实验三光电三极管特性测试及其变换电路模板

由天下分享时间：2025/1/20 11:53:48 加入收藏我要投稿点赞

西南交通大学光电专业实验报告

学号： 2015114XXX 姓名： XXX 班级：光电X班组号： X 同组人(姓名/学号)：实验名称：光电三极管特性测试及其变换电路本次实验是本学期你所做的第 X 个实验实验日期： 2018 年 6 月 X 日讲指导教师/报告箱号：实验目的： 1、学习掌握光电三极管的工作原理 2、学习掌握光电三极管的基本特性 3、掌握光电三极管特性测试的方法 4、了解光电三极管的基本应用实验仪器： 1、光电器件和光电技术综合设计平台 1台 2、光源驱动模块 1个 3、负载模块 1个 4、光通路组件 1套 5、光电三极管及封装组件 1套 6、2#迭插头对(红色，50cm) 10根 7、2#迭插头对(黑色，50cm) 10根 8、示波器 1台实验原理/实验电路图：光电三极管与光电二极管的工作原理基本相同，工作原理都是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体PN结上，PN结参与了光电转换过程。光敏三极管有两个PN结，因而可以获得电流增益，它比光敏二极管具有更高的灵敏度。其结构如图3-1 (a)所示。当光敏三极管按图3-1 (b) 所示的电路连接时，它的集电结反向偏置，发射结正向偏置，无光照时仅有很小的穿透电流流过，当光线通过透明窗口照射集电结时，和光敏二极管的情况相似，将使流过集电结的反向电流增大，这就造成基区中正电荷的空穴的积累，发射区中的多数载流子(电子)将大量注入基区，由于基区很薄，只有一小部分从发射区注入的电子与基区的空穴复合，而大部分电子将穿过基区流向与电源正极相接的集电极，形成集电极电流。这个过程与普通三极管的电流放大作用相似，它使集电极电流是原始光电流的(1+ )倍。这样集电极电流将随入射光照度的改变而更加明显地变化。在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用了晶体三极管的电流放大作用，用Ge或Si单晶体制造NPN或PNP型光敏三极管。其结构使用电路及等效电路如图3-1所示。 1

光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管基极和集电极并联：集电极- 基极产生的电流，输入到三极管的基极再放大。不同之处是，集电极电流(光电流)由集电结上产生的中控制。集电极起双重作用:把光信号变成电信号起光电极管作用；使光电流再放大起一般三极管的集电结作用。一般光敏三极管只引出E、C两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。实验步骤： 1、光电三极管光电流测试实验 (1)组装好光通路组件，将照度计与照度计探头输出正负极对应相连(红为正极，黑为负极)，将光源驱动及信号处理模块上J2与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。 (2)将开关S2拨到“静态”。 (3)按图3-2连接电路图，直流电源选用0-15V可调直流电源，RL取RL=1K欧，光电三极管C极对应组件上红色护套插座，已极对应组件上黑色护套插座。 (4)打开电源，缓慢调节光照度调节电位器，直到光照为3001x (约为环境光照)，缓慢调节可调直流电源到电压表显示为6V.读出此时电流表的读数，即为光电三极管在偏压6V，2

光照3001x时的光电流。

(5)实验完毕，将光照度调至最小，直流电源调至最小，关闭电源，拆除所有连线。 2、光电三极管光照特性测试

(1)组装好光通路组件，将照度计与照度计探头输出正负极对应相连(红为正极，黑为负极)，将光源驱动及信号处理模块上J2与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。

(2)将开关S2拨到“静态”。

(3)按图3-3所示的电路连接电路图，直流电源选用0-15V可调直流电源，负载RL选择RL=1K欧。

(4)将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。打开电源，调节直流电源电位器，直到显示值为6V左右，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1。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。

(5)调节直流调节电位器到10V左右，重复述步骤(4)，改变光照度值，将测试的电流值填入表2

(6)根据上面所测试的两组数据，在同一坐标轴中描绘光照特性曲线并进行分析。 (7)实验完毕，将光照度调至最小，直流电源调至最小，关闭电源，拆除所有连线。 3、光电三极管伏安特性

