【文章內(nèi)容簡介】 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(jié)內(nèi)電場作用下定向運動， 8 分別在兩個方向上渡越 PN 結(jié)，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(yīng)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(zhuǎn)換成了電信號。 光電二 極管的基本特性 （ 1）暗電流 光電二 極管在一定偏壓 ，當(dāng)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 極管的暗電流。 （ 2）光電流 光電二 極管在一定偏壓，當(dāng)有光電照的情況下，所測得的電流值即為光電二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(dāng)入射光的強度發(fā)生變化，通過光電二 極管的電流隨之變化，即為光電二 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(nèi)，光電流與入照光功率均具有很好的線性關(guān)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(guān)系。 圖 2 光電二極管的光照特性 （ 4）伏安特性 在一定光照條件下，光電二極管的輸出光電流與偏壓的關(guān)系稱為伏安特性。光電二極管的伏安特性的數(shù)學(xué)表達式如下 ： I=I0[1－ exp (qV/kT)]＋ IL 其中 I0 是無光照的反向飽和電流， V 是二極管的端電壓（正向電壓為正，反向電壓為負）， q 為電子電荷， k 為波耳茲常數(shù)， T 為 PN 結(jié)的溫度，單位為 K， IL為無偏壓狀態(tài) 下光照時的短路電流，它與光照時的光功率成正比。 (光電二極管的伏安特性如下圖所示 ) 9 4123Ic(mA) 8 1 2Ee=20000lx1 0 0 0 0 l x5 0 0 0 l x2 0 0 0 l x1 0 0 0 l xV ( V ) 圖 3 光電二 極管的伏安特性曲線 （ 5） 時間 響應(yīng)特性 光敏晶體管受調(diào)制光照射時，相對靈敏度與調(diào)制頻率的關(guān)系稱為頻率特性。減少負載電阻能提高響應(yīng)頻率，但輸出降低。 實驗證明，光電器件的信號的產(chǎn)生和消失不能隨著光強改變而立刻變化，會有一定的惰性，這種惰性通常用時間常數(shù)表示。即當(dāng)入射輻射到光電探測器后或入射輻射遮斷后，光電探測器的輸出升到穩(wěn)定值或下降到 照射前的值所需時間稱為響應(yīng)時間。為衡量其長短，常用時間常數(shù)τ的大小來表示。當(dāng)用一個輻射脈沖光電探測器，如果這個脈沖的上升和下降時間很短，如方波，則光電探測器的輸出由于器件的惰性而有延遲，把從 10%上升到 90%峰值處所需的時間稱為探測器的上升時間，而把從 90%下降到 10%所需的時間稱為下降時間。 （ 6）光譜特性 一般光電二極管的光譜響應(yīng)特性表示在入射光能量保持一定的條件下，光電二 極管在一定偏壓下所產(chǎn)生 光電流與入射光波長之間的關(guān)系。一般用相對響應(yīng)表示，實驗中光電二 極 管 的響應(yīng)范圍為 400~1100nm，峰值波長 為 800~900nm，由于實驗儀器所提供的波長范圍為 400~650nm，因此，實驗所測出的光譜響應(yīng)曲線呈上升趨勢。 五、注意事項 當(dāng)電壓表和電流表顯示為“ 1＿”是說明超過量程，應(yīng)更換為合適量程； 連線之前保證電源關(guān)閉。 實驗過程中，請勿同時撥開兩種或兩種以上的光源開關(guān)，這樣會造成實驗所測試的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。 光電二極管偏壓不要接反。 10 六、實驗步驟 下面的實驗內(nèi)容為光電二極管的實驗內(nèi)容，實驗之前請拆卸結(jié)構(gòu)件，將光電二極管結(jié)構(gòu)件裝入對應(yīng)光器件插座中。 光電二極管暗電流測試 實驗 裝置原理框圖如圖 4 所示，但是在實際操作過程中，光電二極管的暗電流非常小，只有 nA 數(shù)量級。這樣，實驗操作過程中，對電流表的要求較高，本實驗中，采用電路中串聯(lián)大電阻的方法，將圖 4中的 RL 改為 1M，再利用歐姆定律計算出支路中的電流即為所測器件的暗電流，如圖 4 所示。 RLVI /?暗 圖 4 （ 1）組裝好光通路組件，將照度計顯示表頭與光通路組件照度計探頭輸出正負極對應(yīng)相連（紅為正極，黑為負極），將光源調(diào)制單元 J4 與光通路組件光源接口使用彩排數(shù)據(jù)線相連。 （ 2）“光源驅(qū)動單元”的三擲開 關(guān) BM2 撥到“靜態(tài)特性”，將撥位開關(guān) S1， S2，S3， S4， S5， S6， S7 均撥下。 （ 3）“光照度調(diào)節(jié)”調(diào)到最小，連接好光照度計，直流電源調(diào)至最小，打開照度計，此時照度計的讀數(shù)應(yīng)為 0。 （ 4）將電壓表直接與電源兩端相連 （ 5）按圖 4 所示的電路連接電路圖，負載 RL選擇 RL=1M。 （ 6）打開電源開關(guān)， 調(diào)節(jié)電源電壓，并將電流表與電壓表讀數(shù)記入下表。 (注 :在測試暗電流時 ,應(yīng)先將光電器件置于黑暗環(huán)境中 30 分鐘以上 ,否則測試過程中電壓表需一段時間后才可穩(wěn)定 ) （ 7）實驗完畢，直流電源調(diào)至最小 ,關(guān)閉電源，拆除所有連線。 電源電壓（ V） 暗電流（ mA） 11 光電二極管光電流測試 實驗裝置原理圖如圖 5所示。 圖 5 （ 1）組裝好光通路組件，將照度計顯示表頭與光通路組件照度計探頭輸出正負極對應(yīng)相連（紅為正極，黑為負極），將光源調(diào)制單元 J4 與光通路組件光源接口使用彩排數(shù)據(jù)線相連。 （ 2）“光源驅(qū)動單元”的三擲開關(guān) BM2 撥到“靜態(tài)特性”，將撥位開關(guān) S1 撥上，S2， S3， S4， S5， S6， S7 均撥下。 （ 3）按圖 5 連接電路圖， RL取 RL4=1K 歐。 （ 4）打開電源 ,緩慢調(diào)節(jié)光照度調(diào)節(jié)電位器，直到光照為 300lx（約為環(huán)境光照），緩慢調(diào)節(jié)直流調(diào)節(jié)電位器到電壓表顯示為 6V，請出此時電流表的讀數(shù)，即為光電二極管在偏壓 6V，光照 300lx 時的光電流。 （ 5）實驗完畢，將光照度調(diào)至最小，直流電源調(diào)至最小，關(guān)閉電源，拆除所有連線。 光電二極管光照特性 實驗裝置原理框圖如圖 5所示。 （ 1）組裝好光通路組件，將照度計顯示表頭與光通路組件照度計探頭輸出正負極對應(yīng)相連（紅為正極，黑為負極），將光源調(diào)制單元 J4 與光通路組件光源接口使用彩排數(shù)據(jù)線相連 。 （ 2）“光源驅(qū)動單元”的三擲開關(guān) BM2 撥到“靜態(tài)”，將撥位開關(guān) S1撥上， S2，S3， S4， S5， S6， S7 均撥下。 （ 3）按圖 5 所示的電路連接電路圖，負載 RL選擇 RL4=1K 歐。 （ 4）將“光照度調(diào)節(jié)”旋鈕