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实验四 PIN光电二极管特性测试

实验四 PIN光电二极管特性测试
实验四 PIN光电二极管特性测试

实验四PIN光电二极管特性测试

一、实验目的

1、学习掌握PIN光电二极管的工作原理

2、学习掌握PIN光电二极管的基本特性

3、掌握PIN光电二极管特性测试的方法

4、了解PIN光电二极管的基本应用

二、实验内容

1、PIN光电二极管暗电流测试实验

2、PIN光电二极管光电流测试实验

3、PIN光电二极管伏安特性测试实验

4、PIN光电二极管光电特性测试实验

5、PIN光电二极管时间响应特性测试实验

6、PIN光电二极管光谱特性测试实验

三、实验器材

1、光电探测综合实验仪1个

2、光通路组件1套

3、光照度计1台

4、PIN 光电二极管及封装组件1套

5、2#迭插头对(红色,50cm)10根

6、2#迭插头对(黑色,50cm)10根

7、三相电源线1根

8、实验指导书1本

9、示波器1台

四、实验原理

光电探测器PIN管的静态特性测量是指PIN光电二极管在无光照时的P-N结正负极、击穿电压、暗电流Id以及在有光照的情况下的输入光功率和输出电流的关系(或者响应度),光谱响应特性的测量。

图5-1 PIN光电二极管的结构和它在反向偏压下的电场分布

图5-1是PIN光电二极管的结构和它在反向偏压下的电场分布。在高掺杂P型和N型半导体之间生长一层本征半导体材料或低掺杂半导体材料,称为I层。在半导体PN结中,掺杂浓度和耗尽层宽度有如下关系:

LP/LN=DN/DP

其中:DP和DN 分别为P区和N区的掺杂浓度;LP和LN分别为P区和N区的耗尽层的宽度。在PIN中,如对于P层和I层(低掺杂N型半导体)形成的PN结,由于I层近于本征半导体,有

DN<

LP<

即在I层中形成很宽的耗尽层。由于I层有较高的电阻,因此电压基本上降落在该区,使得耗尽层宽度W可以得到加宽,并且可以通过控制I层的厚度来改变。对于高掺杂的N 型薄层,产生于其中的光生载流子将很快被复合掉,因此这一层仅是为了减少接触电阻而加的附加层。

要使入射光功率有效地转换成光电流,首先必须使入射光能在耗尽层内被吸收,这要求耗尽层宽度W足够宽。但是随着W的增大,在耗尽层的载流子渡越时间τcr也会增大,τcr 与W的关系为

τcr=W/v

式中:v为载流子的平均漂移速度。由于τcr 增大,PIN的响应速度将会下降。因此耗尽层宽度W需在响应速度和量子效率之间进行优化。

如采用类似于半导体激光器中的双异质结构,则PIN的性能可以大为改善。在这种设计中,P区、N区和I区的带隙能量的选择,使得光吸收只发生在I区,完全消除了扩散电流的影响。在光纤通信系统的应用中,常采用InGaAs材料制成I区和InP材料制成P区及N 区的PIN光电二极管,图3为它的结构。InP材料的带隙为1.35eV,大于InGaAs的带隙,对于波长在1.3~1.6um范围的光是透明的,而InGaAs的I区对1.3~1.6um的光表现为较强的吸收,几微米的宽度就可以获得较高响应度。在器件的受光面一般要镀增透膜以减弱光在端面上的反射。InGaAs的光探测器一般用于1.3um和1.55um的光纤通信系统中。

图5-2 InGaAs PIN光电二极管的结构

从光电二极管的工作原理可以知道,只有当光子能量hf大于半导体材料的禁带宽度Eg 才能产生光电效应,即

hf>Eg

因此对于不同的半导体材料,均存在着相应的下限频率fc或上限波长λc,λc亦称为光电二极管的截止波长。只有入射光的波长小于λc时,光电二极管才能产生光电效应。Si-PIN 的截止波长为1.06um,故可用于0.85um的短波长光检测;Ge-PIN和InGaAs-PIN的截止波长为1.7um,所以它们可用于1.3um、1.55um的长波长光检测。

当入射光波长远远小于截止波长时,光电转换效率会大大下降。因此,PIN光电二极管是对一定波长范围内的入射光进行光电转换,这一波长范围就是PIN光电二极管的波长响应范围。

响应度和量子效率表征了二极管的光电转换效率。响应度R定义为

R=IP/Pin

其中:Pin 为入射到光电二极管上的光功率;IP 为在该入射功率下光电二极管产生的光电流。R的单位为A/W。

量子效率η定义为

η=光电转换产生的有效电子-空穴对数/入射光子数

=(IP/q)/(Pin/hf)

= R(hf/q)

响应速度是光电二极管的一个重要参数。响应速度通常用响应时间来表示。响应时间为光电二极管对矩形光脉冲的响应——电脉冲的上升或下降时间。响应速度主要受光生载流子的扩散时间、光生载流子通过耗尽层的渡越时间及其结电容的影响。

光电二极管的线性饱和指的是它有一定的功率检测范围,当入射功率太强时,光电流和光功率将不成正比,从而产生非线性失真。PIN光电二极管有非常宽的线性工作区,当入射光功率低于mW量级时,器件不会发生饱和。

无光照时,PIN作为一种PN结器件,在反向偏压下也有反向电流流过,这一电流称为PIN光电二极管的暗电流。它主要由PN结内热效应产生的电子一空穴对形成。当偏置电压增大时,暗电流增大。当反偏压增大到一定值时,暗电流激增,发生了反向击穿(即为非破坏性的雪崩击穿,如果此时不能尽快散热,就会变为破坏性的齐纳击穿)。发生反向击穿的电压值称为反向击穿电压。Si-PIN的典型击穿电压值为100多伏。PIN工作时的反向偏置都远离击穿电压,一般为10~30V。

五、实验准备

1、实验之前,请仔细阅读光电探测综合实验仪说明,弄清实验箱各部分的功能及拨位开关的意义;

2、当电压表和电流表显示为“1_”是说明超过量程,应更换为合适量程;

