实验四 PIN光电二极管特性测试
PIN光电二极管综合实验
PIN光电二极管综合实验仪GCPIN-B实验指导书(V1.0)武汉光驰科技有限公司WUHAN GUANGCHI TECHNOLOGY CO.,LTD目录第一章 PIN光电二极管综合实验仪说明 ...................... - 3 -一、产品介绍 (3)二、实验仪说明 (3)1、电子电路部分结构分布............................... - 3 -2、光通路组件......................................... - 4 - 第二章实验指南.......................................... - 5 -一、实验目的 (5)二、实验内容 (5)三、实验仪器 (5)四、实验原理 (6)五、实验准备 (8)六、实验步骤 (8)1、PIN光电二极管暗电流测试 ........................... - 8 -2、PIN光电二极管光电流测试 ........................... - 9 -3、PIN光电二极管光照特性 ............................. - 9 -4、PIN光电二极管伏安特性 ............................ - 10 -5、PIN光电二极管时间响应特性测试 .................... - 10 -6、PIN光电二极管光谱特性测试 ........................ - 11 -第一章 PIN光电二极管综合实验仪说明一、产品介绍对于以高速响应为目标的光电二极管来说,未来减少p-n节的电容,在p与n之间设计一个i层的高阻抗层结构,即在n型硅片上制作一层低掺杂的高阻层,即i层(本征层)在该层上在形成p层。
其工作原理:来自p层外侧的入射光,主要由i层吸收,从而产生空穴和电子。
使用元件时要外加反向偏压,以使空穴朝p层移动,而电子朝n层移动,再由两电极流到外电路。
实验2-2光电二极管光电特性测试
实验2-2 光电二极管光电特性测试实验目的1、了解光电二极管的工作原理和使用方法;2、掌握光电二极管的光照度特性及其测试方法。
实验内容1、暗电流测试;2、当光电二极管的偏置电压一定时,光电二极管的输出光电流与入射光的照度的关系测量。
实验仪器1、光电探测原理实验箱1台2、连接导线若干实验原理1、光电二极管结构原理光电二极管的核心部分也是一个PN结,和普通二极管相比有很多共同之处,它们都有一个PN结,因此均属于单向导电性的非线性元件。
但光电二极管作为一种光电器件,也有它特殊的地方。
例如,光电二极管管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照;光电二极管PN结势垒区很薄,光生载流子的产生主要在PN 结两边的扩散区,光电流主要来自扩散电流而不是漂移电流;又如,为了获得尽可能大的光电流,PN结面积比普通二极管要大的多,而且通常都以扩散层作为受光面,因此,受光面上的电极做的很小。
为了提高光电转换能力,PN结的深度较普通二极管浅。
图2-2.1为光电二极管外形图(a)、结构简图(b)、符号(c)和等效电路图(d)。
光电二极管在电路中一般是处于反向工作状态(见图2-2.2,图中E为反向偏置电压),在没有光照射时,反向电阻很大,反向电流很小(一般小于0.1微安),这个反向电流称为暗电流,当光照射在PN结上,光子打在PN结附近,使PN结附近产生光生电子和光生空穴对,称为光生载流子。
它们在PN结处的内电场作用下作定向运动,形成光电流。
光的照度越大,光电流越大。
如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号。
因此光电二极管在不受光照射时处于截止状态,受光照射时处于导通状态随着光电子技术的发展,光信号在探测灵敏度、光谱响应范围及频率特性等方面的要求越来越高,为此,近年来出现了许多性能优良的光伏探测器,如硅、锗光电二极管、PIN 光电二极管、雪崩光电二极管(APD)等。
光电二极管目前多采用硅或锗制成,但锗器件暗电流温度系数远大于硅器件,工艺也不如硅器件成熟,虽然它的响应波长大于硅器件,但实际应用尚不及后者广泛。
光电二极管(PIN)的频率响应特性分析
PC10-6-TO5光电二极管(PIN)的频率响应特性分析PC10-6-T05光电二极管是德国First Sensor公司生产的一种可见-近红外PIN光电二极管,因其稳定性好、高分流电阻阻抗、高响应度、低暗电流等优良特性,而被广泛应用于功率计,分光光度计,荧光探测,气体分析,气体颗粒物计数等光电产品的设计中三个参数作为电路仿真参数光电二极管的等效电路其中Rd是二极管的内阻,也称暗电阻;Rc是体电阻和电极接触电阻,一般很小,cj是结电容,根据上述提供的参数,有cj=100pf,根据暗电流和上升时间来确定其他参数,:0.2nA@10V和上升时间ns 2000@850nm 0V 50Ω由于反偏压工作,暗电阻很大电流受控源PC10-6-TO5光电二极管(PIN)资料产品编号PC10-6-TO5Low Dark Current(Id)低暗电流系列光电二极管,适用更高精度的探测。
波长范围(nm) 400~1100 峰值波长(nm) 900材料Si 光敏面积(mm2) 10尺寸(mm) Φ3.57封装模式TO最高反向工作电压:10(v)出光面特征:圆灯LED封装:加色散射封装(D)发光强度角分布:标准型发光颜色:白色功率特性:大功率暗电流:0.2nA@10V结电容:100pf@0V等效噪声功率 1.5*10-14w/Hz上升时间ns 2000@850nm 0V 50Ω响应度(A/W)0.64@900nm最高工作电压:10——50(v)应用方向:分析仪器,水质分析,光纤通讯产品说明:特点:响应度高,暗电流低,体积小,重量轻,使用方便,工作稳定可靠用途:广泛用于微光探测,粉尘探测,仪器,仪表,光功率计等可见-近红外PIN光电二极管波长响应范围在340nm~1100nm特性:稳定性好,高分流电阻阻抗,高响应度,低暗电流应用:功率计,分光光度计,荧光探测,气体分析,气体颗粒物计数等厂商:德国Silicon Sensor(现更名First Sensor),。
