实验2-2光电二极管光电特性测试.docx

实验2-2光电二极管光电特性测试.docx

《实验2-2光电二极管光电特性测试.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验2-2光电二极管光电特性测试.docx（5页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

实验2-2 光电二极管光电特性测试

实验目的

1、 了解光电二极管的工作原理和使用方法；

2、 掌握光电二极管的光照度特性及其测试方法

实验内容

1、 暗电流测试；

2、 当光电二极管的偏置电压一定时，光电二极管的输出光电流与入射光的照度的关系测量。

实验仪器

1、 光电探测原理实验箱

1台

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）

0

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

光照度（Lx）

0

50

100

150

200

300

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：

？

？

？

？