实验一光电二极管光电三极管光照特性的测试
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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
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。
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
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
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
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
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
② 当开路时，（RL=∞），（1）式外电流I=0则开路电压为：
Voc
VT
ln(1
Ip I SC
)
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。
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：
Ropt
Vm Im
(0.6 ~ 0.8)Voc I sc
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
(0.6 ~ 0.8) Voc SE
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。
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。
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：
I2R3 (I1 I2 )R4 0
则光电流为：
I2
( R4 R4 R3
)I1
( 100 100 100
)
I1
1 2
I1
实验三 光电倍增管特性和参数的
测试
一、实验目的
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。
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
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
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
3. 光电倍增管的特性和参数
① 阴极光照灵敏度
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Leabharlann Baidu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)
I
A
图1 光电池工作原理图
2. I为通过负载的外电流：
I
I
ID
I
I
sc
(ev
/
v
T
1)
其中ISC为光电流反向饱和电流。当
VT
KT q
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：
Isc I p SE
S为光电流灵敏度，短路电流ISC和照度E成正比。
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 IK
或 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。
的电流：
IC (1 )I p I p
β为电流放大倍数。
图2 光电三极管工作原理图
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
二、实验原理
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。
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
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
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
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
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
② 当开路时，（RL=∞），（1）式外电流I=0则开路电压为：
Voc
VT
ln(1
Ip I SC
)
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。
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：
Ropt
Vm Im
(0.6 ~ 0.8)Voc I sc
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
(0.6 ~ 0.8) Voc SE
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。
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。
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：
I2R3 (I1 I2 )R4 0
则光电流为：
I2
( R4 R4 R3
)I1
( 100 100 100
)
I1
1 2
I1
实验三 光电倍增管特性和参数的
测试
一、实验目的
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。
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
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
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
3. 光电倍增管的特性和参数
① 阴极光照灵敏度
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Leabharlann Baidu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)
I
A
图1 光电池工作原理图
2. I为通过负载的外电流：
I
I
ID
I
I
sc
(ev
/
v
T
1)
其中ISC为光电流反向饱和电流。当
VT
KT q
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：
Isc I p SE
S为光电流灵敏度，短路电流ISC和照度E成正比。
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 IK
或 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。
的电流：
IC (1 )I p I p
β为电流放大倍数。
图2 光电三极管工作原理图
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