3、连线之前保证电源关闭。

4、实验过程中,请勿同时拨开两种或两种以上的光源开关,这样会造成实验所测试的数据不准确。

六、实验步骤与数据记录

1、光电二极管暗电流测试

实验装置原理框图如图6-3所示,但是在实际操作过程中,光电二极管和光电三极管的暗电流非常小,只有nA数量级。这样,实验操作过程中,对电流表的要求较高,本实验中,采用电路中串联大电阻的方法,将图6-3中的RL改为20M,再利用欧姆定律计算出支路中的电流即为所测器件的暗电流,如图12所示。

图5-3

(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。(2)“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态特性”,将拨位开关S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7均拨下。

(3)“光照度调节”调到最小,连接好光照度计,直流电源调至最小,打开照度计,此时照度计的读数应为0。

(4)选用直流电源2,将电压表直接与电源两端相连,打开电源调节直流电源电位器,使得电压输出为15V,关闭电源。

(注意:在下面的实验操作中请不要动电源调节电位器,以保证直流电源输出电压不变)(5)按图2-2所示的电路连接电路图,负载RL选择RL21=20M。

(6)打开电源开关,等电压表读数稳定后测得负载电阻RL上的压降V暗,则暗电流L暗=V 暗/RL。所得的暗电流即为偏置电压在15V时的暗电流.

(注:在测试暗电流时,应先将光电器件置于黑暗环境中30分钟以上,否则测试过程中电压表需一段时间后才可稳定)

(7)实验完毕,直流电源调至最小,关闭电源,拆除所有连线。

数据:V= V R= M 得L= nA

2、PIN光电二极管光电流测试

实验装置原理图如图5-3所示。

图5-4

(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。(2)“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态特性”,将拨位开关S1拨上,S2,S3,S4,S5,S6,S7均拨下。

(3)按图5-4连接电路图,直流电源选择电源2,RL取RL6=1K欧。

(4)打开电源,缓慢调节光照度调节电位器,直到光照为300lx(约为环境光照),缓慢调节直流调节电位器到电压表显示为15V,请出此时电流表的读数,即为PIN光电二极管在偏压15V,光照300lx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。

实验结果:I光= vf

3、PIN光电二极管光照特性

(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。(2)“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态”,将拨位开关S1拨上,S2,S3,S4,S5,S6,S7均拨下。

(3)按图5-4所示的电路连接电路图,直流电源选择电源2,负载RL选择RL6=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15V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,填入下表。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)根据上表中实验数据,作出PIN光电二极管在15V偏压下的光照特性曲线,并进行分析.

(6)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、PIN光电二极管伏安特性

(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。(2)“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态”,将拨位开关S1拨上,S2,S3,S4,S5,S6,S7均拨下。

(4)按图5-4所示的电路连接电路图,直流电源选择电源1,负载RL选择RL6=1K欧。(5)打开电源顺时针调节照度调节旋钮,使照度值为500Lx,保持光照度不变,调节电源电压电位器,使反向偏压为0V、2V,4V、6V、8V、10V、15V、20V时的电流表读数,填入下表,关闭电源。

(注意:偏置电压不能长时间高于30V,以免使PIN光电二极管劣化)

(7)重复上述步骤,测量PIN光电二极管在800Lx照度下,不同偏压下的光生电流值

电流增加更快。

(8)根据上面所测试的实验数据,在同一坐标轴作出光照在500lx和800lx时的伏安特性曲线,并进行分析比较.

(9)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。5、PIN光电二极管时间响应特性测试

(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。(2)“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“脉冲”,将拨位开关S1拨上,S2,S3,S4,S5,S6,S7均拨下。

(3)按图2-5所示的电路连接电路图,直流电源选择电源2,负载RL选择RL=1K欧。(4)示波器的测试点应为A点,为了测试方便,可把示波器的测试点使用迭插头对引至信号测试区的TP1和TP2,TP1与直流电源的地相连。

图5-5

(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。用示波器的第一通道与接TP和GND(即为输入的脉冲光信号),用示波器的第二通道接TP2。

(6)观察示波器两个通道信号,缓慢调节直流电源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,增大输入脉冲的脉冲信号的宽度,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。

6、PIN光电二极管光谱特性测试

当不同波长的入射光照到光电二极管上,光电二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

式中,为波长为时的入射光功率;为光电探测器在入射光功率作用下

的输出信号电压;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,为基准探测器显示的电压值,K为基准电压的放大倍数,为基准探测器的响应度。取在测试过程中,取相同值,则实验所测测试的响应度大小由的大小确定.下图为基准探测器的光谱响应曲线。

图5-6 基准探测器的光谱响应曲线

(1)组装好光通路组件,将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连(红为正极,黑为负极),将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。(2)“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态特性”,将拨位开关S1,S2,S4,S3,S5,S6,S7均拨下。

(3)将直流电源2正负极直接与电压表相连,打开电源,调节电源电位器至电压表为10V,关闭电源。

(4)按如图2-7连接电路图,RL取RL=100K欧。

图5-7

(5)打开电源,缓慢调节光照度调节电位器到最大,依次将S2,S3,S4,S5,S6,S7拨上后拨下,记下照度计读数最小时照度计的读数E作为参考。

(注意:请不要同时将两个拨位开关拨上)

(6)S2拨上,缓慢调节电位器直到照度计显示为E,将电压表测试所得的数据填入下表,再将S2拨下;

(7)重复操作步骤(6),分别测试出橙,黄,绿,蓝,紫在光照度E下电压表的读数,填入下表。

本次实验主要学习掌握PIN光电二极管的工作原理、学习掌握PIN光电二极管的基本特性、掌握PIN光电二极管特性测试的方法、了解PIN光电二极管的基本应用,实验过程中对于光照度和偏压对光生电流的影响进行进一步的分析,同时考虑不同波长的光谱特性,再次帮助复习了关于光波特性的相关知识,同时感谢老师在实验过程中的认真指导!