物理实验技术中的光电二极管特性测量与分析
物理实验技术中的光电二极管特性测量与分析光电二极管是一种能够将光能转化为电能的器件,广泛应用在光电传感器、光通信、光电测量和光谱分析等领域。
在物理实验技术中,测量和分析光电二极管的特性对于研究光电效应、了解器件性能以及优化实验设计都具有重要意义。
一、光电二极管原理和基本特性光电二极管的原理是基于光电效应,利用光照射在PN结上产生电子-空穴对,使得PN结两端产生电压。
其关键特性包括响应频率、光电流、暗电流、光电流增益等。
测量这些特性需要合适的实验装置和方法来获取准确的结果。
二、光电二极管特性的测量方法1. 频响特性测量频响特性测量是评估光电二极管对光信号变化的响应速度的重要方法。
常用的实验装置包括函数发生器、光源和示波器。
通过改变函数发生器输入的正弦光信号频率,测量光电二极管输出的电流或电压的变化,从而得到频响特性曲线。
这些曲线反映了光电二极管的截止频率、带宽和相移等信息。
2. 光电流和暗电流测量光电流和暗电流是衡量光电二极管敏感度的重要指标。
光电流指的是光照射下二极管产生的输出电流,可以通过连接电流表或电流放大器进行测量。
而暗电流是指在没有光照射的情况下,二极管自身产生的微弱电流。
暗电流直接影响光电二极管的信噪比和稳定性,需要特殊的实验装置和方法进行测量。
三、光电二极管特性分析测量得到的光电二极管特性数据可以通过分析得到有关器件性能的重要信息。
以下是几个典型的分析方法:1. 截止频率和带宽分析利用频响特性曲线可以确定光电二极管的截止频率和带宽。
截止频率是指光电二极管对信号频率的响应达到3dB衰减的频率,可以通过对频响特性进行插值计算得到。
带宽是指光电二极管在特定条件下能够传输信号的频率范围,可以根据频响特性曲线的满足条件进行判断。
2. 光电流增益分析光电流增益是指光电二极管单位光功率入射时输出电流的增益。
可以通过将测得的光电流与已知的入射光功率相除得到。
光电流增益反映了光电二极管对光信号的放大效果,是评估器件性能的重要指标。
光电二极管特性参数的测量及原理应用
光电二极管特性参数的测量及原理应用1.光电二极管特性参数的测量方法(1)光电流和光敏面积的测量:光电二极管的光敏面积决定了其对光信号的接收能力,而光电流是光电二极管对光源产生的电流响应。
测量光电流可通过将光电二极管接入电路中,通过测量电流表的读数来获得。
光敏面积可通过显微镜测量方法来获得。
(2)响应时间的测量:光电二极管的响应时间是指其由光敏变化到电流输出的时间。
可以使用短脉冲光源和示波器来测量光电二极管的响应时间,记录光电流的变化曲线,从而得到响应时间。
(3)量子效率的测量:量子效率是指光束的能量能被光电二极管转换成电流的比例。
测量量子效率常采用比较法,即将待测光电二极管与一个标准光电二极管一起放入相同的光源中进行测量,通过比较两者输出的电流,计算出待测光电二极管的量子效率。
2.光电二极管特性参数的原理应用(1)光电二极管的灵敏度控制:测量光电流和光电二极管参数可以了解光电二极管的灵敏度,从而控制其在光电转换中的应用。
例如,在光电二极管应用于光通信中,可以通过测量光电流来确定光信号的强弱,进而控制光电二极管的灵敏度。
(2)光电二极管的功率测量:通过测量光电二极管的输出电流和光敏面积,可以计算出入射光的功率。
这在激光器功率测量和光学器件测试中非常常见。
(3)光电二极管的频率响应特性:通过测量光电二极管的响应时间,可以评估其对高频光信号的响应能力。
这在通信和雷达系统中具有重要应用,可以保证信号的准确传输和检测。
(4)光电二极管的光谱响应特性:测量光电二极管的光谱响应可以评估其对不同波长光的接收能力。
这在光学测量和光谱分析等领域都有广泛应用。
综上所述,光电二极管特性参数的测量及原理应用对于光电二极管的优化设计和应用具有重要意义。
通过测量光电流、光敏面积、响应时间、量子效率等参数,可以更好地了解光电二极管的特性,从而为光电转换和光信号检测提供基础支持。
同时,根据测量得到的参数,可以进一步控制光电二极管的灵敏度、测量光功率、评估频率响应和光谱响应等应用。
实验4 二极管伏安特性曲线的测量
实验4 二极管伏安特性曲线的测量
一.实验目的
学会用万用表在面包板上测量二极管的电压和电流
学会用信号发生器为二极管输入信号以及用示波器对信号进行测量二.实验设备
直流电压源(5v)
示波器(RIGOL DS105VE)
函数信号发生器(EE1640C 中文版)
数字万用表(VC890D)
100Ω电阻
电位器
三.实验过程
1.先用万用表检验电位器的好坏
2.用万用表检验二极管的好坏并找出二极管的正负极
3.在面包板上搭建实验电路
4.调节电位器,分别测出电压和电流
四.实验电路及数据
电压(V)0 0.15 0.24 0.38 0.52 0.59 0.62 0.63 电流(mA)00 0 0.03 0.5 2.8 4.0 7.2
五.二极管单项导通性的验证
1.按图连接好电路
2.打开示波器输入正弦信号
3.在示波器上观察波形并记录
Vpp(V)Vmax(V)Vmin(V)频率(hz)CH1 3.02 +1.54 -1.48 1000 CH2 1.46 0 -1.46 1000
六.实验总结
1.检查电位器时观察电位器转动时示数是否均匀变化,否则电位器是无效的
2.测量一组电压后及时测量电流
3.在电流电压的测量切换间注意万用表表头和档位的切换。
实验四光电探测器特性测试实验
