实验2-2光电二极管光电特性测试Word下载.docx
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若干
2、 连接导线
实验原理
1、光电二极管结构原理
光电二极管的核心部分也是一个PN结,和普通二极管相比有很多共同之处,它们都有一个PN结,因此均属于单向导电性的非线性元件。
但光电二极管作为一种光电器件,也有它特殊的地方。
例如,光电二极管管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照;
光电二极管PN结势垒区很薄,光生载流子的产生主要在 PN
结两边的扩散区,光电流主要来自扩散电流而不是漂移电流;
又如,为了获得尽可能大的光电流,PN结面积比普通二极管要大的多,而且通常都以扩散层作为受光面,因此,受光面上的电极做的很小。
为了提高光电转换能力, PN结的深
度较普通二极管浅。
图2-2.1为光电二极管外形图(a)、结构简图(b)、符号(c)和等效电路图(d)。
b
a
图
d
光电二极管在电路中一般是处于反向工作状态(见图2-2.2,图中E为反向偏置电压),在没有光照射时,反向电阻很大,反向电流很 「
小(一般小于0.1微安),这个反向电流称为暗电流,当光 '
照射在PN结上,光子打在PN结附近,使PN结附近产生光生电子和光生空穴对,称为光生载流子。
它们在PN结处的 ,,
内电场作用下作定向运动,形成光电流。
光的照度越大,光电流越大。
如果在外电路上接上负载,负载上就获得了
电信号。
因此光电二极管在不受光照射时处于截止状态, 受光照射时处于导通状
态
随着光电子技术的发展,光信号在探测灵敏度、光谱响应范围及频率特性等方面的要求越来越高,为此,近年来出现了许多性能优良的光伏探测器,如硅、锗光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管(APD等。
光电二极管目前多采用硅或锗制成,但锗器件暗电流温度系数远大于硅器件,工艺也不如硅器件成熟,虽然它的响应波长大于硅器件,但实际应用尚不及后者广泛。
下面着重介绍硅光电二极管的结构及工作原理。
普通PN结硅光电二极管存在表面漏电流,为了减小表面漏电流,在器件的
SiO2表面保护层中间扩散一个环行PN结,给环行结称为环极。
在有环极的硅光电二极管中,通常有三根引出线:
环极、前极和后极。
通常环极接电源正极,后极接电源负极,前极通过负载接电源正极,如图 2-2.3。
由
于环极电位高于前极在环极形成阻挡层阻止表面漏电流流过,可使得负载的漏电流很小(小于0.05卩A)。
若不使用环极也可将其断开做为空脚。
采用凸透镜有聚
因此能够减小杂
硅光电二极管的封装可采用平面镜和聚焦透镜作入射窗口光作用,有利于提高灵敏度。
由于聚焦位置与入射光方向有关,散背景光的干扰,但也引起灵敏度随入射光方向而变化。
所以在实际使用中入射光的对准是值得注意的问题。
采用平面镜作窗口,虽然没有对准问题但要受到背景杂散光的干扰,在具体使用时,视系统的要求而定。
2、光电二极管的基本光照特性
光电二极管在一定偏压下,当入射光的强度发生变化,通过光电二极管的电流随之变化,并且光电流和照度成线性关系。
当没有光照射时,测得的电流为暗电流。
实验步骤
实验装置原理框图如图2-2.4所示
图£
4
M.
1、 负载RL选择RL1=2.4K,将面板上“光电二极管偏置电压输入+”端与电流表“+”端用导线连接,电流表“一”端与RL1任一端连接,RL1另一端与
“光电二极管偏置电压输入一”端相连,此时光电二极管偏压为零。
2、 电流表档位调节至20卩A档,将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。
打开电源开关,顺时针调节该旋钮,增大光照度值,分别记下不同照度下对应的光生电流值,填入表221。
若电流表或照度计显示为“1_”时说明超出量程,应改为合适的量程再测试。
表2.2.1
光照度(Lx)
50
100
150
200
300
光生电流
(卩A)
3、 将“光照度调节”旋钮逆时针调节到最小值位置后关闭电源。
4、 作出零偏压下光电二极管的光照度一电流曲线。
5、 将电压表调到20V档,“幅度调节”旋钮逆时针调至最小值位置。
将“直流电源0-12V”端与电压表“+”端用导线连接,将“直流电源”的另一端(接地端)与电压表“―”端相连。
打开电源开关,顺时针调节“幅度调节”旋钮,直至电压表显示为6.00V为止。
关闭电源开关,拆掉电压表两端与“直流电源”两端之间的连线,拆掉电流表“―”端与RL1之间的连线。
&
将“直流电源0-12V”端(即图2-2.4中的Ui+端)与RL1相连,将“直流电源”接地端(即图2-2.4中的Ui-端)与电流表“一”端用导线连接。
将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置,打开电源开关,记下此时电流表的读数,即为暗电流值。
7、重复步骤2,将数据填入表2.2.2中。
作出在一6V偏压下光电二极管的光照度一电流曲线。
表2.2.2
光生电流(卩A)
8、 比较两条曲线的区别。
9、 实验完毕,关闭电源,拆除所有连线
实验数据:
(在实验报告后面)
数据处理:
作出零偏压下光电二极管的光照度一电流曲线:
光器支一之左
作出在一6V偏压下光电二极管的光照度一电流曲线:
100
心得体会:
通过该实验基本了解了光电二极管的工作原理和使用方法;
并掌握光电二极管的光照度特性及其测试方法。
思考题
分析并比较零偏压和-6V偏压下光照度一电流曲线的区别,分析区别产生的原因。
答:
?
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