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
处于反向偏置的集电结收集基极电流Ib并放大β倍。即 Ic???q?hc ?e,λ （2.7-2）
显然，它是光电二极管灵敏度的β倍。即它与光电二极管相比增益提高β倍。
光电三极管光电灵敏度的提高带来了光电特性的变化，它的光电灵敏度的线性、伏安特性与时间响应特性都与光电二极管有所差异。这些在“光电技术”、“光电图像传感器应用技术”等教材中都有详细的论述。通过实验可以进一步认识这些问题，以便在实际应用中能够正确选择适当型号的器件，更为合理地应用光电三极管进行相关设计 。
5. 实验步骤
（1）光电三极管实验常识
先从光电综合实验平台备件箱中取出光电二极管与光电三极管，注意观察它们之间的共同点与差异，注意观察图2.7-2所示的光电二极管与光电三极管在一起的照片，从照片上怎样分辨是光电二极管还是光电三极管呢？分辨的方法是看其内部光敏区的面积，光电三极管的光敏面积小于光电二极管的光敏面积。因此顶端发黑色的是光电二极管（左侧），而另一只是光电三极 管（右侧）。
（2）光电三极管伏安特性
图2.7-2 光电二极管与光电三极管外形图
① 常规测量方法
光电三极管在不同照度下的伏安特性就像一般晶体三极管在不同的基极电流作用下的输出特性一样，光电三极管可以将光信号变换成电信号。
如图2.7-1所示为光电三极管的原理结构图，图2.6-1（a）所示为原理电路图。按图2.7-1（a）所示电路将光电三极管实验装置接入如图2.7-3所示的测量电路，接入方法与步骤与光电二极管实验相同，这里不再赘述。
图2.7-3 光电三极管参数测量电路
将实验平台上的数字电压表跨接到光电三极管的两端（发射极接电压表的负极），电流表串联入测量电路中（注意电表的极性应如图2.7-3所示），再用两棵带插头的引线将负载电阻也串联入测量电路。电源电压可以选择+12V，也可以选择+5V（实验平台均能提供）。通过插线很容易构成测量电路。测量用的光源可以选用光电实验平台提供的LED照明光源，它能够通过改变电流实现不改变光源光谱成分情况下改变光电三极管光敏面上的照度。（可以事先用平台上的照度计事先标定好所用光源装置的电流与照度间的对应关系，然后再通过测量电流得知光源的照度）以便获得已知照度的光源进行伏安特性的测量。
在一定照度的光源作用下慢慢调节如图2.7-3所示的电源电压Ubb（可以自行用平台提供的电子元器件构成可调电源），使之1～9V变化，或按表2.7-1～表2.7-4给出电源电压值变化，测量光电三极管的输出电流IL和光电三极管两端的电压U。填入表2.7-1～表2.7-4。
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表2.7—1 在100Lx照度下
U (V) IL (mA) U (V) IL (mA) U (V) IL (mA) 1.0 1.0 1.0 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 2.0 2.5 2.5 2.5 表2.7—4 在1500Lx照度下
U (V) IL (mA) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 3.5 3.5 3.5 4.0 4.0 4.0 4.5 4.5 4.5 5.0 5.0 5.0 5.5 5.5 5.5 表2.7—2 在500Lx照度下 表2.7—3 在1000Lx照度下 根据表2.7-1～表2.7-4的数据画出光电三极管在一定照度下的伏安特性曲线如图2.7-4所示。
IL
UL
图2.7-4光电三极管伏安特性实验曲线
② 仪器扫描自动测量方法
仪器扫描自动测量法是通过仪器内部提供的扫描电路为光电三极管供给阶梯波光照和锯齿波偏置电压实现在一个阶梯光照下电源做线性变化，从而获得光电三极管的伏安特性曲线。
自动测量法的操作过程与实验步骤如实验2.4“光电二极管伏安特性曲线的测量方法”相似，这里不再赘述。
（3）光电三极管光照特性的测量