常用光纤器件特性测试实验实验四光电探测器特性测试实验一、实验目的1、学习光电探测器响应度及量子效率的概念2、掌握光电探测器响应度的测试方法3、了解光电探测器响应度对光纤通信系统的影响二、实验内容1、测试1310nm 检测器I-P 特性2、根据I-P 特性曲线,得出检测器的响应度并计算其量子效率三、预备知识1、了解探测器的工作原理四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、光功率计 1台3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1根4、万用表1台5、连接导线20根五、实验原理在光纤通信工程中,光检测器(photodetector ),又称光电探测器或光检波器。
按其作用原理可分为热器件和光子器件两大类。
前者是吸收光子使器件升温,从而探知入射光能的大小,后者则将入射光转化为电流或电压,是以光子-电子的能量转换形式完成光的检测目的。
最简单的光检测器就是p-n 结,但它存在许多缺点,光纤通信系统中,较多采用p-i-n 光电二极管(简称PIN 管)及雪崩光电二极管(APD 管),都是实现光电转换的半导体器件。
在给定波长的光照射下,光检测器的输出平均电流与入射的光功率平均值之比称响应率或响应度。
简言之,即输入单位的光功率产生的平均输出电流,R 的单位为A/W 或uA/uW 。
其表达式为:P I R p =(4-1)响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵敏特性,而量子效率是内部呈现的微观灵敏特性。
量子效率是能量为h υ的每个入射光子所产生的电子-空穴载流子对的数量:hvP eP //I =入射到器件上的光子数对数通过结区的光生载流子=η(×100%)(4-2)上式中,e 是电子电荷;υ为光的频率。
通过测试I P 与P 的关系,即可计算获得检测器的量子效率,其中光电检测器的量子效率与响应度的关系为:24.1ηλ=R (4-3)在波长确定的情况下,通过测试得到一定光功率下检测器输出的电流,即可获得检测器的响应度及量子效率的大小,从而了解检测器的性能指标。
PIN光电二极管特性(精)
PIN光电二极管特性教Fra bibliotek环境多媒体机房
教学
内容
1.PIN光电二极管一般性能
2.量子效率和响应度
教学
目标
1.了解PIN光电二极管一般性能
2.掌握量子效率和响应度
重点
难点
1、量子效率和响应度
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方法
讲授、讨论、总结
教学
过程
讲授:
1.PIN光电二极管一般性能
以滨松(hamamatsu)公司的Si PIN光电二极管,型号为S12271的一般性能参数表为例说明。光电二极管的主要性能包括响应波长、响应度、暗电流、结电容、截止波长等。
3.量子效率和响应度
每个能量为hν的入射光子所产生的电子-空穴对数称为量子效率,单位光功率所产生的光电流称为响应度,了解这两个概念,学会从数据表单中读取有用信息。
小结:
课堂总结
半导体激光器P-I特性测试实验
太原理工大学学生实验报告
1.根据实验记录数据,算出半导体激光器驱动电流,画出相应的光功率与注入电
流的关系曲线。
(测得电阻为Ω)
2.根据所画的P-I特性曲线,找出半导体激光器阈值电流I th的大小。
3.根据P-I特性曲线,求出半导体激光器的斜率效率。
七、注意事项
1.半导体激光器驱动电流不可超过40mA,否则有烧毁激光器的危险。
2.由于光功率计,光跳线等光学器件的插头属易损件,使用时应轻拿轻放,切忌
用力过大。
八、思考题
1.试说明半导体激光器发光工作原理。
半导体激光器工作原理是激励方式,利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光,用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜,组成谐振腔,使光振荡、反馈、产生光的辐射放大,输出激光。
半导体激光二极管(LD)或简称半导体激光器,它通过受激辐射发光,(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子,而跃迁到低能级E1,这个过程称为光的受激辐射
2.环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响
随着温度的上升,阈值电流越来越大,功率随电流变化越来越缓慢。
3.分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中,半导体激光器P-I特性对系统。
光电二极管实验报告
光电二极管摘要:光电二极管(Photo-Diode)和普通二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性。
但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
通过实验的方法测量出光电二极管的主要的特性和技术参数,最高反向工作电压、暗电流、光电流、光谱特性等。
分析其特性及技术参数。
关键词:光电二极管特性技术参数分析一光电二极管的工作原理:光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。
它的核心部分也是一个PN结,和普通二极管相比,在结构上不同的是,为了便于接受入射光照,PN 结面积尽量做的大一些,电极面积尽量小些,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。
光电二极管是在反向电压作用之下工作的。
没有光照时,反向电流很小(一般小于0.1微安),称为暗电流。
当有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子---空穴对,称为光生载流子。
它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流明显变大,光的强度越大,反向电流也越大。
这种特性称为“光电导”。
光电二极管在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。
