實(shí)驗(yàn)四十發(fā)光二極管（光源）的照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（3000系列）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獍l(fā)光二極管的工作原理；作出工作電流與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系及工作電壓與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，為以后實(shí)驗(yàn)提供光源照度所需的輸入電壓或輸入電流（即光源的輸入電壓或光源的輸入電流代替相應(yīng)的光源的照度）作依據(jù)。二、基本原理：半導(dǎo)體發(fā)光二極管筒稱LED。它是由III—W族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般二極管的正向?qū)?；反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。其發(fā)光原理如圖40—1所示，當(dāng)加上正向激勵(lì)電壓或電流時(shí)，在外電場(chǎng)作用下，在P—N結(jié)附近產(chǎn)生卜價(jià)帀結(jié)區(qū)N區(qū)-P卜價(jià)帀結(jié)區(qū)N區(qū)-P區(qū)P丿6N基片圖40—1發(fā)光二極管的工作原理進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū),流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、價(jià)帶中間附近）捕獲再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，以熱能的形式輻射出來。發(fā)光的復(fù)量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)Mm以內(nèi)產(chǎn)生。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色由制作二極管的半導(dǎo)體化合物決定。本實(shí)驗(yàn)使用純白高亮發(fā)光二極管。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的0?20mA可調(diào)恒流源、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0?24V電源、電流表、電壓表、照度表；照度計(jì)探頭；發(fā)光二極管；庶光筒。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按圖40—2A配置接線，接線注意＋、—極性。

圖40—2A發(fā)光二極管工作電流與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)接線示意圖■:巴."1丁卞涓圖40—2A發(fā)光二極管工作電流與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)接線示意圖■:巴."1丁卞涓節(jié)01H1H2、檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)。3、調(diào)節(jié)主機(jī)箱中的恒流源電流大?。娏鞅砹砍?0mA檔）即發(fā)光二管的工作電流大小就可改變光源的光照度值。拔去發(fā)光二極管的其中一根連線頭，則光照度為0（如果恒流源的起始電流不為0，要得到0照度只要斷開光源的一根線）。按表40進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)恒流源），得到照度—電流對(duì)應(yīng)值。4、關(guān)閉主機(jī)箱電源，再按圖40—2B配置接線，接線注意+、一極性。5、合上主機(jī)箱電源，調(diào)節(jié)主機(jī)箱中的0?24V可調(diào)電壓（電壓表量程20V檔）就可改變光源（發(fā)光二極管）的光照度值。按表40進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)電壓源），得到照度—電壓對(duì)應(yīng)值。6、根據(jù)表40數(shù)據(jù)作出發(fā)光二極管的電流－照度、電壓－照度特性曲線（圖40—3）。卑評(píng):1：v◎:叮廿■：-1：.\卑評(píng):1：v◎:叮廿■：-1：.\丄￡可圖40—2B發(fā)光二極管工作電壓與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)接線示意圖HaBBllBHaallHaaa表40發(fā)光二極管的電流、電壓與照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系照度（Lx）01020???90100110???190200210???290300電流（mA）0?????????電壓（V）0?????????注：由于發(fā)光二極管（光源）離散性較大，每個(gè)發(fā)光二極管的電流－照度對(duì)應(yīng)值及電壓－照度對(duì)應(yīng)值是不同的。實(shí)驗(yàn)者必須保存表40的標(biāo)定值，為以后做光電實(shí)驗(yàn)服務(wù)。如以后做實(shí)驗(yàn)提到光照度值只要調(diào)節(jié)恒流源相應(yīng)電流值或電壓源相應(yīng)電壓值，省去煩瑣的每次光源照度測(cè)量。實(shí)驗(yàn)者只能在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)（對(duì)應(yīng)表40的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)）完成以后的光電實(shí)驗(yàn)。電流I（mA）電壓U（V）照度（Lx）照度（Lx）圖40—3發(fā)光二極管的電流－照度、電壓－照度特性曲線實(shí)驗(yàn)四十一光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)（3000系列）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饷綦娮璧墓庹仗匦院头蔡匦?。二、基本原理：在光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，器件自身的電阻愈小?；谶@種效應(yīng)的光電器件稱光敏電阻。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光光強(qiáng)、波長(zhǎng)和外加電壓有關(guān)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖41—1。