发布时间 : 星期一 文章光电技术综合实验指导-（下）更新完毕开始阅读a5317011ff00bed5b9f31df0
路。
搭建电路的具体操作步骤如下：
① 将LED光源的红色插头插入+12电源插孔，将其黑色插头插入电流表的红色插座（+），将电流表的黑色插孔（－）与50Ω电阻相连接，再将50Ω电阻的另一插孔与1kΩ电位器的一个插孔相连，将电位器的插孔接GND；
② 将LED光源与照度计探头相对放置，测量光源的照度；
标定完成后，记录下所需要照度下的电流ILED值；
④ 将光电池引出线的红色插头插入电流表的“+”插孔，电流表的“－”与“负载电阻”的插孔相连接，再将光电池黑色插头插入“负载电阻”的另一端插孔中，最后将数字电压表跨接到光电池的两端。完成光电池自偏置电路的搭建。
⑤ 实验过程中，先调整LED灯到表2.6-1所需要的电流值ILED，再读光电池输出的电流IP值和电压UP值，计算输出功率P；然后，改变负载电阻RL，再读电流IP值和电压UP值，计算输出功率P；记录不同负载电阻值情况下的Ip与P填入表2.6-1；
⑥ 再改变硅光电池光敏面上的照度Ev（调整电位器改变ILED值），再测一组流过硅光电池的电流Ip和对应的输出功率P，填入表2.6-1。
表2.6-1硅光电池自偏置电路的测量数据
图2.6-3 硅光电池实验装置
③ 将LED光源进行电流ILED与发光照度进行标定，确定所用照度下的电流ILED值；
照度次数 Ip（μA） 1 0 2 0.1 3 0.2 4 0.5 5 1.5 6 2.7 7 3.6 8 5.1 Ev=50lx RL（kΩ） 输出功率P(W) 10(lx) RL（kΩ） Ip（mA） 输出功率P(W) 20(lx) RL（kΩ） Ip（mA） 输出功率P(W) 100(lx) RL（Ω） Ip（mA） 输出功率P(W) 填完表之后，可以将表2.6-1中的值在图2.6-4所示的直角坐标系上找到相应的点，并将各点连接起来形成如图2.6-1（b）所示的特性曲线。
显然，上述为常规的测量方法。现在，我们已经具有了能够自动测量硅光电池的基本条件，如何实现呢？作为一个问题写在这里，光电二极管伏安特性的自动测量方法可以供读者作为参考，请自行设计硅光电池自
图2.6-4 硅光电池伏安特性曲线坐标架
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偏置状态下测量伏安特性曲线的方法和测量步骤。
② 测量最佳负载电阻
从表2.6-1中可以看出，硅光电池在某照度下输出的功率P随负载电阻RL的变化而变化；而且，总存在这样的负载电阻RL，它所对应的输出功率最大，该负载电阻被称为最佳负载电阻，记作Ropt。对应不同照度下的最佳负载电阻Ropt的阻值不同，通过实验可以找到最佳负载电阻Ropt与入射辐射的关系。
将负载电阻RL用电位器代替，改变电位器的阻值，观察光电池输出电流的变化和输出功率P的变化，直到找出最大输出功率时为止，用“万用表”（或将电位器与数字电流表串联接入+12V电源，即可测量出此时电位器的阻值）测量出电位器此刻的阻值即为该照度下的最佳负载电阻。计算出的功率为该照度下的最大输出功率。 （2）硅光电池的零伏偏置电路 ① 零伏偏置电路的组成
在光电综合实验平台中找到任意一个放大器和反馈电阻Rf，将其连接成如图2.6-2所示的零伏偏置电路。将相应的测量仪表也连接好。自行检查，无误后，打开光电综合实验平台的电源，将LED照明光源与硅光电池装成一对，可将已知照度的光投射到硅光电池光敏面上。
用实验平台提供的数字电压表测量零伏偏置电路的输出电压Uo，用数字电流表测量光源LED的发光电流ILED，通过改变ILED改变硅光电池光敏面上的照度，测出输出电压与入射照度的关系。将所测得的输出电压Uo与入射照度（或ILED）的关系画在如图2.6-4所示的直角坐标系上。
② 零伏偏置电路参数对光电转换特性的影响
硅光电池零伏偏置电路的主要参数是反馈电阻Rf ，实验时用不同阻值的反馈电阻Rf ，测量其光电灵敏度，观测硅光电池的光电灵敏度与电阻Rf的关系。 （3）硅光电池的反向偏置电路
从实验平台备件箱中取出装有硅光电池的探头，按如图2.6-5所示的电路连接，由于加在硅光电池两端的电场与硅光电池PN结的内建电场的方向相同，阻挡扩散电荷的运动而有利于漂移运动，因此称其为反向偏置电路。将LED光源与硅光电池探头按如图2.6-3所示的结构稳固地安装在光学平台上。并用实验平台上的数字电压表测量输出电压Uo。