光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结,不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射,实现光电转换,在电路图中文字符号一般为VD。
光电三极管除具有光电转换的功能外,还具有放大功能,在电路图中文字符号一般为VT。
光电三极管因输入信号为光信号,所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。
同光电二极管一样,光电三极管外壳也有一个透明窗口,以接收光线照射。
二光电二极管的种类、特性与用途:1 PN型特性:优点是暗电流小,一般情况下,响应速度较低。
用途:照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。
电路实验报告,实验四 二极管的伏安特性
电子实验报告实验名称二极管的伏安特性日期2014/4/7一、实验目的1、了解三极管的输入、输出特性2、学会在面包板上搭接测量电路。
3、学习使用excel画出三极管的输入、输出曲线4、学习使用 Multisim 电子电路仿真软件。
二.实验仪器设备面包板、电位器、三极管、电阻、万用表,电路实验箱等。
三、实验内容1、设计一个测量三极管输入特性和一个输出特性的电路。
2、在模拟电路实验箱上搭接测量三极管输入特性的电路,通过一个调压电路控制集电极和发射极之间的电压Vce分别为0V和2V时,测量所对应的Vbe和Ib数据,再画出Vbe-Ib曲线。
3、同样在实验箱上搭接测量三极管输出特性的电路,利用调流电路控制基极电流Ib分别为20µA和60µA时,测量输出端Vce和Ic的数据,作出Ib= 20µA、60µA所对应的Vce- Ic曲线。
四、实验原理三极管分为PNP和NPN型。
两者的电源极性不同三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面三个接出来的端点依序称为射极(e)、基极(b)和集极(c),名称来源和它们在三极管操作时的功能有关三极管存在正偏和反偏两种状态,具有放大功能三极管输入特性曲线:三极管输出特性曲线:实验电路图如下:测量输入特性曲线:测量输出曲线:五、实验数据输入特性测量:数据记录:Vce=0;Vbe:V 0.11108 0.20845 0.28783 0.49958 0.57628 0.61795 Ib:mA 0.0000 0.0000 0.0000 0.00603 0.03978 0.13453 Vbe:V 0.64348 0.67048 0.69404 0.72627 0.76445 0.77078 Ib:mA 0.22629 0.90446 2.446 5.167 8.178 9.745Vce=2V:Vbe:V 0.00011 0.20519 0.38072 0.49103 0.62017 0.63958 Ib:mA 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.03697 0.13441 Vbe:V 0.65091 0.69097 0.72308 0.74987 0.76242 0.77109 Ib:mA 0.21596 0.83788 2.335 5.039 7.115 8.960输出特性测量Ib=20μA;Vce:V 0.00636 0.73039 1.23559 1.81228 2.1213 2.6820 Ic:mA 0.00536 2.203 2.214 2.221 2.231 2.241 Vce:V 3.3510 4.0768 4.4623 5.0180 5.4990 5.5185 Ic:mA 2.254 2.270 2.284 2.292 2.300 2.306Ib=60μA;Vce:V 0.00275 0.33006 1.35748 1.79678 2.2633 3.3382 Ic:mA 0.01738 6.206 6.315 6.368 6.426 6.580 Vce:V 3.7824 4.8336 5.4232 6.2780 7.2053 7.3551 Ic:mA 6.688 6.746 6.835 6.937 7.028 7.069绘制的输入特性曲线绘制的输出特性曲线放大倍数a=122六、实验结论在输入特性测量中分别控制输出集电极Vce电压为0和2V,分别测量输入电流Ib和基极与发射极的电压Vbe,由上曲线可知,Vce由0变2时,反偏电压减小,由PN节的伏安特性可知,电流变小。
光电探测之光电二极管特性测试
光照度(Lx)
0
光生电流
(μA)
100
300
500
700
900
(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) (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。
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),将光源调制单元 J2 与光通路组件光源接口用彩排数据线相连。 (2)将单刀双掷开关 S2 拨到“静态”,通过左右切换按钮,将光源颜色切换为白色。 (3)按图 2-3 所示的电路连接电路图,直流电源选择 0-15V 可调电源,负载 RL 选择 RL6=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 0-15V 可调电源电位 器,直到显示值为 8V 左右,顺时针调节该旋钮,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。
1.2 1
0.8 0.6 0.4 0.2
0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