实验装置原理框图如图3-4所示。

(2)将开关S2拨到“静态”。

(3)按图3-4所示的电路连接电路图，直流电源选用0-15V可调直流电源，负载RL选择RL=2K欧。

(4)打开电源顺时针调节照度调节旋钮，使照度值为200Lx，保持光照度不变，调节电源电压电位器，使反向偏压为0V、IV、2V，4V、6V、8V、10V、12V时的电流表读数，填入表3，关闭电源。

(注意:直流电流不可调至高于30V,以免烧坏光电三极管)

(5)根据上述实验结果，作出200Lx照度下的光电三极管伏安特性曲线。

(6)重复上述步骤。分别测量光电三极管在100Lx和500Lx照度下，不同偏压下的光生

电流值，在同一坐标轴作出伏安特性曲线。并进行比较。 (7)实验完毕，将光照度调至最小，直流电源调至最小，关闭电源，拆除所有连线。 4.光电三极管时间响应特性测试 (1)组装好光通路组件，将照度计与照度计探头输出正负极对应相连(红为正极，黑为负极)，将光源驱动及信号处理模块上J2与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。信号源方波输出接口通过BNC线接到方波输入。正弦波输入和方波输入内部是并联的，可以用示波器通过正弦波输入口测量方波信号。 (2)将开关S2拨到“脉冲”。 (3)按图3-5所示的电路连接电路图，直流电源选:0-15V可调直流电电源，负载RL选择RL=1K欧。 (4)示波器的测试点应为光电三极管的CE两端，为了测试方便； (5)打开电源，白光对应的发光二极管亮，其余的发光二极管不亮。 (6)观察示波器两个通道信号，缓慢调节直流电源幅度调节和光照度调节电位器直到示波器上观察到信号清晰为止，并作出实验记录(描绘出两个通道波形)。 (7)缓慢调节脉冲宽度调节，增大输入信号的脉冲宽度，观察示波器两个通道信号的变化，并作出实验记录(描绘出两个通道的波形)并进行分析。 (8) 实验完毕，关闭电源，拆除导线。 5、光电三极管光谱特性测试当不同波长的入射光照到光电三极管上，光电三极管就有不同的灵敏度。本实验仪采用高亮度LED(白、红、橙、黄、绿、蓝、紫)作为光源，产生400～630nm离散光谱。光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。定义为在波长为的单位入射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压或电流信号。即为或式中，P( )为波长为时的入射光功率:P( )为光电探测器在入射光功率P( )作用下的输出信号电压: I( )则为输出用电流表示的输出信号电流。本实验所采用的方法是基准探测器法，在相同光功率的辐射下，则有式中，Uf为基准探测器显示的电压值，K为基准电压的放大倍数，f( )为基准探测器的响应度。取在测试过程中，Uf取相同值，则实验所测试的响应度大小由 =U f( )的大小确定。下图为基准探测器的光谱响应曲线。 4

(1)组装好光通路组件，将照度计与照度计探头输出正负极对应相连(红为正极，黑为负极)，将光源驱动及信号处理模块上J2与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。 (2) 将开关S2拨到“静态”。 (3)将0—15V直流电源输出调节到10V，关闭电源。 (4)按如图3-6连接电路图，E选择0-15V直流电源，RL取RL=100K欧。 (5)打开电源，缓慢调节光照度调节电位器到最大，通过左切换和右切换开关，将光源输出切换成不同颜色，记录照度计所测数据，并将最小值“E”为参考。 (6)分别测试出红光、橙光，黄光，绿光，蓝光，紫光在光照度E下时电压表的读数，填入表4。 (7)根据所测试得到的数据。做出光电三极管的光谱特性曲线，原始数据及数据处理： 1.I光=XXXX 表1.光电三极管光照特性测试数据记录表光照度（Lx）光生电流（uA）（6V）光生电流（uA）（10V）表2.光电三极管伏安特性数据记录表偏压（V）光生电流（uA）（200Lx）

0 100 300 500 700 900 0 1 2 4 6 8 10 12 5

光生电流（uA）（100Lx）光生电流（uA）（500Lx）表3.光电三极管光谱特性数据记录表波长（nm）基准响应度 R电压（V）响应度红(630) 橙(605) 黄(585) 绿(520) 蓝(460) 紫(400) 0.65 0.61 0.56 0.42 0.25 0.06 光电流(U/R)(uA) 学习体会、误差分析或实验设计：通过本次实验学习掌握了光电三极管的工作原理和基本特性，掌握了光电三极管特性测试的方法，了解了光电三极管的基本应用。 6