光敏二极管和光敏三极管区别

光敏二极管和光敏三极管简介及应用 光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件,与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好,可靠性好、体积小、使用方便等优。 一、光敏二极管 1.结构特点与符号 光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线 性半导体器件,但在结构上有其特殊的地方。 光敏二极管在电路中的符号如图Z0129 所示。光敏二极管 使用时要反向接入电路中,即正极接电源负极,负极接电 源正极。 2.光电转换原理 根据PN结反向特性可知,在一定反向电压范围内,反向电 流很小且处于饱和状态。此时,如果无光照射PN结,则因 本征激发产生的电子-空穴对数量有限,反向饱和电流保持不变,在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时,结内将产生附加的大量电子空穴对(称之为光生载流子),使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增,此时的反向电流称为光电流。不同波长的光(兰光、红光、红外光)在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光,在这一区域,因光照产生的光生载流子(电子),一旦漂移到耗尽层界面, 就会在结电场作用下,被拉向N区,形成部分光电流;彼长较长的红光,将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对,这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下,分别到达N区和P 区,形成光电流。波长更长的红外光,将透过P型层和耗尽层,直接被N区吸收。在N区内因光照产生的光生载流子(空穴)一旦漂移到耗尽区界面,就会在结电场作用下被拉向P区,形成光电流。因此,光照射时,流过PN结的光电流应是三部分光电流之和。 二、光敏三极管 光敏三极管和普通三极管的结构相 类似。不同之处是光敏三极管必须 有一个对光敏感的PN结作为感光 面,一般用集电结作为受光结,因 此,光敏二极管实质上是一种相当 于在基极和集电极之间接有光敏二 极管的普通二极管。其结构及符号 如图Z0130所示。 三、光敏二极管的两种工作状态 光敏二极管又称光电二极管,它是 一种光电转换器件,其基本原理是 光照到P-N结上时,吸收光能并转变为电能。它具有两种工作状态:

APD光电二极管特性测试实验

APD光电二极管特性测试实验 一、实验目的 1、学习掌握APD光电二极管的工作原理 2、学习掌握APD光电二极管的基本特性 3、掌握APD光电二极管特性测试方法 4、了解APD光电二极管的基本应用 二、实验内容 1、APD光电二极管暗电流测试实验 2、APD光电二极管光电流测试实验 3、APD光电二极管伏安特性测试实验 4、APD光电二极管雪崩电压测试实验 5、APD光电二极管光电特性测试实验 6、APD光电二极管时间响应特性测试实验 7、APD光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电探测综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1台 4、光敏电阻及封装组件 1套 5、2#迭插头对(红色,50cm) 10根 6、2#迭插头对(黑色,50cm) 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 9、示波器 1台 四、实验原理 雪崩光电二极管APD—Avalanche Photodiode是具有内部增益的光检测器,它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流。 雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。当PN结上加高的反偏压时,耗尽层的电场很强,光生载流子经过时就会被电场加速,当电场强度足够高(约3x105V/cm)时,光生载流子获得很大的动能,它们在高速运动中与半导体晶格碰撞,使晶体中的原子电离,从而激发出新的电子一空穴对,这种现象称为碰撞电离。碰撞电离产生的电子一空穴对在强电场作用下同样又被加速,重复前一过程,这样多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加,电流也迅速增大,这个物理过程称为雪崩倍增效应。 图6-1为APD的一种结构。外侧与电极接触的P区和N区都进行了重掺杂,分别以P+和N+表示;在I区和N+区中间是宽度较窄的另一层P区。APD工作在大的反偏压下,当反偏压加大到某一值后,耗尽层从N+-P结区一直扩展(或称拉通)到P+区,包括了中间的P层区和I区。图4的结构为拉通型APD的结构。从图中可以看到,电场在I区分布较弱,而在N+-P区分布较强,碰撞电离区即雪崩区就在N+-P区。尽管I区的电场比N+-P区低得多,但也足够高(可达2x104V/cm),可以保证载流子达到饱和漂移速度。当入射光照射时,由于雪

2 光电二级管特性

课程设计任务书 课程设计任务书

目录: 实验目的 (1) 实验内容 (1) 实验仪器 (1) 实验原理 (1) 注意事项 (4) 实验步骤 (5) 实验结果 (12) 实验总结 (15) 参考文献 (15)

光电二极管特性测试实验 一、实验目的 1、学习光电二极管的基本工作原理; 2、掌握光电二极管的基本特性参数及其测量方法,并完成对其光照灵敏度、伏安特性、时间响应特性和光谱响应特性的测量; 3、通过学习,能够对其他光伏器件有所了解。 二、实验内容 1、光电二极管暗电流测试实验 2、光电二极管伏安特性测试实验 3、光电二极管光照特性测试实验 4、光电二极管时间特性测试实验 5、光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电二极管综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1个 4、电源线 1根 5、2#迭插头对(红色,50cm) 10根 6、2#迭插头对(黑色,50cm) 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 四、实验原理 1、概述 随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高,为此,近年来出现了许多性能优良的光伏检测器,如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)等。光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管,通常又称光敏二极管和三敏三极管。 光敏二极管的种类很多,就材料来分,有锗、硅制作的光敏二极管,也有III-V族化合物及其他化合物制作的二极管。从结构我来分,有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。从对光的响应来分,有用于紫外光、红外光等种类。不同种类的光敏二极管,具胡不同的光电特性和检测性能。例如,锗光敏二极管与硅光敏二极管相比,它在红外光区域有很大的灵敏度,如图所示。这是由于锗材料的禁带宽度较硅小,它的本征吸收限处于红外区域,因此在近红外光区域应用;再一方面,锗光敏二极管有较大的电流输出,但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流,因此,它的噪声较大。又如,PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。因此,在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。 光敏二极管和光电池一样,其基本结构也是一个PN结。与光电池相比,它的突出特点是结面积小,因此它的频率特性非常好。光生电动势与光电池相同,