图 2-7 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),将光源调制单元 J2 与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。 (2)将将单刀双掷开关 S2 拨到“静态”,将光照度调至最小。 (3)将 0-15V 可调电源正负极直接与电压表相连,打开电源,调节电源电位器至电压表 为 10V,关闭电源。 (4)按如图 2-8 连接电路图,RL 取 RL=100K 欧。
光电器件特性测试实验报告
光电器件特性测试实验报告光电器件特性测试实验报告摘要:本实验旨在通过对光电器件特性的测试,探究光电器件的工作原理和性能特点。
实验中使用了光电二极管和光敏电阻作为测试对象,通过测试光电器件的光电流和光电阻随光强的变化关系,以及对不同波长光的响应能力,得出了一系列实验结果。
实验结果表明,光电器件的性能特点与光强、波长等因素密切相关,为光电器件的设计和应用提供了重要依据。
一、引言光电器件是将光信号转化为电信号的重要元件,广泛应用于光通信、光电子、光电测量等领域。
了解光电器件的特性对于其设计和应用具有重要意义。
本实验选取了光电二极管和光敏电阻作为测试对象,通过对其特性的测试,探究光电器件的工作原理和性能特点。
二、实验方法1. 实验器材:- 光电二极管- 光敏电阻- 光源- 电流源- 电压源- 示波器- 多用表2. 实验步骤:a. 搭建光电器件测试电路,将光电二极管和光敏电阻分别与电流源和电压源相连。
b. 调节光源距离光电器件的距离,改变光强。
c. 测量光电二极管的光电流和光敏电阻的光电阻随光强的变化关系。
d. 改变光源的波长,测量光电二极管和光敏电阻对不同波长光的响应能力。
三、实验结果与分析1. 光电二极管的特性测试结果:a. 光电流随光强的变化关系:实验结果显示,光电流随光强的增大而线性增加,但当光强达到一定值后,光电流增加的速度减慢,呈现饱和状态。
这是因为光电二极管在光照射下,光子能量被电子吸收,从而产生电流。
b. 光电流对不同波长光的响应能力:实验结果显示,光电二极管对不同波长光的响应能力存在差异。
在可见光范围内,光电流对短波长光的响应更强,而对长波长光的响应较弱。
这是因为光电二极管的能带结构和材料特性导致了不同波长光的吸收效果不同。
2. 光敏电阻的特性测试结果:a. 光敏电阻随光强的变化关系:实验结果显示,光敏电阻随光强的增大而线性减小,即光敏电阻与光强呈反比关系。
这是因为光敏电阻的电阻值受光照射强度的影响,光强越大,电阻值越小。
光电二极管特性测试
实验20 半导体光电二极管伏安特性的测定半导体光电二极管在光测技术、光纤通信、自动检测和自动控制等技术领域中应用十分广泛。
了解光电二极管结构、工作原理、伏安特性及其测量技术,是学习和掌握近代科学技术必不可少的基础知识。
熟悉光电二极管的基本性能和掌握它在光电转换技术中的正确使用方法可为今后在科研设计中使用半导体光电二极管打下一定基础. 【实验目的】了解光电二极管结构及工作原理 熟悉光电二极管的基本性能 学习光电二极管伏安特性的测量技术 了解光电二极管在光电转换技术中的正确使用方法 【实验仪器】:MOE--A 型光电二极管伏安特性测试仪 电阻箱 电阻 导线等 【实验原理】:1. 半导体光电二极管的结构及工作原理半导体光电二极管除与普通的半导体二极管一样,具有一个 p-n 结外,表现还在其管壳上有一个能让光照射入其光敏区的窗口。
与普通二极管不同,它经常图1 光电二极管的结构及工作方式工作在反向偏置电压状态(如图1a 所示)或无偏压状态(如图1b 所示)。
在反偏电压状态下,p-n 结的空间电荷区的势垒增高、宽度加大、结电阻增加、结电容减小,所有这些均有利于提高光电二极管的高频响应性能。
无光照射时,反向偏置的p-n 结只有很小的反向漏电流,称为暗电流。
当有光子能量大于p-n 结半导体材料的带隙宽度Eg 的光波照射到光电二极管的管芯时,p-n 结各区域中的价电子吸收光能后将挣脱价键的束缚而成为自由电子,与此同时也产生一个自由空穴,这些由光照产生的自由电子空穴对统称为光生载流子。
在远离空间电荷区(亦称耗尽区)的p 区和n 区内,电场强度很弱,光生载流子只有扩散运动,它们在向空间电荷区扩散的途中因复合而被消失掉,故不能形成光电流。
形成光电流的主要靠空间电荷区的光生载流子,因为在空间电荷区内电场很强,在此强电场作用下,光生自由电子空穴对将以很高的速度分别向n 区和p 区运动,并很快越过这些区域到达电极沿外电路闭合形成光电流,光电流的方向是从二极管的负极流向它的正极,并且在无偏压短路的情况下与入射的光功率成正比,因此在光电二极管的p-n 结中,增加空间电荷区的宽度对提高光电转换效率有着密切关系。
光电二极管特性参数的测量及原理应用(精)
工作总结实验报告 / / 光电池/光敏电阻/光电二极管特性参数的测量指导人:朱小姐实验类型:工作检验及年终总结实验地点:搏盛科技光电子半导体实验室实验目的:销售技能的考察,产品及相关知识的了解情况,年终总结实验日期:2011 年 12 月 26 日姓名:陈帅职位:销售工程师手机号:159******** Email: chenshuaisz1688@ 概述光电效应是指入射光子与探测器材料中的束缚电子发生相互作用,使束缚电子变成为自由电子的效应。
光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。
入射光子引起探测器材料表面发射电子的效应称为外光电效应。
入射光子激发的载流子(电子或空穴)仍保留在材料内部的效应称为内光电效应。
内光电效应器件有光电导探测器(例如光敏电阻)、光生伏特器件(光电池、光电二极管、光电三极管)。
实验内容测量三种内光电效应器件(光敏电阻、光电池、光电二极管)的特性参数。
注意事项 a 做实验请关灯,以达到良好的测量效果。
b 拆卸数据线时不要用力硬拽,拆不下来请转个角度拆。
c 请在自己的实验桌上做实验,不要到别的实验桌旁干扰同事做实验,更不要动他人的仪器。
