實驗四十發(fā)光二極管（光源）的照度標定實驗（3000系列）一、實驗?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應(yīng)關(guān)系及工作電壓與光照度的對應(yīng)關(guān)系曲線，為以后實驗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，當加上正向激勵電壓或電流時，在外電場作用下，在P—N結(jié)附近產(chǎn)生卜價帀結(jié)區(qū)N區(qū)-P卜價帀結(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入對方區(qū)域的少數(shù)載導(dǎo)帶電子和價帶空穴，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（這個中心介于導(dǎo)帶、價帶中間附近）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。本實驗使用純白高亮發(fā)光二極管。進入對方區(qū)域的少數(shù)載三、需用器件與單元：主機箱中的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；照度計探頭；發(fā)光二極管；庶光筒。四、實驗步驟：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應(yīng)關(guān)系實驗接線示意圖■:巴."1丁卞涓圖40—2A發(fā)光二極管工作電流與光照度的對應(yīng)關(guān)系實驗接線示意圖■:巴."1丁卞涓節(jié)01H1H2、檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)。3、調(diào)節(jié)主機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進行標定實驗（調(diào)節(jié)恒流源），得到照度—電流對應(yīng)值。4、關(guān)閉主機箱電源，再按圖40—2B配置接線，接線注意+、一極性。5、合上主機箱電源，調(diào)節(jié)主機箱中的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進行標定實驗（調(diào)節(jié)電壓源），得到照度—電壓對應(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:1：v◎:叮廿■：-1：.\卑評: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應(yīng)關(guān)系實驗接線示意圖HaBBllBHaallHaaa表40發(fā)光二極管的電流、電壓與照度的對應(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，每個發(fā)光二極管的電流－照度對應(yīng)值及電壓－照度對應(yīng)值是不同的。實驗者必須保存表40的標定值，為以后做光電實驗服務(wù)。如以后做實驗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量。實驗者只能在相應(yīng)的實驗臺（對應(yīng)表40的相應(yīng)實驗臺）完成以后的光電實驗。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－照度特性曲線實驗四十一光敏電阻特性實驗（3000系列）一、實驗?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，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、波長和外加電壓有關(guān)。實驗原理圖如圖41—1。光敏電阻圖41—1光敏電阻實驗原理圖三、需用器件與單元：主機箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0?24V電源、±2V?土10V步進可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電流表、電壓表；光電器件實驗（一）模板、光敏電阻、發(fā)光二極管、庶光筒。四、實驗步驟：1、亮電阻和暗電阻測量（1）按圖4—2安裝接線（注意插孔顏色對應(yīng)相連）。打開主機箱電源，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時對應(yīng)的電壓（實驗四十的標定值）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光敏電阻特性實驗接線圖（3）將0?24V可調(diào)電源的調(diào)節(jié)旋鈕逆時針方旋到底后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，計算亮阻和暗阻（照度lOOLx）：R=U/I；R=U/IR亮u測/丄亮；R暗u測/丄暗2、光照特性測量光敏電阻的二端電壓為定值時，光敏電阻的光電流隨光照強度的變化而變化，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）所對應(yīng)的電壓值（根據(jù)實驗四十標定的光照度對應(yīng)的電壓值），測得數(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光照特性實驗數(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驗曲線3、伏安特性測量光敏電阻在一定的光照強度下，光電流隨外加電壓的變化而變化，測量時，在給定光照度（如lOOLx）時，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），測得光敏電阻上的電流值填入表41—2,并在同一坐標圖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驗數(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，只能應(yīng)用于什么狀態(tài)？實驗四十四硅光電池特性實驗（3000系列）一、實驗?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。當光照射到光電池P-N結(jié)上時，便在P-N結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢。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、光的強度、波長等有關(guān)。三、需用器件與單元：主機箱中的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、光電器件實驗（一）模板、。四、實驗步驟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勢。它們之間的關(guān)系就是光照特性。實驗時，為了得到光電池的開路電壓Voc和短路電流Is不要同時（同步）接入電壓表和電流表，要錯時（異步）接入電路來測量數(shù)據(jù)。a、光電池的開路電壓（Voc）實驗:按圖44—1安裝接線（注意接線孔的顏色相對應(yīng)即+、-極性相對應(yīng)），發(fā)光二極管的輸入電流根據(jù)實驗四十光照度對應(yīng)的（如下表44—1的照度值）電流值，讀取電壓表Voc的測量值填入表44—1中。表44—1光電池的開路電壓（Voc）實驗數(shù)據(jù)照度（Lx）01090100Voc(mV)光報亠件醤人?二匸機箱卜2應(yīng)?生光電器件實驗〔0V.2C直B4Q-SF可侗工，七電ft:.光報亠件醤人?二匸機箱卜2應(yīng)?生光電器件實驗〔0V.2C直B4Q-SF可侗工，七電ft:.T.-■j.二:工洋違土紋述爲T.-0-鄧電；.<2d二歸上上圖44—1光電池的開路電壓（Voc）實驗接線圖b、光電池的短路電流（Is）實驗：按圖44—2安裝接線（注意接線孔的顏色相對應(yīng)即+、-極性相對應(yīng)），發(fā)光二極管的輸入電壓根據(jù)實驗四十光照度對應(yīng)的（如下表44—2的照度值）電壓值，讀取電流表Is的測量值填入表44—2中。表44—2光電池的短路電流（Is）實驗數(shù)據(jù)照度（Lx）0109010