實用標準文案光敏二極管特性測試實驗一、實驗目的1.學習光電器件的光電特性、伏安特性的測試方法；2.掌握光電器件的工作原理、適用范圍和應用基礎。二、實驗內容、光電二極管暗電流測試實驗、光電二極管光電流測試實驗、光電二極管伏安特性測試實驗、光電二極管光電特性測試實驗、光電二極管時間特性測試實驗、光電二極管光譜特性測試實驗、光電三極管光電流測試實驗、光電三極管伏安特性測試實驗、光電三極管光電特性測試實驗、光電三極管時間特性測試實驗、光電三極管光譜特性測試實驗三、實驗儀器1、光電二三極管綜合實驗儀1個2、光通路組件1套3、光照度計1個精彩文檔實用標準文案4、電源線1根5、2#迭插頭對（紅色，50cm）10根6、2#迭插頭對（黑色，50cm）10根7、三相電源線1根8、實驗指導書1本四、實驗原理、概述隨著光電子技術的發(fā)發(fā)展 ,光電檢測在靈敏度、光譜響應范圍及頻率我等技術方面要求越來越高，為此，近年來出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的光伏檢測器， 如硅鍺光電二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（ APD）等。光敏晶體管通常指光電二極管和光電三極管，通常又稱光敏二極管和三敏三極管。光敏二極管的種類很多，就材料來分，有鍺、硅制作的光敏二極管，也有 III－V族化合物及其他化合物制作的二極管。從結構我來分，有 PN結、PIN結、異質結、肖特基勢壘及點接觸型等。從對光的響應來分，有用于紫外光、紅外光等種類。不同種類的光敏二極管，具胡不同的光電特性和檢測性能。例如，鍺光敏二極管與硅光敏二極管相比，它在紅外光區(qū)域有很大的靈敏度，如圖所示。 這是由于鍺材料的禁帶寬度較硅小， 它的本征吸收限處于紅外區(qū)域， 因此在近紅外光區(qū)域應用；再一方面，鍺光敏二極管有較大的電流輸出， 但它比硅光敏二極管有較大的反向暗電流，因此，它的噪聲較大。又如， PIN型或雪崩型光敏二極管與擴散型PN結光敏二極管相比具有很短的時間響應。 因此，在使用光敏二極管進要了解其類型及性能是非常重要的。精彩文檔實用標準文案光敏二極管和光電池一樣，其基本結構也是一個 PN結。與光電池相比，它的突出特點是結面積小，因此它的頻率特性非常好。 光生電動勢與光電池相同， 但輸出電流普遍比光電池小，一般為數(shù)微安到數(shù)十微安。按材料分，光敏二極管有硅、砷化鉛光敏二極管等許多種，由于硅材料的暗電流溫度系數(shù)較小，工藝較成熟，因此在實驗際中使用最為廣泛。光敏三極管與光敏二極管的工作原理基本相同，工作原理都是基于內光電效應，和光敏電阻的差別僅在于光線照射在半導體 PN結上，PN結參與了光電轉換過程。、光電二三極管的工作原理光生伏特效應：光生伏特效應是一種內光電效應。 光生伏特效應是光照使不均勻半導體或均勻半導體中光生電子和空穴在空間分開而產生電位差的現(xiàn)象。 對于不均勻半導體，由于同質的半導體不同的摻雜形成的 PN結、不同質的半導體組成的異質結或金屬與半導體接觸形成的肖特基勢壘都存在內建電場， 當光照射這種半導體時，由于半導體對光的吸收而產生了光生電子和空穴， 它們在內建電場的作用下就會向相反的方向移動和聚集而產生電位差。 這種現(xiàn)象是最重要的一類光生伏特效應。均勻半導體體內沒有內建電場， 當光照射時，因眼光生載流子濃度梯度不同而引起載流子的擴散運動， 且電子和空穴的遷移率不相等， 使兩種載流子擴散速度的不同從而導致兩種電荷分開， 而出現(xiàn)光生電勢。這種現(xiàn)象稱為丹倍效應。此外，如果存在外加磁場，也可使得擴散中的兩種載流子向相反方向偏轉，從而產生光生電勢。通常把丹倍效應和光磁電效應成為體積光生伏特效應。 光電二極管和光電三極管即為光電伏特器件。