光敏二极管

光敏二极管(光电二极管)基础知识 什么光敏二极管光敏二极管工作原理 光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结,和普通二极管相比,在结构上不同的是,为了便于接受入射光照,PN结面积尽量做的大一些,电极面积尽量小些,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。 光电二极管(也称光敏二极管)是在反向电压作用之下工作的。没有光照时,反向电流很小(一般小于微安),称为暗电流。当有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子---空穴对,称为光生载流子。 它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流明显变大,光的强度越大,反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 光敏二极管特性曲线

光电流---正电压特性 短路电流---照度特性

波长分布特性光敏二极管的特点 应用时反向偏置连接 没光照射,呈现极高阻值 有光照射时,电阻减小 可作光控关关 光敏二极管的符号及接线图 光敏二极管符号

光敏二极管接线图 光电二极管与光电三极管的联系与区别 光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结,不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射,实现光电转换,在电路图中文字符号一般为VD。光电三极管除具有光电转换的功能外,还具有放大功能,在电路图中文字符号一般为VT。光电三极管因输入信号为光信号,所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光电二极管一样,光电三极管外壳也有一个透明窗口,以接收光线照射。

光敏二极管的检测方法

1.电阻测量法用黑纸或黑布遮住光敏二极管的光信号接收窗口,然后用万用表R×1k档测量光敏二极管的正、反向电阻值。正常时,正向电阻值在10~20kΩ之间,反向电阻值为∞(无穷大)。若测得正、反向电阻值均很小或均为无穷大,则是该光敏二极管漏电或开路损坏。 再去掉黑纸或黑布,使光敏二极管的光信号接收窗口对准光源,然后观察其正、反向电阻值的变化。正常时,正、反向电阻值均应变小,阻值变化越大,说明该光敏二极管的灵敏度越高。 2.电压测量法将万用表置于1V直流电压档,黑表笔接光敏二极管的负极,红表笔接光敏二极管的正极、将光敏二极管的光信号接收窗口对准光源。正常时应有0.2~0.4V电压(其电压与光照强度成正比)。 3.电流测量法将万用表置于50μA或500μA电流档,红表笔接正极,黑表笔接负极,正常的光敏二极管在白炽灯光下,随着光照强度的增加,其电流从几微安增大至几百微安。 1.光敏二极管的简易判别方法 (1)电阻测量法 用万用表1k档,测正向电阻约10kΩ左右。在无光照情况下,反向电阻应为∞,反向电阻不是∞,说明漏电流大;有光照时,反向电阻应随光照增强而减小,阻值小至几kΩ或1kΩ以下。 (2)电压测量法 用万用表1V档(无1V档可用1.5V或3V档),红表笔接光敏二极管的“十”极,黑表笔接“-”极,在光照情况下,其电压应与光照度成比例,一般可达0.2~0.4V。 (3)短路电流测量法 用万用表50mA或500mA电流档,红表笔接光敏二极管的“十”极,黑表笔接“-”极,在白炽灯下(不能用日光灯),应随光照的增强,其电流随之增加。短路电流,可达数十mA~数百mA。 光敏二极管的主要特性参数 ①最高反向工作电压VRM:是指光敏二极管在无光照的条件下,反向漏电流不大于0.1μA时所能承受的最高反向电压值。 ②暗电流ID:是指光敏二极管在无光照及最高反向工作电压条件下的漏电流。暗电流越小,光

光敏电阻伏安特性光敏二极管光照特性

光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性(FB815型光敏传感器光电特性实验仪 ) 凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器,也称为光电式传感器,它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量,如光强、光照度等;也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量,如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应,通常分为外光电效应和内光电效应两大类,在光辐射作用下电子逸出材料的表面,产生光电子发射现象,则称为外光电效应或光电子发射效应。基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。另一种现象是电子并不逸出材料表面的,则称为是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于内光电效应范畴,本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。 通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池与光学纤维的光电传感特性及在某些领域中的应用。 【实验原理】 1(光电效应: (1)光电导效应: 当光照射到某些半导体材料上时,透过到材料内部的光子能量足够大,某些电子吸收光子的能量,从原来的束缚态变成导电的自由态,这时在外电场的作用下,流过半导体的电流会增大,即半导体的电导会增大,这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。

光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带,价带中由于电子离开而产生空穴,在外电场作用下,电子和空穴参与电导,使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带,从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。 (2)光生伏特效应: 在无光照时,半导体结内部有自建电场。当光照射在结及其附近时,在能量PNPN 足够大的光子作用下,在结区及其附近就产生少数载流子(电子、空穴对)。载流子在结区外时,靠扩散进入结区;在结区中时,则因电场的作用,电子漂移到区,空穴漂移EN到区。结果使区带负电荷,区带正电荷,产生附加电动势,此电动势称为光生电动PPN 势,此现象称为光生伏特效应。 2(光敏传感器的基本特性: 光敏传感器的基本特性则包括:伏安特性、光照特性等。 伏安特性: 光敏传感器在一定的入射光照度下,光敏元件的电流与所加电压之间的关系称为IU光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一族伏安特性曲线。它是传感器应用设计时的重要依据。 光照特性: 光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性,有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性,它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。

光敏二极管特性实验

光敏二极管特性实验 一、实验目的 通过实验掌握光敏二极管的工作原理及相关特性,了解光敏二极管特性曲线及其测试电路的设计。 二、基本原理 1、光敏二极管工作原理(详见红外功率可调光源曲线标定实验)。 2、光敏二极管特性实验原理 光敏二极管在应用中一般加反向偏压,使得其产生的光电流只与光照度有关。图1-9中,当光照为零时,光敏二极管不会产生广生载流子,也没有其他电流流过,整个电路处于截止状态;当有光照时,光敏二极管产生光电流,由于放大器的正负输入端虚短,放大器输出负电压。再二级放大,然后用跟随器输出。并且光照越强,输出电压越大。 R2680 总线模块 光电检测综合试验台的总 线模块 +5V -5V AGND +12V -12V 222426 40 PIN1 光敏二极管 PIN2 电流流向 A V GND VCC Vin ADJ R11K LED C9013R2680 +5V 0~5V GND 实验台 R V A AGND

