光电二极管02
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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。 2.PIN 型： 特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应 。 用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。 3.发射键型： 特性：使用 Au 薄膜与 N 型半导体结代替 P 型半导体 。 用途：主要用于紫外线等短波光的检测。 4.雪崩型： 特性：相应速度非常快，因具有倍速做用，故可检测微弱光。 用途：高速光通信、高速光检测。
4、光电二极管光谱特性测试： （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对应相连。 （2）将直流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。 （3）按原理图连接电路图如图所示：RL 取 RL10=100K 欧。打开电源，缓慢调节光照度
调节电位器到最大 （4）分别测试出红，橙，黄，绿，蓝，紫，白在光照度 E 下电压表的读数。
三、光电二极管的特性测试：
1、光电二极管伏安特性测试： 光电二极管的基本特性：光电二极管的输出光电流与偏压的关系称为伏安特性。
图 1 为光电二极管正偏和反偏的工作状态：
反向偏压工作状态： 图 1 正向偏压工作状态： 光电二极管常工作在反向偏压状态；受到光照，在光电效应作用下产生光生载流子， 形成光电流；光电流的方向：由光电二极管负极流向正极，类似于直流电源。
R I L (A / W )
P
伏安特性测试原理图如图 2 所示：
光电二极 管
光源
电流表
电压表
Ui偏
压
RL
图 2.伏安特性原理图 （1）负载 RL 选择 RL=2.4K。将“光电二极管偏置电压输入＋”端与电流表“＋”端用 导线连接，电流表“－”端与 RL 任一端连接，RL 另一端与“光电二极管偏置电压输入－” 端相连，此时光电二极管偏压为零。 （2）打开电源开关，调节“幅度调节”旋钮，直至电压表显示为 2.00V 为止，记下光 电二极管所加反向偏压为 2V 时，照度值为 300Lx 和 500lx 条件，记下此时电流表读数填 入表中。 （3）重复步骤（2），分别记下反向偏压为 4V、6V、8V、10V 和 12V 时的电流表读数， 填入表 1。关闭电源。 表1
(1).300LX
偏压（V）
0
光生电流（μA）
-2 -4 -6 -8 -10 -12
(2).500LX
偏压（V）
0
光生电流（μA）
-2 -4 -6 -8 -10 -12
2、光电二极管暗电流测试： （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对应相连。 （2）“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，
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。
I I 0[1 exp( qv / k T)] I L
I0 是无光照的反向饱和电流，V 是二极管的端电压（正向电压为正，反向电压为负）， q 为电子电荷，k 为波耳兹曼常数，T 是结温，单位为 K， 是无偏压状态下（V=0）光照时 的短路电流，它与光照时的光功率成正比。无偏压状态下，短路电流与入照光功率的关系 称为光电二极管的光电特性，这一特性在坐标系中的斜率 R 定义为光电二极管的响应度。
电 源
U RL
图 3. 暗电流测试原理图 3、光电二极管光电流及光照特性测试：
光电二极管光电流及光照特性测试原理图如图 4 所示：
DG
E
电压
表
RL
微安表
图 4.光电流的测试原理图 （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对应相连。 （2）按原理图连接电路图， RL 取 RL4=1K 欧。 （3）打开电源,缓慢调节光照度调节电位器，直到光照为 300lx，缓慢调节直流调节电 位器到电压表显示为 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。同理光照在 500lx，700lx，900lx，1100lx 的光电流。
DG
电压
E
RL
表
图 4.光谱特性的测试原理图
四、数据处理及分析：
1、光电二极管伏安特性测试实验数据： (1).光照度为 300LX
偏压（V）
0
光生电流（mA） 0
-2 0.94
-4 1.27
-6 1.35
-8 1.41
-10 1.47
-12 1.53
(2).光照度为 500LX
偏压（V）
0
光生电流（mA） 0
贵州民族学院 《光电探测与信号处理》
课程论文
《 光电二极管 》
学院 专业 班级 姓名 学号 指导教师
计算机与信息工程学院 光信息科学与技术
09 光 信 张家文 200907040054 李林福
光电二极管
张家文
摘要：通过实验测量的方法分析光电二极管的伏安特性、暗电流、光电流及光照特性、光谱特性参数， 用测试参数进行数据处理和分析。 关键词：光电二极管 伏安特性 光电流 光谱特性
参考文献： 【1】 安毓英 曾晓东 冯珺 . 光电探测与信号处理 . 科学出版社. 【2】 杨龙麟 . 电子测量技术 . 人民邮电出版社.