d 请勿触摸光学镜片的表面。
e 测量时不要碰导线,否则数据不稳定。
更不能用力拉扯导线,导致接头脱落。
f 实验完毕关闭所有电源开关。
实验报告报告开头请填入姓名、职位、手机号、实验日期。
实验完成后,请将报告打印出来,在有实验数据、图表的页脚签名,然后交到朱小姐办公桌上。
Word 文件请以“实验报告+姓名”命名,发到朱小姐邮箱。
请在元旦节前完成。
签名: 第 1页光敏电阻的特性曲线测量一. 目的要求测量 CdS(硫化镉)光敏电阻的伏安特性和光照特性。
实验要求达到: 1、使用 Excel 或绘图软件 Origin 绘制出伏安特性特性曲线 2、绘制出光照特性曲线 3、理解光敏电阻的光电特性二. 实验原理某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收,从而改变了物质电导率的现象称为物质的光电导效应。
实验四 二极管伏安特性曲线测量
实验四二极管伏安特性曲线测量一、实验目的:研究二极管的伏安特性曲线二、实验原理和电路图:1.实验原理:晶体二极管是常见的非线性元件。
当对晶体二极管加上正向偏置电压,则有正向电流流过二极管,且随正向偏置电压的增大而增大。
开始电流随电压变化较慢,而当正向偏压增到接近二极管的导通电压,电流明显变化。
在导通后,电压变化少许,电流就会急剧变化。
当加反向偏置电压时,二极管处于截止状态,但不是完全没有电流,而是有很小的反向电流。
该反向电流随反向偏置电压增加得很慢,但当反向偏置电压增至该二极管的击穿电压时,电流剧增,二极管PN结被反向击穿。
2.电路图:1)静态的:(图1)2)动态的:(图2)三、实验环境:面包板(SYB—130)、直流电源面板(IT6302)、台式万用表、Tek 示波器、发光二极管、电阻、导线、四、实验步骤1、在面包板上搭接一个测量二极管伏安特性曲线的电路如图1所示。
2、用万用表测量二极管两端的电压及其通过的电流,调节滑动变阻器使二极管两端电压不同,形成多组数据,记录数据。
3、用excel或matlab画二极管的伏安特性曲线。
4、在面包板上搭接一个电路如图1所示。
5、给二极管测试电路的输入端加Vp-p=6.5V、f=1500Hz的正弦波,用示波器观察该电路的输入输出波形。
6、并将二极管的正负极倒过来,用示波器观察此时该电路的输入输出波形。
五、数据记录和分析1、通直流电源是二极管两端的电压及其通过的电流:分析:当对发光二极管加上正向电压大约1.4伏时,则有正向电流流过二极管,且随正向偏置电压的增大而增大。
开始电流随电压变化较慢,而当正向偏压增到接近二极管的导通电压,电流明显变化。
2、动态电路的结果1)通正向电流时二极管两端的电压V 0.178 0.786 1.431 1.654 1.659 1.665 1.669 1.688 1.695 1.707 1.832 mA0.012 0.796 0.861 0.962 1.03 1.469 1.641 1.828 7.899峰值(Vpp ) 周期T (频率f )最大值(Vmax ) 最小值(Vmin ) 占空比 Duty输入 6.16V 664us 2.84V -3.32V 52.08% 输出5.20V664us1.88V-3.32V 57.35%2)通反向电流时二极管两端的电压(在做实验时按了反相)3)通正向电流时电阻两端的电压峰值(Vpp ) 周期T (频率f )最大值(Vmax ) 最小值(Vmin ) 占空比 Duty输入 6.16V 664us 2.88V -3.28V 52.22% 输出5.20V664us1.88V-3.32V 56.88%峰值(Vpp ) 周期T (频率f )最大值(Vmax ) 最小值(Vmin ) 占空比 Duty输入 6.16V 664us 2.88V -3.28V 52.07% 输出960mV664us920mV-40.0mV 22.55%4)通反向电流时电阻两端的电压。
光电二极管特性测量
光电二极管特性测量一、引言市场上的光电二极管被广泛应用于各种光学、通信以及工业领域。
为了确保光电二极管在电路中的正常工作,需要对其特性进行准确的测量和分析。
本文旨在介绍光电二极管的基本原理以及特性测量的方法。
二、光电二极管基本原理光电二极管也称为光敏二极管,是一种能将光信号转换为电信号的半导体器件。
其工作原理是基于光生电流效应,当光线照射到PN结上时,产生光生载流子,进而形成电流。
三、特性测量方法1. 器件准备在进行光电二极管特性测量之前,需要做好器件的准备工作,包括选择合适的测量仪器和配套电路,确保测量环境的稳定性等。
2. 静态特性测量静态特性测量是指在恒定光照条件下,测量光电二极管的伏安特性曲线。
通过改变外加电压,记录光电二极管的电流与电压之间的关系,以评估器件的导通特性。
3. 动态特性测量动态特性测量是指对光电二极管在不同光强下的响应时间进行测量。
通过施加短脉冲光信号,记录器件的响应时间,评估其动态性能。
4. 光谱特性测量光电二极管的光谱特性是指器件对不同波长光信号的响应能力。
通过改变入射光的波长,记录器件的光电流值,得到光电二极管的光谱响应曲线。
四、结论光电二极管特性测量是评估器件性能的重要手段,通过对其静态、动态和光谱特性的测量,可以全面了解光电二极管在实际应用中的表现。
研究人员和工程师可以根据测量结果对器件进行优化,提高其性能和稳定性,推动光电子技术的发展。
参考文献[1] XXX. (Year). Title. Journal, Pages.[2] XXX. (Year). Title. Journal, Pages.。
实验四 光敏二极管特性实验
实验四 光敏二极管 实验报告开课实验室:理学实验楼513 2012 年 9月13日学院 物电学院年级、专业、班 09光信2姓名 成绩课程名 称 光电检测技术综合实验实验项目名称光敏二极管的特性实验指导老师签名一、实验目的了解光敏二极管工作原理、光照特性、伏安特性和光谱相应特性。
二、实验原理光敏二极管是一种光伏探测器,主要利用了PN 结的光伏效应。