2_+ 3+5V -5V 74 2_+ 3+5V -5V 74 2_+ 3+5V -5V 74 -5V +5V 2224AGND 40 图1-9 光敏二极管特性测试图 三、实验仪器 1、光电检测与信息处理实验台(一套) 2、红外功率可调光源探头 3、红外接收探头 4、光电信息转换器件参数测试实验板 5、万用表 6、光学支架 7、导线若干 四、实验步骤 1、按图1-9连接实验线路。 (1)把光电信息转换器件参数测试实验板插在光电检测综合试验台的总线模块PLUG64-1、PLUG64-2、PLUG64-3的任意位置上; (2)由光敏二极管探头的两个输出接线端PIN1、PIN2分别引出导线连接到试验台的总线模块的22(负极)和24

光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性

光敏传感器的光电特性研究 (FB815型光敏传感器光电特性实验仪) 凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器,也称为光电式传感器,它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量,如光强、光照度等;也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量,如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应,通常分为外光电效应和内光电效应两大类,在光辐射作用下电子逸出材料的表面,产生光电子发射现象,则称为外光电效应或光电子发射效应。基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。另一种现象是电子并不逸出材料表面的,则称为是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于内光电效应范畴,本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。 通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用。 【实验原理】 1.光电效应: (1)光电导效应: 当光照射到某些半导体材料上时,透过到材料内部的光子能量足够大,某些电子吸收光子的能量,从原来的束缚态变成导电的自由态,这时在外电场的作用下,流过半导体的电流会增大,即半导体的电导会增大,这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。 光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带,价带中由于电子离开而产生空穴,在外电场作用下,电子和空穴参与电导,使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带,从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。 (2)光生伏特效应: 在无光照时,半导体PN结内部有自建电场。当光照射在PN结及其附近时,在能量足够大的光子作用下,在结区及其附近就产生少数载流子(电子、空穴对)。载流子在结区外时,靠扩散进入结区;在结区中时,则因电场E的作用,电子漂移到N区,空穴漂移到P 区。结果使N区带负电荷,P区带正电荷,产生附加电动势,此电动势称为光生电动势,此现象称为光生伏特效应。 2.光敏传感器的基本特性: 光敏传感器的基本特性则包括:伏安特性、光照特性等。

二极管的特性及万用表的测试法(精)

二极管的特性及万用表的测试法 1、二极管的特性 二极管的英文是diode。二极管的正.负二个端子,(如图1)正端A称为阳极,负端B称为阴极。电流只能从阳极向阴极方向移动。 A https://www.sodocs.net/doc/337571124.html,/Article/uploadimages/110-y-3.gif" width=65>B 图1 2、如何用万用表测量二极管的正负极 对半导体二极管政府极进行简易测试时,要选用万用表的欧姆档。测量方法如(图2、图3)所示。和万用表+输入相连的红表笔与表内电源的负极相通;而与万用表-输入端相连的黑表笔却与表内电源的正极相通。 https://www.sodocs.net/doc/337571124.html,/Article/uploadimages/11 0-y-1.gif" width=180> https://www.sodocs.net/doc/337571124.html,/Article/uploadimages/11 0-y-2.gif" width=180> 图2 图3 测量的方法是先把万用表拨到“欧姆”档(通常用R×100或R×1K),然后用万用表分别接到二极管的两个极上去。当表内的电源使二极管处于正向接法时,二极管导通,阻值较小(几十欧到几千欧的范围),这就告诉我们黑表笔接触的时二极管的正极;红表笔接触的时二极管的负极(见图3);当表内的电源使二极管处在反向接法时,二极管截止,阻值很大(一般为几百千欧),这就告诉我们黑表笔接触的是二极管的负极,红表笔接触的是二极管的正极。 3、用万用表R×100档和R×1K档测量同一个二极管的正向电阻,为什么阻值不同 在用万用表欧姆挡的R×100档位和R×1K档位测量同一只二极管的正向电阻时,测得的阻值是不同的。这是由于R×100和R×1K两种量程所对应的等效内阻r不同,在电源电压E不变时,流过表头的电流也不同的缘故。

光电二极管检测电路的组成及工作原理

光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中,光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换,但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景,单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。 本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理,然后如果读者有机会的话,可以运行一个SPICE模拟程序,它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步(本文未作讨论)是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理 设计一个精密的光检测电路最常用的方法 是将一个光电二极管跨接在一个CMOS输入 放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种 方式的单电源电路示于图1中。 在该电路中,光电二极管工作于光致电压 (零偏置)方式。光电二极管上的入射光使之 产生的电流I SC从负极流至正极,如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高,二极管产生的电流将流过反馈电阻R F。输出电压会随着电阻R F两端的压降而变化。 图中的放大系统将电流转换为电压,即 V OUT = I SC×R F(1) 图1 单电源光电二极管检测电路 式(1)中,V OUT是运算放大器输出端的电压,单位为V;I SC是光电二极管产生的电流,单位为A;R F是放大器电路中的反馈电阻,单位为W 。图1中的C RF是电阻R F的寄生电容和电路板的分布电容,且具有一个单极点为1/(2p R F C RF)。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件R F。用这个模拟程序,激励信号源为I SC,输出端电压为V OUT。 此例中,R F的缺省值为1MW ,C RF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后,传输函数中的极点等于1/(2p R F C RF),即318.3kHz。改变R F 可在信号频响范围内改变极点。