-2 -4 -6 -8 -10 -12 0.92 1.91 2.22 2.36 2.46 2.52
wk.baidu.com
图 5.伏安特性曲线
分析：由实验数据绘制的伏安特性曲线图，可知在不同光强度照射下和不同偏压条件 下，伏安特特性曲线不同。 2、光电二极管暗电流测试： 根据电路图所得测量得到的数据即可计算出光电二极管的暗电流。
即：I 光=0.254mA 光电二极管光照特性：
Elx 300lx
500lx 700lx
900lx
1100lx
I
0.254mA 0.57mA 0.717mA 0.923mA 1.22mA
图 6.光照特性曲线
分析：通过实验数据所绘制的光照特性图可知，随着光照强度的增加，光电二极管的
电流随之增大。
4.光电二极管光谱特性测试(条件光照度 300lx，偏压 10V）：
测量出 U 暗的范围是（9.3 12.5）mv，可求出 U 暗的平均值为： U 暗=10.9mV,已知 R=100K
由公式 I 暗=U 暗/R 级可算出 I 暗。即：I 暗=U 暗/R=10.9mv/100K=109nA 分析：通过实验可知光电二极管的暗电流在 nA 级。
3、光电二极管光电流及光照特性测试： 根据实验原理图电流表上的示数即为光电二极管在偏压 6V，光照 300lx 时的光电流。
利用公式 I=U/R 可以算出光电流（U 是负载电阻 RL 两端的电压，I 光电流）
光照 红
橙
黄
绿
蓝
紫
白
U测
9.5V
8.2V
8.1V
4.9V
3.8V
5.3V
9.4V
光电流 0.095mA 0.082mA 0.081mA 0.049mA 0.038mA 0.053mA 0.094mA
不同颜色的光对应的波长为：
此时照度计的读数应为 0。 （3）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。 （4）按如图所示的电路连接电路图，负载 RL 选择 RL=100K。 （5）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. 光电二极管暗电流测试原理图如图 3 所示：
光照 红
橙
黄
波长 650nm 610nm 570nm
绿 530nm
蓝 450nm
紫 400nm
图 7.光谱特性曲线 分析：通过实验数据绘制的光谱特性图可知，波长在 700nm 左右的光二极管特性最好。 随着波长的增加或减少二极管特性下降。
五．实验心得体会：
本次实验让我们了解《光电探测与信号处理》点探测器，虽然上课的时候老师说了一 些原理应用及特性，但是当自己去做实验的时候才真正的了解光电二极管的应用及一些特 性在实际中得应用。自己在开发实验室的时候了解一些关于光电二极管、光敏电阻、热敏 电阻等这方面的知识，但是没有做过相应的设计实验只是知道一些简单的知识及一些应简 单的应用电路。通过这次设计实验我对我们本专业的学习方向，及光电信号的转换和信号 处理等，有了更多的了解。为我们即将大四的毕业设计做了一些前期准备，同时感谢老师 对我们的帮助。
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。 2.PIN 型： 特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应 。 用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。 3.发射键型： 特性：使用 Au 薄膜与 N 型半导体结代替 P 型半导体 。 用途：主要用于紫外线等短波光的检测。 4.雪崩型： 特性：相应速度非常快，因具有倍速做用，故可检测微弱光。 用途：高速光通信、高速光检测。
4、光电二极管光谱特性测试： （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对应相连。 （2）将直流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。 （3）按原理图连接电路图如图所示：RL 取 RL10=100K 欧。打开电源，缓慢调节光照度
调节电位器到最大 （4）分别测试出红，橙，黄，绿，蓝，紫，白在光照度 E 下电压表的读数。
三、光电二极管的特性测试：
1、光电二极管伏安特性测试： 光电二极管的基本特性：光电二极管的输出光电流与偏压的关系称为伏安特性。
图 1 为光电二极管正偏和反偏的工作状态：
反向偏压工作状态： 图 1 正向偏压工作状态： 光电二极管常工作在反向偏压状态；受到光照，在光电效应作用下产生光生载流子， 形成光电流；光电流的方向：由光电二极管负极流向正极，类似于直流电源。
R I L (A / W )
P
伏安特性测试原理图如图 2 所示：
光电二极 管
光源
电流表
电压表
Ui偏
压
RL
图 2.伏安特性原理图 （1）负载 RL 选择 RL=2.4K。将“光电二极管偏置电压输入＋”端与电流表“＋”端用 导线连接，电流表“－”端与 RL 任一端连接，RL 另一端与“光电二极管偏置电压输入－” 端相连，此时光电二极管偏压为零。 （2）打开电源开关，调节“幅度调节”旋钮，直至电压表显示为 2.00V 为止，记下光 电二极管所加反向偏压为 2V 时，照度值为 300Lx 和 500lx 条件，记下此时电流表读数填 入表中。 （3）重复步骤（2），分别记下反向偏压为 4V、6V、8V、10V 和 12V 时的电流表读数， 填入表 1。关闭电源。 表1
(1).300LX
偏压（V）
0
光生电流（μA）
-2 -4 -6 -8 -10 -12
(2).500LX
偏压（V）
0
光生电流（μA）
-2 -4 -6 -8 -10 -12