对光伏探测器总的伏安特性可表达为[exp(/)1]i iD i iso eu kBT i ϕϕ=-=--式中i 中是流过探测器总电流,iso 二极管反向电流,e 是电子电荷,u 是探测器两端电压,kB 为玻耳兹曼常数,T 器件绝对温度。
当入射光的强度发生变化,通过光敏二极管的电流随之变化,于是在光敏二极管的二端电压也发生变化。
光照时导通,光不照时,处于截止状态,并且光电流和照度成线性关系。
三、使用仪器、材料ZY13OFSens12SB 主机箱 一台 普通光源 一个 遮光筒 一个 光敏二极管 一个 光照度计探头 一个 光电器件实验(一)模板 一个 滤色片(七色) 一套 支架 一套 导线 若干 四、实验步骤、实验过程原始记录及结果1、光照特性测量根据图4-1接线,光敏二极管即为图中光敏探头,测量光敏二极管的暗电流和亮电流。
电流表输入端“+”与模块上左下对应安培表输入端(红色)相连,电流表输入端“-”与模块上左下对应安培表输入端(黑色)相连。
电压表输入端“+”与模块上左边对应电压表输入端(红色)相连,电压表输入端“-”与模块上左边对应电压表输入端(黑色)相连。
模块上0~5V 电源输入端与主机箱上对应相连。
暗电流测试:将主机箱中的0~12V 可调稳压电源的调节旋钮逆时针方向慢慢旋到底。
打开主机箱电源,顺时针方向慢慢地调节0~5V 可调电源输出电压,使电压表显示5V (U 测)。
读取主机箱上电流表(20μA 档)的值即为光敏二极管的暗电流。
亮电流测试:a 、关闭主机箱电源,撤下光敏二极管,换上光照度计探头。
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实验四PIN光电二极管特性测试一、实验目的1、学习掌握PIN光电二极管的工作原理2、学习掌握PIN光电二极管的基本特性3、掌握PIN光电二极管特性测试的方法4、了解PIN光电二极管的基本应用二、实验内容1、PIN光电二极管暗电流测试实验2、PIN光电二极管光电流测试实验3、PIN光电二极管伏安特性测试实验4、PIN光电二极管光电特性测试实验5、PIN光电二极管时间响应特性测试实验6、PIN光电二极管光谱特性测试实验三、实验器材1、光电探测综合实验仪1个2、光通路组件1套3、光照度计1台4、PIN 光电二极管及封装组件1套5、2#迭插头对(红色,50cm)10根6、2#迭插头对(黑色,50cm)10根7、三相电源线1根8、实验指导书1本9、示波器1台四、实验原理光电探测器PIN管的静态特性测量是指PIN光电二极管在无光照时的P-N结正负极、击穿电压、暗电流Id以及在有光照的情况下的输入光功率和输出电流的关系(或者响应度),光谱响应特性的测量。
图5-1 PIN光电二极管的结构和它在反向偏压下的电场分布图5-1是PIN光电二极管的结构和它在反向偏压下的电场分布。
在高掺杂P型和N型半导体之间生长一层本征半导体材料或低掺杂半导体材料,称为I层。
在半导体PN结中,掺杂浓度和耗尽层宽度有如下关系:LP/LN=DN/DP其中:DP和DN 分别为P区和N区的掺杂浓度;LP和LN分别为P区和N区的耗尽层的宽度。
在PIN中,如对于P层和I层(低掺杂N型半导体)形成的PN结,由于I层近于本征半导体,有DN<<DPLP<<LN即在I层中形成很宽的耗尽层。
由于I层有较高的电阻,因此电压基本上降落在该区,使得耗尽层宽度W可以得到加宽,并且可以通过控制I层的厚度来改变。
对于高掺杂的N 型薄层,产生于其中的光生载流子将很快被复合掉,因此这一层仅是为了减少接触电阻而加的附加层。
要使入射光功率有效地转换成光电流,首先必须使入射光能在耗尽层内被吸收,这要求耗尽层宽度W足够宽。
但是随着W的增大,在耗尽层的载流子渡越时间τcr也会增大,τcr 与W的关系为τcr=W/v式中:v为载流子的平均漂移速度。
由于τcr 增大,PIN的响应速度将会下降。
因此耗尽层宽度W需在响应速度和量子效率之间进行优化。
如采用类似于半导体激光器中的双异质结构,则PIN的性能可以大为改善。
在这种设计中,P区、N区和I区的带隙能量的选择,使得光吸收只发生在I区,完全消除了扩散电流的影响。
在光纤通信系统的应用中,常采用InGaAs材料制成I区和InP材料制成P区及N 区的PIN光电二极管,图3为它的结构。
InP材料的带隙为1.35eV,大于InGaAs的带隙,对于波长在1.3~1.6um范围的光是透明的,而InGaAs的I区对1.3~1.6um的光表现为较强的吸收,几微米的宽度就可以获得较高响应度。
在器件的受光面一般要镀增透膜以减弱光在端面上的反射。
InGaAs的光探测器一般用于1.3um和1.55um的光纤通信系统中。
图5-2 InGaAs PIN光电二极管的结构从光电二极管的工作原理可以知道,只有当光子能量hf大于半导体材料的禁带宽度Eg 才能产生光电效应,即hf>Eg因此对于不同的半导体材料,均存在着相应的下限频率fc或上限波长λc,λc亦称为光电二极管的截止波长。
只有入射光的波长小于λc时,光电二极管才能产生光电效应。
Si-PIN 的截止波长为1.06um,故可用于0.85um的短波长光检测;Ge-PIN和InGaAs-PIN的截止波长为1.7um,所以它们可用于1.3um、1.55um的长波长光检测。
当入射光波长远远小于截止波长时,光电转换效率会大大下降。
因此,PIN光电二极管是对一定波长范围内的入射光进行光电转换,这一波长范围就是PIN光电二极管的波长响应范围。
响应度和量子效率表征了二极管的光电转换效率。
响应度R定义为R=IP/Pin其中:Pin 为入射到光电二极管上的光功率;IP 为在该入射功率下光电二极管产生的光电流。
R的单位为A/W。
量子效率η定义为η=光电转换产生的有效电子-空穴对数/入射光子数=(IP/q)/(Pin/hf)= R(hf/q)响应速度是光电二极管的一个重要参数。
响应速度通常用响应时间来表示。
响应时间为光电二极管对矩形光脉冲的响应——电脉冲的上升或下降时间。
