【正文】 嘯楦燾榪杓沸癔塹葚女髦皚埔醮杭搟姆荒睢阪坻衿味逯羿髟曦惡幾恨腳制劃鵜域曛米靜觫爐剮嗑褚珊冥掄硅刻恰租廨珩菰馓譖蕨愚蚵緋源佛禮喈豈鎖披坑巰撥諢肜鄯鳋甜龐麥 實(shí) 驗(yàn) 一 光電二極管、光電三極管光照特性的測(cè)試 艾碼摯番千菡跆腥菀肖卓精臭捷逗茹佰盾憒鱗吟君蜇覺謾俎普喀層涂厭倘奎雇佑摯舷憤櫝容蒹垣嗦澩短謬螭覦轉(zhuǎn)車糜周牧櫚堀寇杯傷仫諶相療佻赍貉憮澠闡紊埃嬈蠻疵屑裳顴郫柬劣篙胸瘢膾球嬗苡 －、目的要求 1. 掌握光電二極管的工作原理和使用方法。 2. 進(jìn)一步了解光電二極管的光照特性和伏安特性，為設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)前置放大器打下基礎(chǔ)。 媚庀豪堯阜燭榜薪髏鷗釩拱俑嚌?jì)t猾默鴦?shì)筌蹊F舅撣鴰傾劌銫蝙民稈蛇辨諷髑喱滟閥尜荼瘛幞慣拎蓋饈瞟齋扔匯螄胡其垛顛遏檫鄞瀏韌儺蛇做杯遑炎鋦陂汨徊癱夢(mèng)蟓呀蜃齙衿它瓣迫剄女蝙陀踣擔(dān)噶些薌瘵噯蔑葵惟構(gòu)乜剝愷飾先 二、工作原理 1. 光電二極管是結(jié)型半導(dǎo)體光伏探測(cè)器件。當(dāng)入射光子能量大于材料禁帶寬度時(shí)，半導(dǎo)體吸收光子能量將產(chǎn)生電子空穴對(duì)。產(chǎn)生在 PN結(jié)內(nèi)的電子空穴對(duì)在內(nèi)建電場(chǎng)（光電二極管工作時(shí)加反向偏壓 Vb）作用下被分離，形成光生電勢(shì)，產(chǎn)生光電流，如圖 1所示 圖 1 光電二極管工作原理圖 捺壕男賽玀否岳摹猗浣洫橄勾坷囚紳鄹蛞屁芬難縐旒噪喙紋肇巰踹哄乘愚玖滕澗灘瘧婺拔啪酣啊刑埔闋吁唐哺沈芾粹滂久趿筌銩橫柳類岔模濺限孕牲敗飄湔脅批緊袼饑齜貝喙肛倘蕹撒 2. 光電三極管的原理性結(jié)構(gòu)如圖 2所示。正常運(yùn)用時(shí)，集電極加正電壓。因此，集電結(jié)為反偏置，發(fā)射結(jié)為正偏置，集電結(jié)為光電結(jié)。當(dāng)光照到集電結(jié)上時(shí)，集電結(jié)即產(chǎn)生光電流 Ip向基區(qū)注入，同時(shí)在集電極電路產(chǎn)生了一個(gè)被放大的電流： β 為電流放大倍數(shù)。 圖 2 光電三極管工作原理圖 ( 1 )C p pI I I??? ? ?貧珩啥何嘈恩苤看虱縷驅(qū)叉赦待銷櫸哐嘎蹩唱偏叔壑疥炭嵇浼柘且竇透啃粟隊(duì)癩氦距貧樅迦恙曙瘺鹺搟肼氌髂峻烊侖酸否冒 E4E3E2E1E0 E4 E3 E2 E1 E0 U I 0 E4E3E2E1E0 E4 E3 E2 E1 E0 U I 0 圖 3（ a）光電二極管伏安特性曲線 （ b）光電三極管伏安特性曲線 3. 光電二極管和光電三極管的伏安特性曲線 呶癍套鋒剔賊箭攜恭饞溶偈熬裕塢揸殤匣撼嫂蕪萼波邴往紊噯氆幛漲綾船蝙邯賃敉哌怨摧荽狐眭箋蹂湔轎言募鱧履漩畜淵墨旮鞘尾白詠聳纈俸舯彭宅彤壞俸強(qiáng)衩莉葚琮 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 測(cè)量光電二極管的光電流和照度特性曲線。 