2、光电二极管暗电流测试： （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对应相连。 （2）“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，
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。
I I 0[1 exp( qv / k T)] I L
I0 是无光照的反向饱和电流，V 是二极管的端电压（正向电压为正，反向电压为负）， q 为电子电荷，k 为波耳兹曼常数，T 是结温，单位为 K， 是无偏压状态下（V=0）光照时 的短路电流，它与光照时的光功率成正比。无偏压状态下，短路电流与入照光功率的关系 称为光电二极管的光电特性，这一特性在坐标系中的斜率 R 定义为光电二极管的响应度。
电 源
U RL
图 3. 暗电流测试原理图 3、光电二极管光电流及光照特性测试：
光电二极管光电流及光照特性测试原理图如图 4 所示：
DG
E
电压
表
RL
微安表
图 4.光电流的测试原理图 （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对应相连。 （2）按原理图连接电路图， RL 取 RL4=1K 欧。 （3）打开电源,缓慢调节光照度调节电位器，直到光照为 300lx，缓慢调节直流调节电 位器到电压表显示为 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。同理光照在 500lx，700lx，900lx，1100lx 的光电流。
DG
电压
E
RL
表
图 4.光谱特性的测试原理图
四、数据处理及分析：
1、光电二极管伏安特性测试实验数据： (1).光照度为 300LX
偏压（V）
0
光生电流（mA） 0
-2 0.94
-4 1.27
-6 1.35
-8 1.41
-10 1.47
-12 1.53
(2).光照度为 500LX
偏压（V）
0
光生电流（mA） 0
贵州民族学院 《光电探测与信号处理》
课程论文
《 光电二极管 》
学院 专业 班级 姓名 学号 指导教师
计算机与信息工程学院 光信息科学与技术
09 光 信 张家文 200907040054 李林福
光电二极管
张家文
摘要：通过实验测量的方法分析光电二极管的伏安特性、暗电流、光电流及光照特性、光谱特性参数， 用测试参数进行数据处理和分析。 关键词：光电二极管 伏安特性 光电流 光谱特性
参考文献： 【1】 安毓英 曾晓东 冯珺 . 光电探测与信号处理 . 科学出版社. 【2】 杨龙麟 . 电子测量技术 . 人民邮电出版社.
-2 -4 -6 -8 -10 -12 0.92 1.91 2.22 2.36 2.46 2.52
wk.baidu.com
图 5.伏安特性曲线
分析：由实验数据绘制的伏安特性曲线图，可知在不同光强度照射下和不同偏压条件 下，伏安特特性曲线不同。 2、光电二极管暗电流测试： 根据电路图所得测量得到的数据即可计算出光电二极管的暗电流。
即：I 光=0.254mA 光电二极管光照特性：
Elx 300lx
500lx 700lx
900lx
1100lx
I
0.254mA 0.57mA 0.717mA 0.923mA 1.22mA
图 6.光照特性曲线
分析：通过实验数据所绘制的光照特性图可知，随着光照强度的增加，光电二极管的
电流随之增大。
4.光电二极管光谱特性测试(条件光照度 300lx，偏压 10V）：
测量出 U 暗的范围是（9.3 12.5）mv，可求出 U 暗的平均值为： U 暗=10.9mV,已知 R=100K
由公式 I 暗=U 暗/R 级可算出 I 暗。即：I 暗=U 暗/R=10.9mv/100K=109nA 分析：通过实验可知光电二极管的暗电流在 nA 级。
3、光电二极管光电流及光照特性测试： 根据实验原理图电流表上的示数即为光电二极管在偏压 6V，光照 300lx 时的光电流。
利用公式 I=U/R 可以算出光电流（U 是负载电阻 RL 两端的电压，I 光电流）
光照 红
橙
黄
绿
蓝
紫
白
U测
9.5V
8.2V
8.1V
4.9V
3.8V
5.3V
9.4V
光电流 0.095mA 0.082mA 0.081mA 0.049mA 0.038mA 0.053mA 0.094mA
不同颜色的光对应的波长为：
此时照度计的读数应为 0。 （3）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。 （4）按如图所示的电路连接电路图，负载 RL 选择 RL=100K。 （5）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. 光电二极管暗电流测试原理图如图 3 所示：
光照 红
橙
黄
波长 650nm 610nm 570nm
绿 530nm
蓝 450nm
紫 400nm
图 7.光谱特性曲线 分析：通过实验数据绘制的光谱特性图可知，波长在 700nm 左右的光二极管特性最好。 随着波长的增加或减少二极管特性下降。
五．实验心得体会：
本次实验让我们了解《光电探测与信号处理》点探测器，虽然上课的时候老师说了一 些原理应用及特性，但是当自己去做实验的时候才真正的了解光电二极管的应用及一些特 性在实际中得应用。自己在开发实验室的时候了解一些关于光电二极管、光敏电阻、热敏 电阻等这方面的知识，但是没有做过相应的设计实验只是知道一些简单的知识及一些应简 单的应用电路。通过这次设计实验我对我们本专业的学习方向，及光电信号的转换和信号 处理等，有了更多的了解。为我们即将大四的毕业设计做了一些前期准备，同时感谢老师 对我们的帮助。