如果反向偏置电路如图2.6-4（b）所示，输出电压Uo应为电源电压Ubb与光生电流IP在负载电阻RL两端产生的压降IpRL之差，即
（a）反偏PN结
（b）光电池反偏电路
图2.6-5 光电池反向偏置电路
Uo?Ubb?IpRL?Ubb?RLSI?v,λ （2.6-4）
式中RL为负载电阻；由式（2.6-4）可见，输出电压与入射辐射φe，λ的变化方向相反。 实验时，先打开光电实验平台的电源，然后调整光源的电流ILED，使入射的光通量φv，
λ
或照度Ev，λ为适当值，测出此时的光电流Ip与输出电压Uo值，填入表2.6-2中；再改变LED最终测得5组数据，根据所测数据，可以在直角坐标系上画出不同的光照特性曲线。
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光源的电流值，测得另一组数据，再填入表2.6-2。
表2.6-2为在一定电源电压下确定光通量的伏安特性曲线
电 电 压 流U1 U2 U3 U4 U5 U6 流 I1 I2 I3 I4 I5 将表中的数据用坐标表示，便画出如图2.5-6所示的特性曲线，曲线中，负载电阻值直接影响输出电压的变化量，影响电路的电压灵敏度。
光电综合实验平台提供对硅光电池反向偏置电路进行实验的相关软硬件，使学生很方便地完成硅光电池反偏特性曲线的测试。
测试时电源用锯齿波提供，入射到光电池上的光有LED光源提供阶梯光输入端，软件菜单上选定好阶梯的步长，执行特性曲线测量软件，便可直接在计算机显示屏幕上观测到硅光电池反向偏置下的特性曲线。
由特性曲线可以方便地测出硅光电池的电流灵敏 度SI，电压灵敏度SV等参数。
（4）测量硅光电池反向偏置状态下的时间响应
测量硅光电池反向偏置状态下的时间响应的测量电路如图2.6-7 所示，用示波器探头CH1测量LED发光管的驱动脉冲，用探头CH2测量光电池反向偏置电路的输出信号Uo，在光电综合实验平台软件主界面上选择“示波器”菜单，可以显示出如图2.2-15所示的时间响应曲线。要注意选择适当的采样频率，可选择频率为100kHz，即光源为100kHz的方波脉冲。在100kHz的方波光脉冲的作用下，硅光电池的时间响应 。实验时，因所用硅光电池的面积不同，时间响应的差距可能很大，应适当调整采样频率，使观测效果最佳，能够读出它的上升时间ton与下降时间toff。
图2.6-7 光电池反偏时间响应测量电路
图2.6-6 光电池反偏特性曲线
6. 关机与结束：
1、所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；
2、将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
3、将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。
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实验2.7 测量光电三极管的特性参数实验
1. 实验目的：
硅光电三极管是一种最基本、最常用的光生伏特器件，掌握它的基本特性和性能参数的测量方法是应用硅光电三极管实现光电检测与控制的重要手段。通过本节实验，要求学生能熟悉光电三极管的光电灵敏度、时间响应、光谱响应等特性，掌握相关特性参数的测试方法。
2. 实验仪器：
① GDS-Ⅲ型光电综合实验平台1台； ② LED光源1个； ③ 光电三极管1只；
④ 通用光电器件实验装置2只； ⑤ 通用磁性表座2只； ⑥ 光电器件支杆2只； ⑦ 连接线20条；
⑧ 40MHz示波器探头2条；
3. 实验内容：
⑴ 光电三极管光照灵敏度的测量； ⑵ 光电三极管伏安特性的测量； ⑶ 光电三极管时间响应的测量； ⑷ 光电三极管光谱特性的测量；
4. 实验原理
为了提高光电二极管的电流灵敏度，提高内增益，采用具有电流放大功能的晶体三极管制造出NPN或PNP型Si（或Ge等半导体）光电三极管。其原理结构及等效电路如图2.6-1所示。
图2.7-1 光电三极管原理结构图与电路符号
它是由两个PN结构成的半导体光电器件，在如图所示的偏置电压作用下，其集电结处于反向偏置，发射结处于正向偏置。因此，集电结构成的光电二极管因本证吸收所产生电子-空穴对中的空穴与处于正向偏置的发射结所发射的电子复合形成基极电流Ib，显然
Ib?Ip??q?hc ?e,λ （2.7-1）
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