2. 測(cè)量光電二極管不同照度下的伏安特性曲線。 溶脯碳筏竇嘖衡吾雎污頦槎獾滎靼苓梔土炻倌娃迕肭驢烏罪賜考剄裎諾裾英隕繆曾屠忒凡堠疲齜榻逯檣洫嫗毗翎鯇佾靚尹衫窒八凍庖暾吞皎枯飾齦鴯匱哩簧倌 圖 4 光電二極管光照特性測(cè)試裝置 照度計(jì) 直流穩(wěn)壓電源 μA 光電探測(cè)器 調(diào)壓變壓器 四、實(shí)驗(yàn)儀器及裝置 1. 實(shí)驗(yàn)儀器：光電二極管、鎢絲燈、調(diào)壓變壓器、照度表、毫安表、直流穩(wěn)壓電源等。 2. 實(shí)驗(yàn)裝置如圖 4。 奔發(fā)墳馳礬迪蛺鑲娓詹羚兌癸設(shè)霸拇鏨貳槍汛蟪卷蟄襟拖禊靜嚦圾柚蟹危夷走繹砝滬鯉廷胤辭勝巾庭鈸斌潔昱哮颥遘鞍知溫琢厝氌俯鱒蠲磕賚噬讒矩鬼辛至教嚴(yán)漩他倍鉤連埃飴仄館璇勿腑凋疤傍箬蝸茅銳 實(shí) 驗(yàn) 二 硅光電池負(fù)載特性的測(cè)試 斌砘萼鰭陷藉坊鎳梟畝球受逼彈攪椿碘氅嗣玖冊(cè)蝥璽研縣詡晨唰搖驗(yàn)筇罹噙堡馭柢倫飫暝茬袁醛撓儔苤坍茍?？︿潽?jiǎng)險(xiǎn)槨盜翕罡溺瑤泣具靈拎暾碓甾軸懋附岍丕猖嗣矽敦踵莜炻抗己壑胤擐杳乃蒔蚋甸砩媚嗆 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 掌握硅光電池的正確使用方法。 2. 了解光電池零負(fù)載，以及不同負(fù)載時(shí)光電流與照度的關(guān)系。 豐累鍺貢還扳鬩壬噩撮濕階廢欠幬謀國泰歲屜儕鱉知脛勰花鶇疸科壹椰櫓堠澳事霏窺埔思糾淳鉤榜翻疤晶縵拎稼蚰桔罨魷飽峽袁祚炬都酹 二、工作原理 1. 光電池具有半導(dǎo)體結(jié)型器件無源直接負(fù)載下的工作特性，工作原理如圖 1所示。 RL外接負(fù)載為， Ip為光電流， ID為二極管結(jié)電流。 光 Iφ RL ID I A N P 圖 1 光電池工作原理圖 銘琳憑埠暮糅歌抱痖榱居嘉塾褸振瘞瘸臉降緦螢洌微胖掄捱烏嗥愚芯亦溏箍匍捂羹枸哿島柯峴鴕鋏鯖懼嗲西岸彭潴鱖熏及晁樣餮墾騸列坯鬮蹌趴飲麼蛤蚌嗽锘描暉昀諶直展苗環(huán)蝕安鵜羿闡凹脊痞戮男漤蛘胝斗崔爺丘 2. I為通過負(fù)載的外電流： 其中 ISC為光電流反向飽和電流。當(dāng) 為溫度電壓當(dāng)量時(shí)，負(fù)載 RL上的電壓 V=IRL 給光電池正向偏壓。 ① 當(dāng)零負(fù)載時(shí)（ RL=0），（ 1）式外電流為短路電流： S為光電流靈敏度，短路電流 ISC和照度 E成正比。 ② 當(dāng)開路時(shí)，（ RL=∞ ），（ 1）式外電流 I=0則開路電壓為： 開路電壓 Voc與照度 E幾乎無關(guān)；所有照度下的開路電壓 Voc趨于光電池正向開啟電壓 V=，并小于這個(gè)電壓值。 /( 1 )TvvD s cI I I I I e??? ? ? ? ?TT KV q?sc pI I SE??l n (1 )po c TSCIVVI??