的伏安特性记录表
43、：（7）实验完毕，关闭电源，拆除所有连线。（8）根据实验数据，在同一坐标轴中作出三种不同条件下的伏安特性曲线，并进行分析。4.硅光电池负载特性测试实验（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”。将直流稳压电源的两路“+5V” “”对应接到显示模块的“+5V” “GND”，为电电阻（ ） 200 510 750 1K 2K 5.1K 7.5K 10K 20K电流(uA)电压(mV)电阻（
44、） 200 510 750 1K 2K 5.1K 7.5K 10K 20K电流(uA)电压(mV)电阻（ ） 200 510 750 1K 2K 5.1K 7.5K 10K 20K电流(uA)电压(mV)光电器件和光电技术综合设计实验指导书15 压表和电流表供电。（2）将光源驱动模块上的三掷开关 BM2 拨到“静态” ，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3，S4 ，S5，S6，S7 均拨下。（3）电压表档位调节至 2V 档，电流表档位调至 200uA 档，将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。（4）按图 8 所示连接电路，R=100。（5）打开电源，顺时针调节“光照度调节”旋钮，从 0Lx
45、 逐渐增大光照度至100Lx， 200Lx，300Lx ，400Lx ，500Lx，600lx 分别记录电流表和电压表读数，填入表 6。 （选 3 做个照度）表 6 R= 100 时的负载特性记录表：光照度（Lx） 0 100 200 300 400 500 600电流（A）电压（mV）（6）关闭电源，将 R 分别换为 510， 1K， 5.1K， 10K 重复上述步骤，分别记录电流表和电压表的读数，填入表 7-10。 （只做 510和 5.1K）表 7 R= 510 时的负载特性记录表：光照度（Lx） 0 100 200 300 400 500 600电流（A）电压（mV）表 8 R= 1K
46、 时的负载特性记录表：光照度（Lx）0 100 200 300 400 500 600电流（A）电压（mV）表 9 R= 5.1K 时的负载特性记录表：光照度（lx） 0 100 200 300 400 500 600电流（A）电压（mV）表 10 R= 10K 时的负载特性记录表：光照度（lx） 0 100 200 300 400 500 600电流（A）电压（mV）（7）根据实验数据，在同一坐标轴上描绘出硅光电池的负载特性曲线,并进行分析。5、硅光电池光谱特性测试光谱响应度是光电探测器对单色光辐射的响应能力。当不同波长的入射光照到硅光电池上，硅光电池就有不同的灵敏度。本实验仪采用高亮度 L
47、ED（白、红、橙、黄、绿、蓝、紫）作为光源，产生 400630nm 离散光谱。（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”。将直流稳压电源的两路“+5V” “”对应接到显示模块的“+5V” “GND”，为电压表供电。（2）将光源驱动模块上的三掷开关 BM2 拨到“静态” ，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3，S4 ，S5，S6，S7 均拨下。（3）按图 7 所示连接电路。（4）打开电源，缓
48、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。（注意：请不要同时将两个拨位开关拨上）（5）S2 拨上，缓慢调节电位器直到光照度计显示为 E，将电压表测试所得的数据填入表 11，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 时电压表的读数，填入表 11。表 11 光谱特性实验记录表光电器件和光电技术综合设计实验指导书16 （8）根据测试得到数据，绘出硅光电池的光谱特性曲线。实验四光电倍增管特性测试及微弱光测量实验一、实验目的1、掌握光电倍增管结构以及工作原理及光电倍增管基本特性。3、学习掌握光电倍增管基本参数的测量方法。二、实验内容1、光电倍增管阳极灵敏度测试实验2、光电倍增管放大倍数（电流增益）测试实验3、光电倍增管阳极光电特性测试实验4、光电倍增管阳极伏安特性测试实验5、光电倍增管光谱特性测试实验三、实验仪器1、直流稳压电源 1 台2、光电倍增管模块 1 台3、光源驱动模块 1 个4、负载模块 1 个5、显示模块 1 个6、光通路组件 1