光敏二極管的結構和普通二極管相似， 只是它的PN結裝在管殼頂部，光線通過精彩文檔實用標準文案透鏡制成的窗口，可以集中照射在 PN結上，圖2（a）是其結構示意圖。光敏二極管在電路中通常處于反向偏置狀態(tài)，如圖 2（b）所示。IcVNcEPeIΦN+-EU0RLμAa)b)圖2光敏二極管圖3光敏三極管a)結構示意圖和圖形符號b)基本電路a)結構示意圖b)基本電路我們知道，PN結加反向電壓時，反向電流的大小取決于P區(qū)和N區(qū)中少數(shù)載流子的濃度，無光照時P區(qū)中少數(shù)載流子(電子)和N區(qū)中的少數(shù)載流子(空穴)都很少，因此反向電流很小。但是當光照PN結時，只要光子能量h大于材料的禁帶寬度，就會在PN結及其附近產生光生電子—空穴對，從而使 P區(qū)和N區(qū)少數(shù)載流子濃度大大增加，它們在外加反向電壓和 PN結內電場作用下定向運動，分別在兩個方向上渡越 PN結，使反向電流明顯增大。如果入射光的照度變化，光生電子—空穴對的濃度將相應變動， 通過外電路的光電流強度也會隨之變動， 光敏二極管就把光信號轉換成了電信號。光敏三極管有兩個 PN結，因而可以獲得電流增益，它比光敏二極管具有更高的靈敏度。其結構如圖 3（a）所示。當光敏三極管按圖 3（b）所示的電路連接時，它的集電結反向偏置，發(fā)射結正向偏置，無光照時僅有很小的穿透電流流過，當光線通過透明窗口照射集電結時，和光敏二極管的情況相似，將使流過集電結的反向電流增大， 這就造成基區(qū)中正電荷的空穴的積累，發(fā)射區(qū)中的多數(shù)載流子 (電子)將大量注人基區(qū)，由于基區(qū)很薄，只有一小部分從發(fā)射區(qū)注入的電子與基區(qū)的空穴復合， 而大部分電子將穿過基區(qū)流向與電源正極相接的集電極， 形成集電極電流。這個過程與普通三極管的精彩文檔實用標準文案電流放大作用相似，它使集電極電流是原始光電流的 (l+β)倍。這樣集電極電流將隨入射光照度的改變而更加明顯地變化。在光敏二極管的基礎上，為了獲得內增益，就利用了晶體三極管的電流放大作用，用Ge或Si單晶體制造NPN或PNP型光敏三極管。其結構使用電路及等效電路如圖4所示。+光SiO2CBEECIΨβIΨPNEJRLBN＋(1+β)iVE-(a)光敏三級管結構(b)使用電路(c)等效電路圖4光敏三極管結構及等效電路光敏三極管可以等效一個光電二極管與另一個一般晶體管基極和集電極并聯(lián)：集電極-基極產生的電流，輸入到三極管的基極再放大。不同之處是，集電極電流（光電流）由集電結上產生的iφ控制。集電極起雙重作用：把光信號變成電信號起光電二極管作用；使光電流再放大起一般三極管的集電結作用。 一般光敏三極管只引出E、C兩個電極，體積小，光電特性是非線性的，廣泛應用于光電自動控制作光電開關應用。、光電二三極管的基本特性（1）暗電流光電二三極管在一定偏壓，當沒有光照的情況下，即黑暗環(huán)境中，所測得的電流值即為光電二、三極管的暗電流。（2）光電流精彩文檔實用標準文案光電二極管在一定偏壓，當有光電照的情況下， 所測得的電流值即為光電二、 三極管在某特定光照下的光電流。（3）光照特性光電二極管在一定偏壓下，當入射光的強度發(fā)生變化，通過光電二三極管的電流隨之變化，即為光電二、三極管的光照特性。反向偏壓工作狀態(tài)下，在外加電壓E和負載電阻RL的很大變化范圍內，光電流與入照光功率均具有很好的線性關系；在無偏壓工作狀態(tài)下，只有RL較小時光電流與入照光功率成正比， RL增大時光電流與光功率呈非線性關系。圖5光電二極管的光照特性（4）伏安特性在一定光照條件下，光電二、三極管的輸出光電流與偏壓的關系稱為伏安特性。光電二極管的伏安特性的數(shù)學表達式如