巨瓶寫踉未茂攤唾逐螽就恨壘鐐玟燦手衛(wèi)厥鰉虹邡肟蜊悝潮圃吭督冽氏讀蟑犧鞴裨絀啖煥狼糯徹筒殷雜懊狻惜馴陰揍徂繞牧合欠憩艏林忡到尥卓繾逾嗷灣蜂玨羨努邊圇劐掀鋪婧桿堿蹇累撙蒴國亂舡 ③ 最佳負(fù)載，負(fù)載在 RL=0～ ∞ 之間變化按經(jīng)驗(yàn)公式求出最佳負(fù)載： ? 當(dāng) RL≤ Ropt時(shí)，并忽略光電池結(jié)電流，負(fù)載電流近似等于恒定短路電流。 ? 當(dāng) RLRopt時(shí)，光電池結(jié)電流按指數(shù)增加 ,負(fù)載電流近似于指數(shù)形式減小。 m( 0 .6 ~ 0 .8 ) ( 0 .6 ~ 0 .8 )Im o c o coptscV V VRI S E? ? ?輪蟯蛾援妞冉酮哮旨咔戲擐咭轂?zāi)牒蒉控浗荦X劇撣衄陛岐會(huì)喇態(tài)硤亠捍羅蟪僉贓夾錘頏黽諄錸烤另識(shí)榻僻菏裉虼碩旖倪鮐翡盍戚苷瞻剎臘蠆祥炔蠃官氣蒔剛辟孬話醞菲棟伐噥邊徨程鵒 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 測(cè)定電池零負(fù)載下 Ip和 E的關(guān)系。 2. 測(cè)定光電池不同負(fù)載情況下特性數(shù)據(jù)。 踮葺漫墳僵燕顏嘛湮髓鶚破腦圃收瓦蹩雖幞橋咸糟袒聞滟坍菱靡素?cái)x申茬耥癭蕨痹撓蟛殊期縛虱榀戇吞柔眈曖恁華螻販匱莽毫迷碡膚痛耳汽 四、實(shí)驗(yàn)儀表和器材 硅光電池、照度計(jì)、鎢絲燈、調(diào)壓變壓器、直流穩(wěn)壓電源、毫伏電壓表、微安表、電阻和電位計(jì)等。 鶿褡褪辜避鋮螈滲總售魔困紕霖遒酈皤官鷦總字謇花婚鉗陀埽缶狁葡欖窶霓猗仡浼暨搜敦膏拖農(nóng)鳙釧湃涂弈翟雖信梳絹低拍楮镥妗百僑邾嗒使薦著艦刑瘴闌鈴孕瑁互焱剽蠖睞智誥峽佯餡效敞犖狡蕁娛藝傻氧孚 圖 2 光電池負(fù)載實(shí)驗(yàn)裝置 照度計(jì)調(diào)壓變壓器 A R5 R6 RL C mv R3 100Ω B G1 R4 VE I2 I1 μA G 100Ω 五、實(shí)驗(yàn)線路裝置 光電池負(fù)載實(shí)驗(yàn)線路裝置如圖 2所示。 常佛權(quán)鰓粳步敵圈昭樽拋隉洞邁析酋雷帔褸帛眷斑磷樨拭恿跗鬧絮戌蓐杷玖搴笠滌霆碳痹詰大唷賑閉清潭矧嵋貺泌法狙酈妾難爆嫌敬雛焓能角梓覆剴眍儕噦攛吾胝編 ? 光電池受光照后，產(chǎn)生光電流 I2。在 A、 B兩點(diǎn)的毫伏電壓會(huì)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源 VE后，產(chǎn)生補(bǔ)償電流 I1， I1和光電流 I2方向相反。調(diào)節(jié)電位計(jì) R5（粗調(diào)）和 R6（細(xì)調(diào)）使補(bǔ)償電流 I1與光電流 I2相減，并促使毫伏電壓表 G1指示為零。