光敏電阻圖41—1光敏電阻實(shí)驗(yàn)原理圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0?24V電源、±2V?土10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電流表、電壓表；光電器件實(shí)驗(yàn)（一）模板、光敏電阻、發(fā)光二極管、庶光筒。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、亮電阻和暗電阻測(cè)量（1）按圖4—2安裝接線（注意插孔顏色對(duì)應(yīng)相連）。打開主機(jī)箱電源，將±2V?±10V的可調(diào)電源開關(guān)打到10V檔，再緩慢調(diào)節(jié)0?24V可調(diào)電源，使發(fā)光二極管二端電壓為光照度100Lx時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓（實(shí)驗(yàn)四十的標(biāo)定值）值。（2）10秒鐘左右讀取電流表（可選擇電流表合適的檔位20mA檔）的值為亮電流I亮bb觀箱圖41—2光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)接線圖（3）將0?24V可調(diào)電源的調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針方旋到底后10秒鐘左右讀取電流表（20mA檔）的值為暗電流I暗。（4）根據(jù)以下公式，計(jì)算亮阻和暗阻（照度lOOLx）：R=U/I；R=U/IR亮u測(cè)/丄亮；R暗u測(cè)/丄暗2、光照特性測(cè)量光敏電阻的二端電壓為定值時(shí)，光敏電阻的光電流隨光照強(qiáng)度的變化而變化，它們之間的關(guān)系是非線性的。調(diào)節(jié)圖41—2中的0?24V電壓為表41—1光照度（Lx）所對(duì)應(yīng)的電壓值（根據(jù)實(shí)驗(yàn)四十標(biāo)定的光照度對(duì)應(yīng)的電壓值），測(cè)得數(shù)據(jù)填入表41—1，并作出圖41－3光電流與光照度I—Lx曲線圖。表41—1光照特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)光照度（Lx）0102030405060708090100光電流（mA）光電流I（mA）光照度（Lx）圖41—3光敏電阻光照特性實(shí)驗(yàn)曲線3、伏安特性測(cè)量光敏電阻在一定的光照強(qiáng)度下，光電流隨外加電壓的變化而變化，測(cè)量時(shí)，在給定光照度（如lOOLx）時(shí)，光敏電阻輸入OV、2V?10V五檔可調(diào)電壓（調(diào)節(jié)圖41—2中的±2V?土10V的電壓），測(cè)得光敏電阻上的電流值填入表41—2,并在同一坐標(biāo)圖41—4中作出不同照度的三條伏安特性曲線。表41—2光敏電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)光敏電阻電壓（V）0246810照度Lx10Lx電流（mA）50Lx電流（mA）100Lx電流（mA）光電流I（mA）Vcc圖41—4光敏電阻伏安特性曲線4、思考題：為什么測(cè)光敏電阻亮阻和暗阻要經(jīng)過10秒鐘后讀數(shù)，這是光敏電阻的缺點(diǎn)，只能應(yīng)用于什么狀態(tài)？實(shí)驗(yàn)四十四硅光電池特性實(shí)驗(yàn)（3000系列）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤怆姵氐墓庹?、光譜特性，熟悉其應(yīng)用。二、基本原理：光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的，不需加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能的p-n結(jié)的光電器件。當(dāng)光照射到光電池P-N結(jié)上時(shí)，便在P-N結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象叫“光生伏特效應(yīng)”，將光能轉(zhuǎn)化為電能。該效應(yīng)與材料、光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)等有關(guān)。三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的0?20mA可調(diào)恒流源、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0?24V電源、電流表、電壓表；庶光筒、發(fā)光二極管；硅光電池、光電器件實(shí)驗(yàn)（一）模板、。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、光照特性（開路電壓、短路電流）⑴、光電池在不同的照度下，產(chǎn)生不同的光電流和光生電動(dòng)勢(shì)。它們之間的關(guān)系就是光照特性。實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了得到光電池的開路電壓Voc和短路電流Is不要同時(shí)（同步）接入電壓表和電流表，要錯(cuò)時(shí)（異步）接入電路來測(cè)量數(shù)據(jù)。a、光電池的開路電壓（Voc）實(shí)驗(yàn):按圖44—1安裝接線（注意接線孔的顏色相對(duì)應(yīng)即+、-極性相對(duì)應(yīng)），發(fā)光二極管的輸入電流根據(jù)實(shí)驗(yàn)四十光照度對(duì)應(yīng)的（如下表44—1的照度值）電流值，讀取電壓表Voc的測(cè)量值填入表44—1中。表44—1光電池的開路電壓（Voc）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)照度（Lx）01090100Voc(mV)光報(bào)亠件醤人?二匸機(jī)箱卜2應(yīng)?生光電器件實(shí)驗(yàn)〔0V.2C直B4Q-SF可侗工，七電ft:.光報(bào)亠件醤人?二匸機(jī)箱卜2應(yīng)?生光電器件實(shí)驗(yàn)〔0V.2C直B4Q-SF可侗工，七電ft:.T.-■j.二:工洋違土紋述爲(wèi)T.-0-鄧電；.<2d二歸上上圖44—1光電池的開路電壓（Voc）實(shí)驗(yàn)接線圖b、光電池的短路電流（Is）實(shí)驗(yàn)：按圖44—2安裝接線（注意接線孔的顏色相對(duì)應(yīng)即+、-極性相對(duì)應(yīng)），發(fā)光二極管的輸入電壓根據(jù)實(shí)驗(yàn)四十光照度對(duì)應(yīng)的（如下表44—2的照度值）電壓值，讀取電流表Is的測(cè)量值填入表44—2中。表44—2光電池的短路電流（Is）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)照度（Lx）0109010