光电技术实验

3. 光电二极管和光电三极管的伏安特性曲线
I
E4>E3>E2>E1>E0
E4
E3 E2
E1 E0
0
U
图3（a）光电二极管伏安特性曲线
I
E4>E3>E2>E1>E0
E4
E3 E2 E1
E0
0
U
（b）光电三极管伏安特性曲线
三、实验内容
1. 测量光电二极管的光电流和照度特性曲线。 2. 测量光电二极管不同照度下的伏安特性曲线。
③ 最佳负载，负载在RL=0～∞之间变化按经验公式求出最佳 负载：
R optV Im m(0.6~ Is 0 c.8 )V oc(0.6~0.8 )V S o E c
当RL≤Ropt时，并忽略光电池结电流，负载电流近似等于恒 定短路电流。
当RL>Ropt时，光电池结电流按指数增加,负载电流近似于 指数形式减小。
K q
T为温度电压当量时，
负载RL上的电压V=IRL 给光电池正向偏压。
① 当零负载时（RL=0），（1）式外电流为短路电流：
②
Isc Ip SE
③ S为光电流灵敏度，短路电流ISC和照度E成正比。
② 当开路时，（RL=∞），（1）式外电流I=0则开路电压为：
Voc
VT
ln(1Fra Baidu bibliotek
Ip ISC
)
开路电压Voc与照度E几乎无关；所有照度下的开路电压Voc趋 于光电池正向开启电压V=0.6伏，并小于这个电压值。
2. 供电分压器和输出电路
光电倍增管的极间电压的分配一般是由图2所示的串联 电阻分压器执行。
最佳的极间电压分配取决于三个因素：阳极峰值电流、 允许的电压波动以及允许的非线性偏离。
K
A
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
11
IK
IA
12 3 4 5 6 7 8 9
-HV
10
图2 光电倍增管供电电路
三、实验内容
1. 测定电池零负载下Ip和E的关系。 2. 测定光电池不同负载情况下特性数据。
四、实验仪表和器材
硅光电池、照度计、钨丝灯、调压变压器、直流稳 压电源、毫伏电压表、微安表、电阻和电位计等。
五、实验线路装置
光电池负载实验线路装置如图2所示。
照度计 调压变压器
RL
A R3
R5
R6
C
100Ω
3. 光电倍增管的特性和参数
① 阴极光照灵敏度
② 阴极光照灵敏度定义为光电阴极的光电流
IK除以入射光通量φ所得的商SK：
IK
(A
Lm)
国际照明委员会的标准光照相应于分布温度
为2859K的绝对黑体的辐射。
② 阳极光照灵敏度
阳极光照灵敏度定义为阳极输出电流IA除以入
射光通量φ所得的商：
SA
IA
(A
Im)
I2R3(I1I2)R40
则光电流为：
I2(R 4R 4R 3)I1(1 0 0 1 0 0 1 0 0 )I11 2I1
实验三 光电倍增管特性和参数的
测试
一、实验目的
1. 了解光电倍增管的基本特性。 2. 学习光电倍增管基本参数的测量方法。 3. 学会正确使用光电倍增管。
二、实验原理
实验一 光电二极管、光电三极管
光照特性的测试
－、目的要求
1. 掌握光电二极管的工作原理和使用方法。 2. 进一步了解光电二极管的光照特性和伏安特
性，为设计光电系统前置放大器打下基础。
二、工作原理
1. 光电二极管是结型半导体光伏探测器件。当入射光子 能量大于材料禁带宽度时，半导体吸收光子能量将产 生电子空穴对。产生在PN结内的电子空穴对在内建电 场（光电二极管工作时加反向偏压Vb）作用下被分离， 形成光生电势，产生光电流，如图1所示
mv
G1
I2 R4 I1 100Ω
B
图2 光电池负载实验装置
μA
VE
G
光电池受光照后，产生光电流I2。在A、B两点的毫 伏电压会产生偏转。调节稳压电源VE后，产生补偿 电流I1，I1和光电流I2方向相反。调节电位计R5（粗 调）和R6（细调）使补偿电流I1与光电流I2相减，并 促使毫伏电压表G1指示为零。此时，表示A点和B点 电位相同。相当于光电池在A、B二点外电路为零状 态下工作，根据电路平衡条件：
四、实验仪器及装置
1. 实验仪器：光电二极管、钨丝灯、调压变压器、照度 表、毫安表、直流稳压电源等。
2. 实验装置如图4。
照度计
直流稳压电源
μA
调压变压器
光电探测器
图4 光电二极管光照特性测试装置
实验二 硅光电池负载特性的测试
一、实验目的
1. 掌握硅光电池的正确使用方法。 2. 了解光电池零负载，以及不同负载时光电流
图1 光电二极管工作原理图
2. 光电三极管的原理性结构如图2所示。正常运用时，集电 极加正电压。因此，集电结为反偏置，发射结为正偏置， 集电结为光电结。当光照到集电结上时，集电结即产生光 电流Ip向基区注入，同时在集电极电路产生了一个被放大
的电流：IC(1)IpIp
3. 4. β为电流放大倍数。
图2 光电三极管工作原理图
③ 电流增益
电流增益定义为在一定的入射光通量和阳极电压下，阳极 电流与阴极电流的比值，也可以用阳极光照灵敏度与阴 极光照灵敏度的比值来确定，即：
G IA 或
IK
G SA SK
• 暗电流
当光电倍增管在完全黑暗的情况下工作时，阳极电路里仍 然会出现输出电流，称为暗电流。引起暗电流的因素有： 热电子发射、场致发射、放射性同位素的核辐射、光反 馈、离子反馈和极间漏电等。
与照度的关系。
二、工作原理
1. 光电池具有半导体结型器件无源直接负载下的工作特 性，工作原理如图1所示。 RL外接负载为，Ip为光电 流，ID为二极管结电流。
光
Iφ
N
P
ID
RL
I
A
图1 光电池工作原理图
2. I为通过负载的外电流：
IIIDIIsc(ev/vT 1)
其中ISC为光电流反向饱和电流。当 V T
1. 工作原理
光电倍增管是由半透明的光电发射阴极、倍增极和阳 极所组成的，由图1所示。
a) 侧窗式
b) 端窗式
c) 原理示意图
图1 光电倍增管外形与结果原理示意图
当入射光子照射到半透明的光电阴极K上时，将发射出光 电子，被第一倍增极D1与阴极K之间的电场所聚焦并加速 后与倍增极D2碰撞，一个光电子从D1撞击出3个以上的新 电子，这种新电子叫做二次电子。这些二次电子又被D1～ D2之间的电场所加速，打到第二个倍增极D2上。并从D2 上撞击出更多的新的二次电子。如此继续下去，使电子流 迅速倍增。最后被阳极A收集。收集的阳极电子流比阴极 发射的电子流一般大105～104倍。这就是真空光电倍增管 的电子内倍增原理。