光敏二极管和光敏三极管

光敏二极管和光敏三极管 光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件,与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好,可靠性好、体积小、使用方便等优。 一、光敏二极管 1.结构特点与符号 光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线性半导体器件,但在结构上有 其特殊的地方。 光敏二极管在电路中的符号如图Z0129 所示。光敏二极管使用时要反向接入电路中,即正极接电源负极,负极接电源正极。 2.光电转换原理 根据PN结反向特性可知,在一定反向电压范围内,反向电流很小且处于饱和状态。此时,如果无光照射PN结,则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限,反向饱和电流保持不变,在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时,结内将产生附加的大量电子空穴对(称之为光生载流子),使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增,此时的反向电流称为光电流。 不同波长的光(兰光、红光、红外光)在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光,在这一区域,因光照产生的光生载流子(电子),一旦漂移到耗尽层界面,就会在结电场作用下,被拉向N区,形成部分光电流;彼长较长的红光,将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对,这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下,分别到达N区和P区,形成光电流。波长更长的红外光,将透过P型层和耗尽层,直接被N区吸收。在N区内因光照产生的光生载流子(空穴)一旦漂移到耗尽区界面,就会在结电场作用下被拉向P区,形成光电流。因此,光照射时,流过P N结的光电流应是三部分光电流之和。 二、光敏三极管 光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感光面,一般用集电结作为受光结,因此,光敏二极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。其结构及符号如图Z0130所示。 当人射光子在基区及集电区被吸收而产生电子一空穴对时,便形成光生电压。由此产生的光生电流由基极进入发射极,从而在集电极回路中得到一个放大了β倍的信号电流。因此,光敏三极管是一种相当干将基极、集电极光敏二极管的电流加以放大的普通晶体管放大。 1、判断光敏三极管C、E极性,方法是用万用表20M电阻测试档,测得管阻小的时候红表棒端触脚为C极,黑表棒为E极。 2、暗电流测试: 按图(11)接线,稳压电源用±12V,调整负载电阻RL阻值,使光敏器件模板被遮光罩盖住时微安表显示有电流,这即是光敏三极管的暗电流,或是测得负载电阻RL上的压降V暗,暗电流LCEO=V暗/RL。(如是硅光敏三极管,则暗电流可能要小于10-9A,一般不易测出。 3、光电流测试: 缓慢地取开遮光罩,观察随光照度变化测得的光电流I光的变化情况,并将所测数据填入下表:

光电二极管检测电路的工作原理及设计方案

?光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中,光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换,但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景,单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。 本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理,然后如果读者有机会的话,可以运行一个SP IC E模拟程序,它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步(本文未作讨论)是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理 设计一个精密的光检测电路最常用的方法是将一个光电二极管跨接在一个CMOS 输入放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种方式的单电源电路示于图1中。 在该电路中,光电二极管工作于光致电压(零偏置)方式。光电二极管上的入射光使之产生的电流ISC从负极流至正极,如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高,二极管产生的电流将流过反馈电阻RF。输出电压会随着电阻RF两端的压降而变化。 图中的放大系统将电流转换为电压,即 VOUT = ISC ×RF (1)

图1 单电源光电二极管检测电路 式(1)中,VOUT是运算放大器输出端的电压,单位为V;ISC是光电二极管产生的电流,单位为A;RF是放大器电路中的反馈电阻,单位为W 。图1中的CRF是电阻RF的寄生电容和电路板的分布电容,且具有一个单极点为1/(2p RF CRF)。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件RF。用这个模拟程序,激励信号源为ISC,输出端电压为VOUT。 此例中,RF的缺省值为1MW ,CRF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后,传输函数中的极点等于1/(2p RFCRF),即318.3kHz。改变RF可在信号频响范围内改变极点。 遗憾的是,如果不考虑稳定性和噪声等问题,这种简单的方案通常是注定要失败的。例如,系统的阶跃响应会产生一个其数量难以接受的振铃输出,更坏的情况是电路可能会产生振荡。如果解决了系统不稳定的问题,输出响应可能仍然会有足够大的“噪声”而得不到可靠的结果。 实现一个稳定的光检测电路从理解电路的变量、分析整个传输函数和设计一个可靠的电路方案开始。设计时首先考虑的是为光电二极管响应选择合适的电阻。第二是分析稳定性。然后应评估系统的稳定性并分析输出噪声,根据每种应用的要求将之调节到适当的水平。 这种电路中有三个设计变量需要考虑分析,它们是:光电二极管、放大器和R//C反馈网络。首先选择光电二极管,虽然它具有良好的光响应特性,但二极管的寄生电容将对电路的噪声增益和稳定性有极大的影响。另外,光电二极管的并联寄生电阻在很宽的温度范围内变化,会在温度极限时导致不稳定和噪声问题。为了保持良好的线性性能及较低的失调误差,运放应该具有一个较小的输入偏置电流(例如CMOS工艺)。此外,输入噪声电压、输入共模电容和差分电容也对系统的稳定性和整体精度产生不利的影响。最后,R//C反馈网络用于建立电路的增益。该网络也会对电路的稳定性和噪声性能产生影响。 2 光检测电路的SPICE模型

光敏二极管的分光灵敏度特性

光敏二极管的分光灵敏度特性 在使用光敏二极管的时候,无论如何都应当知道其分光灵敏度特性。所谓分光灵敏度特性,如图 1.7 所示,它表示的是光敏二极管对于不同波长的光具有多高的灵敏度。 如果对光敏二极管照射波长为λ的光,那么该二极管每吸收一个光子,都会产生一对能够形成光电流的载流子。但是,每个光子能否被该二极管吸收,取决于该光子的能量是否超过制作该光敏二极管的半导体材料的禁带能级宽度Eg。 波长为λ的光的光子能量 Eph 可以表示为: 式中,h 是普朗克常数(6.626×10 -34J·s);c 是光速(3×108m/s);λ是光的波长(m)。 当 Eph>Eg 时,产生光电流;当 Eph<Eg 时,没有光电流产生。当光敏二极管的材料为 Si(硅)的时候,Eg =1.1eV,从式(1.1)可知,该光敏二极管对于波长λ>1100mm 的光照射没有感知灵敏度.光敏二极管的波长感知灵敏度特性如图 1.8 所示。

图1.7中的 BS120 与 PH302B 所用的材料都是 Si,所以他们呢本身的特性都应当如图1.8 所示;然而由于它们各自对应的用途不同。而配置了不同的滤光片,BS120 配置的是视觉校正滤光片,PH302B 配置的是遮挡可见光的滤光片,于是它们就有了图 1.7 所示的不同的特性。 与 Si 材料相比,GaAsP 的禁带宽度 Eg 更大一些,因此用 GaAsP 制作而成的光敏二极管的分光灵敏度会往波长更短的方向移动。有关这一点,从图 1.8 中可以看得比较清楚。不过,通过改变 GaAsP 中 GaAs 与 GaP 结晶比的方法,可以改变 Eg 的大小。 图 1.7 中的 G3614 就是用 GaAsP 制作而成的,它在紫外线领域具有灵敏度,因此可以用作紫外线的检测。