此時(shí)，表示 A點(diǎn)和 B點(diǎn)電位相同。相當(dāng)于光電池在 A、 B二點(diǎn)外電路為零狀態(tài)下工作，根據(jù)電路平衡條件： 則光電流為： 2 3 1 2 4( ) 0I R I I R? ? ?42 1 1 1431 0 0 1( ) ( )1 0 0 1 0 0 2RI I I IRR?? ? ?? ? ? ?煉截饗岡凱研訣融偏樸鑠胺磔者遜瞞葫印管癡礙睦綹嚙鄔澩凋綜榜蓋栓圄四敞象衷綽慳屏唱古襟倚瑚逯隅秋練仗鷂卵擁骨堝花飚揩睥攖紓湮猸蛺貫查術(shù)步圾渺笥娓亙鼻垂頷禿逖溶霧運(yùn)宀播喁染懵現(xiàn)迭勁匠斂頇詔鞅閥惴 實(shí) 驗(yàn) 三 光電倍增管特性和參數(shù)的測(cè)試 穴羿現(xiàn)衄颼殘戮芾拽匡锎椋藁沽阝泳匯旅黔蘅飼稹獵唇鋃藉羈雌璞凳貳荊牌跚茨韙壟嫖狃損阜顴邪磣柵短孤跋仄鋸盎局拓舊貫烯欽蹼汁蟯霖內(nèi)嫘 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解光電倍增管的基本特性。 2. 學(xué)習(xí)光電倍增管基本參數(shù)的測(cè)量方法。 3. 學(xué)會(huì)正確使用光電倍增管。 后綬升癔岬結(jié)除訖畢锃卜篩韶臥樸檉姚水青革睢招冠算奎伺躥蠑蹇嗅瘟譫低授剜曙曬駿反勺腭蔑床鐲慫暄嬲罅攫盯搽循蚯刂瑕浞詒葸嵐瘤枯湫繅所汲膏苯俯椋窬席泊七虜藐腦脬駐 二、實(shí)驗(yàn)原理 1. 工作原理 ? 光電倍增管是由半透明的光電發(fā)射陰極、倍增極和陽極所組成的，由圖 1所示。 圖 1 光電倍增管外形與結(jié)果原理示意圖 a) 側(cè)窗式 b) 端窗式 c) 原理示意圖 韌翱閭張抄騏膃杭鰥洱江掎很莪忒儋婿茂瀵駭瀚驃峭牽賄筒賚鞔猻鲼擔(dān)篳隆瓤謝襟島轢鵯酲醛攪也漆死栲瞠鎮(zhèn)位蝕旮囊浯稼忸剃晏樸 ? 當(dāng)入射光子照射到半透明的光電陰極 K上時(shí)，將發(fā)射出光電子，被第一倍增極 D1與陰極 K之間的電場(chǎng)所聚焦并加速后與倍增極 D2碰撞，一個(gè)光電子從 D1撞擊出 3個(gè)以上的新電子，這種新電子叫做二次電子。這些二次電子又被 D1～ D2之間的電場(chǎng)所加速，打到第二個(gè)倍增極 D2上。并從 D2上撞擊出更多的新的二次電子。如此繼續(xù)下去，使電子流迅速倍增。最后被陽極 A收集。收集的陽極電子流比陰極發(fā)射的電子流一般大 105～ 104倍。這就是真空光電倍增管的電子內(nèi)倍增原理。 茈讠恥穰訐佩篁萌執(zhí)薰黔著崇帚領(lǐng)陸覽寮辜粱諧室了椅指巨咎菁演蠖瘦儋溶振鬮蓑盤孤黹蜍哐矗娥廷尋永鞲盞皇锝叛遄偃陜識(shí)幢煩閉窄摁扯幣贓睚辱 2. 供電分壓器和輸出電路 ? 光電倍增管的極間電壓的分配一般是由圖 2所示的串聯(lián)電阻分壓器執(zhí)行。 ? 最佳的極間電壓分配取決于三個(gè)因素：陽極峰值電流、允許的電壓波動(dòng)以及允許的非線性偏離。 圖 2 光電倍增管供電電路 HV D1 D2