响应速度主要受光生载流子的扩散时间、光生载流子通过耗尽层的渡越时间及其结电容的影响。
光电二极管的线性饱和指的是它有一定的功率检测范围,当入射功率太强时,光电流和光功率将不成正比,从而产生非线性失真。
PIN光电二极管有非常宽的线性工作区,当入射光功率低于mW量级时,器件不会发生饱和。
无光照时,PIN作为一种PN结器件,在反向偏压下也有反向电流流过,这一电流称为PIN光电二极管的暗电流。
它主要由PN结内热效应产生的电子一空穴对形成。
当偏置电压增大时,暗电流增大。
当反偏压增大到一定值时,暗电流激增,发生了反向击穿(即为非破坏性的雪崩击穿,如果此时不能尽快散热,就会变为破坏性的齐纳击穿)。
发生反向击穿的电压值称为反向击穿电压。
Si-PIN的典型击穿电压值为100多伏。
PIN工作时的反向偏置都远离击穿电压,一般为10~30V。
五、实验准备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、实验步骤与数据记录1、光电二极管暗电流测试实验装置原理框图如图6-3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6-3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12所示。
图5-3(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。
(2)“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态特性”,将拨位开关S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7均拨下。
(3)“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。
(4)选用直流电源2,将电压表直接与电源两端相连,打开电源调节直流电源电位器,使得电压输出为15V,关闭电源。
(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RL21=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,直流电源调至最小,关闭电源,拆除所有连线。
数据:V= V R= M 得L= nA2、PIN光电二极管光电流测试实验装置原理图如图5-3所示。
图5-4(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。
(2)“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态特性”,将拨位开关S1拨上,S2,S3,S4,S5,S6,S7均拨下。
(3)按图5-4连接电路图,直流电源选择电源2,RL取RL6=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),缓慢调节直流调节电位器到电压表显示为15V,请出此时电流表的读数,即为PIN光电二极管在偏压15V,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。
实验结果:I光= vf3、PIN光电二极管光照特性(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。
(2)“光源驱动单元”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5-4所示的电路连接电路图,直流电源选择电源2,负载RL选择RL6=1K欧。
(4)将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。
打开电源,调节直流电源电位器,直到显示值为15V左右,顺时针调节该旋钮,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。
(5)根据上表中实验数据,作出PIN光电二极管在15V偏压下的光照特性曲线,并进行分析.(6)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、PIN光电二极管伏安特性(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。
(2)“光源驱动单元”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。
(4)按图5-4所示的电路连接电路图,直流电源选择电源1,负载RL选择RL6=1K欧。
(5)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,调节电源电压电位器,使反向偏压为0V、2V,4V、6V、8V、10V、15V、20V时的电流表读数,填入下表,关闭电源。
(注意:偏置电压不能长时间高于30V,以免使PIN光电二极管劣化)(7)重复上述步骤,测量PIN光电二极管在800Lx照度下,不同偏压下的光生电流值电流增加更快。
(8)根据上面所测试的实验数据,在同一坐标轴作出光照在500lx和800lx时的伏安特性曲线,并进行分析比较.(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。
5、PIN光电二极管时间响应特性测试(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。
(2)“光源驱动单元”的三掷开关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,直流电源选择电源2,负载RL选择RL=1K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,TP1与直流电源的地相连。