光电二三极管特性测试实验报告分解

光敏二极管特性测试实验 一、实验目的 1.学习光电器件的光电特性、伏安特性的测试方法; 2.掌握光电器件的工作原理、适用范围和应用基础。 二、实验内容 1、光电二极管暗电流测试实验 2、光电二极管光电流测试实验 3、光电二极管伏安特性测试实验 4、光电二极管光电特性测试实验 5、光电二极管时间特性测试实验 6、光电二极管光谱特性测试实验 7、光电三极管光电流测试实验 8、光电三极管伏安特性测试实验 9、光电三极管光电特性测试实验 10、光电三极管时间特性测试实验 11、光电三极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电二三极管综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1个 4、电源线 1根 5、2#迭插头对(红色,50cm) 10根 6、2#迭插头对(黑色,50cm) 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 四、实验原理 1、概述

随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高,为此,近年来出现了许多性能优良的光伏检测器,如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)等。光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管,通常又称光敏二极管和三敏三极管。 光敏二极管的种类很多,就材料来分,有锗、硅制作的光敏二极管,也有III-V族化合物及其他化合物制作的二极管。从结构我来分,有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。从对光的响应来分,有用于紫外光、红外光等种类。不同种类的光敏二极管,具胡不同的光电特性和检测性能。例如,锗光敏二极管与硅光敏二极管相比,它在红外光区域有很大的灵敏度,如图所示。这是由于锗材料的禁带宽度较硅小,它的本征吸收限处于红外区域,因此在近红外光区域应用;再一方面,锗光敏二极管有较大的电流输出,但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流,因此,它的噪声较大。又如,PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。因此,在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。 光敏二极管和光电池一样,其基本结构也是一个PN结。与光电池相比,它的突出特点是结面积小,因此它的频率特性非常好。光生电动势与光电池相同,但输出电流普遍比光电池小,一般为数微安到数十微安。按材料分,光敏二极管有硅、砷化铅光敏二极管等许多种,由于硅材料的暗电流温度系数较小,工艺较成熟,因此在实验际中使用最为广泛。 光敏三极管与光敏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。 2、光电二三极管的工作原理 光生伏特效应:光生伏特效应是一种内光电效应。光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。对于不均匀半导体,由于同质的半导体不同的掺杂形成的PN结、不同质的半导体组成的异质结或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场,当光照射这种半导体时,由于半导体对光的吸收而产生了光生电子和空穴,它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和聚集而产生电位差。这种现象是最重要的一类光生伏特效应。均匀半导体体内没有内建电场,当光照射时,因眼光生载流子浓度梯度不同而引起载流子的扩散运动,且电子和空穴的迁移率不相等,使两种载流

二极管特性及应用实验

姓名班级________学号____ 实验日期__节次教师签字成绩 二极管的特性研究及其应用一.实验目的 1.通过二极管的伏安特性的绘制,加强对二极管单向导通特性的理解; 2.了解二极管在电路中的一些应用; 3,学习自主设计并分析实验 二.实验内容: 1.二极管伏安特性曲线绘制; 2.交流条件下二极管电压波形仿真; 3.二极管应用电路 三.实验仪器 稳压电源RIGOL DS5102CA FLUKE190型测试仪;1N4001二极管若干; 函数信号发生器 TFG2020G ;电阻若干; 四.实验步骤 1.二极管伏安特性曲线绘制; 二极管测试电路

(1)创建电路二极管测试电路; (2)调整V1电源的电压值,记录二极管的电流与电压并填入表1; (3)调整V2电源的电压值,记录二极管的电流与电压并填入表2; (4)根据实验结果,绘制二极管的伏安特性。 表一 V1 200mv 300mv 400mv 500mv 600mv 700mv 800mv 1v 2v 3v ID VD 表二 V1 I D V D 绘制U—I图: 2.交流条件下二极管电压波形仿真;

D1 1N4001GP R1 100Ω V16 Vpk 100 Hz 0° XSC1 A B C D G T 2 1 仿真电路图 仿真结果

3.二极管应用电路 (1)桥式整流电路 D1 1N4001 D2 1N4001 D3 1N4001 D4 1N4001 V115 Vpk 60 Hz 0° R1100Ω 1 3 45 用示波器测量R1两端波形,并记录

桥式整流电路仿真 D1 1N4001 D21N4001 D3 1N4001 D41N4001 V115 Vpk 60 Hz 0° R12kΩ 4 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ 3 2 仿真结果

二极管伏安特性曲线的测定

实验四二极管伏安特性曲线的测定 【一】实验目的 电路中有各种电学元件,如碳膜电阻、线绕电阻、晶体二极管和三极管、光敏和热敏元件等。人们常需要了解它们的伏安特性,以便正确的选用它们。通常以电压为横坐标,电流为纵坐标作出元件的电压—电流关系曲线,叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是一条直线,说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比,则称该元件为线性元件(例如碳膜电阻);如果元件的伏安特性曲线不是直线,则称其为非线性元件(例如晶体二极管、三极管)。本实验通过测量二极管的伏安特性曲线,了解二极管的单向导电性的实质。 【二】实验原理 晶体二极管是常见的非线性元件,其伏安特性曲线如图1所示。 当对晶体二极管加上正向偏置电压,则有正向电流流过二极管,且随正向偏置电压的增大而增大。开始电流随电压变化较慢,而当正向偏压增到接近二极管的导通电压(锗二极管为0.2左右,硅二极管为0.7左右时),电流明显变化。在导通后,电压变化少许,电流就会急剧变化。 当加反向偏置电压时,二极管处于截止状态,但不是完全没有电流,而是有很小的反向电流。该反向电流随反向偏置电压增加得很慢,但当反向偏置电压增至该二极管的击穿电压时,电流剧增,二极管PN结被反向击穿。