光电三极管的光照特性主要表现在它的暗电流特性与亮电流特性方面，通常采用如下方法进行测量。仍采用如图2.7-3所示的测量电路，先设定加在光电三极管上的偏置电压UD（或电源电压Ubb），然后改变入射到光电三极管上的光照度，测出对应不同照度下流过负载电阻RL的电流IL，将IL填入表2.7-5；改变偏置电压，在重复上述过程，可以获得与表2.7-5类似的测量值，再根据这些测量值绘出如图2.7-5所示的光照特性曲线。
显然，照度为0时输出的电流为暗电流。
照度Lx I（mA） 0 10 表2.7-5光电三极管的光照特性 30 20 40 50 60 70 80
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IL/mA
EV/lx 图2.7-5光电三极管光照特性实验曲线
（4）光电三极管的时间响应
光电三极管的时间响应测量电路如图2.7-6所示，光电三极管时间响应测量系统的光源由发光二极管提供。由于发光二极管的时间响应远远小于光电三极管，因此，对于光电三极管来说发光二极管在方波脉冲电流作用下发出的光可以近似为方波辐射。光电三极管在方波辐射作用下的响应标志着光电三极管的时间响应特性。因此，用图2.7-6所示的时间响应测量电路中光电三极管集电极输出信号Uo的波形能够测量出它的时间响应特性。
输出信号Uo的波形存在着上升时间tr 和下降时间tf，它们都滞后于输入脉冲的两个边沿。因此，通过同步测量输入与输出脉冲的波形可以测量光电三极管的时间响应。测量时，将输入给发光二极管的方波脉冲接到实验平台输入端口CH1端上，既用它作数据采集的同步控制又要将其波形显示出来，输出信号Uo接到实验平台的另一个输入端CH3上，作为被测信号。接好后，合上实验平台电源和计算机的电源，执行“光电综合实验平台软件”，再弹主菜单，在主菜单上选择适当的工作频率，如选择500KHz，执行“示波器”功能键，在示波器界面上点击“开始”，则界面出现如图2.7-7所示两示波器探头所测得的信号波形。其中下部方波为光源的驱
动波形，上部为光电器件的输出波形。显然输出波形因器件的惯性而产生延迟，用鼠标右键可以测出波形任意点处的幅值与位置值（纵、横坐标值）；如图2.7-7中选择上升到幅值的10%的时间起点，如图2.7-8中选择上升到幅值的90%的时间终点，由图2.7-7及图2.7-8可以方便地测量出电路的上升时间与下降时间。
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图2.7-7 光电三极管变换电路的时间相应的测量
图2.7-6 时间响应测量电路
从图2.7-7与2.7-8中可以看出，输出电压波形延迟于输入脉冲的波形，表明光电三极管的反向偏置电路存在着时间延迟现象，利用软件提供的测量工具，可以找到它的上升时间tr 和下降时间tf值。
实验过程中应该具体计算出光电三极管的两种变换电路在不同工作频率下的上升时间与下降时间，通过实验，掌握时间响应的测量方法。
实验结束
图2.7-8 光电三极管变换电路上升到位波形图
后，将光电三极管的时间响应特性曲线用计算机抓图的方法存入计算机，并填入实验报告。
6. 讨论：
1、你能否利用光电综合实验平台提供的软、硬件资源设计用“数据采集”方法画出光电三极管在不颜色LED作用下的伏安特性曲线？
2、光电三极管、光电二极管的伏安特性曲线有何相同与不同之处？为什么？
3、光电三极管时间响应特性下降的原因是什么？加大负载电阻的阻值会使时间响应变好还是变坏？
4、你在光电三极管时间响应特性测试实验中用过测量时间的“测试线”吗？感觉如何？你能在此基础上设计出能够同时显示两条测试线的软件吗？
7. 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，则要重新作上述实验；若合理，可以关机；
2、先将计算机关掉后再关掉实验平台的电源，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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