二极管一般工作在正向导通或反向截止状态。当正向导通时,注意不要超过其规定的额定电流;当反向截止时,更要注意加在该管的反向偏置电压应小于其反向击穿电压。但是,稳压二极管却利用二极管的反向击穿特性而恰恰工作于反向击穿状态。本实验用伏安法测定二极管的伏安特性,测量电路如图2所示。 测定二极管的电压与电流时,电压表与电流表有两种不同的接法。如图2,电压表接A 、D 两端叫做电流表外接;电压表接A 、D ′端叫做电流表内接。电流表外接时,其读数为流过二极管的电流I D 与流过电压表电流I V 之和,即测得的电流偏大;电流表内接时,电压表读数为二极管电压V D 与电流表电压V A 之和,即测得的电压偏大。因此,这两种接法都有测量误差。这种由于电表接入电路而引起的测量误差叫做接入误差。接入误差是系统误差,只要知道电压表的内阻R V 或电流表的内阻R A ,就可以把接法造成的测量误差算出来,然后选用测量误差较小的那种接法。电流表外接,造成的电流测量误差为: V D D V D D R R I I I I ==? 电流表内接,造成的电压测量误差为: D A D A D D R R V V V V ==? 其中R D 、R V 、R A 、分别是二极管的内阻,电压表的内阻和电流表的内阻。测量时究竟选用哪种接法,要看R D 、R V 、R A 的大小而定。显然,若R D /R V >R A /R D 应选用电流表内接,反之则选用电流表外接。 【三】 实验装置 直流稳压电源、直流电压表2个、直流电流表2个、滑线变阻器、待测二极管、开关、导线等。 注意事项: 1. 为保护直流稳压电源,接通或断开电源前均需先使其输出为零;对输出调节旋钮的调节 必须轻而缓慢。 2. 更换测量内容前,必须使电源输出为零,然后再逐步增加至需要值,以免损坏元件。 3. 测定2AP 型锗二极管的正、反向伏安特性曲线时,注意正向电流不要超过20mA ,反向 电压不要超过25V 。

光敏二极管

光敏二极管介绍 名词解释: 光敏二极管又叫光电二极管。 光敏二极管也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单向导电特性。它在电路中的符号是: 光敏二极管的重要特性就是把光能转换成电能。在没有光照时,光敏二极管的反向电阻很大,反向电流很微弱,称为暗电流。当有光照时,光子打在pn结附近,于是在pn结附近产生电子-空穴对,它们在pn结内部电场作用下作定向运动,形成光电流。光照越强,光电流越大。光的变化引起光电二极管电流变化,这就可以把光信号转换成电信号,成为光电传感器件。 光敏二极管在应用电路中的两种工作状态: 1、光敏二极管施加有外部反向电压 当光敏二极管加上反向电压时,管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变,光照强度越大,反向电流越大,大多数都工作在这种状态。 2、光敏二极管不施加外部工作电压 光敏二极管上不加电压,利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理,把它用作微型光电池。这种工作状态,通常用作光电检测器。 光敏二极管检测方法: ①电阻测量法 用万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10kΩ左右。在无光照情况下,反向电阻为∞时,这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大);有光照时,反向电阻随光照强度增加而减小,阻值可达到几kΩ或1kΩ以下,则管子是好的;若反向电阻都是∞或为零,则管子是坏的。 ②电压测量法 用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极,黑表笔接“—”极,在光照下,其电压与光照强度成比例,一般可达0.2—0.4V。 ③短路电流测量法 用万用表50μA档。用红表笔接光电二极管“+”极,黑表笔接“—”极,在白炽灯下(不能用日光灯),随着光照增强,其电流增加是好的,短路电流可达数十至数百μA。 光敏二极管的主要特性参数 本文介绍光敏二极管的主要特性参数:如最高反向工作电压V RM、暗电流I D、光电流I L等。 1、最高反向工作电压V RM:是指光敏二极管在无光照的条件下,反向漏电流不大于0.1μA时所能承受的最高反向电压值 2、暗电流I D: 是指光敏二极管在无光照及最高反向工作电压条件下的漏电流暗电流越小,光敏二极管的性能越稳定,检测弱无的能力越强。 3、光电流I L : 是指光敏二极管在受到一定光照时,在最高反向工作电压下产生的电流其测量的一般条件是: 2856K 钨丝光源,照度为l000lx。

二极管的特性测试

项目二二极管的特性测试 一、实验目的 1、掌握用万用表判断二极管管脚极性及质量的方法。 2、掌握二极管伏安特性曲线的测试方法及二极管伏安特性。 3、熟悉二极管的应用电路:半波整流电路、单相桥式整流电路、限幅电路的工作原理及测试方法。 二、实验仪器及器件 1、实验台或实验箱 1台 2、万用表 1只 3、双踪示波器 1台 4、数字电压表、电流表各1快 5、二极管 4007*4 6、620Ω、580Ω电阻各1只 7、470Ω电位器 1只 三、实验预习 1、预习万用表、函数信号发生器、示波器、电流表、电压表的使用方法。 2、回顾二极管的特性及应用。 四、实验原理 1、二极管的管脚极性与质量判断 二极管实质上是一个PN结,具有单相导电性。加超过门槛电压的正向电压时,二极管导通,具有很小的电阻,称为正向电阻。加反向电压时,二极管截止,具有很大的电阻,称其为反向电阻。根据以上原理,可以用万用表的电阻档测量出二极管的正反向电阻来判断二极管的管脚极性及质量。假设二极管的两管脚一端标A,另一端标B,如果用万用表黑表笔接A端,红表笔接B端,或者反过来黑表笔接B端,红表笔接A端,两次万用表的读书,一次很大,一次很小,则说明二极管完好,具有单向导电性,而且,正向电阻越小,反向电阻越大,二极管质量越好,否则,如果一个二极管正反向电阻相差不大,则必为劣质管。如果正反向电阻都是零或都是无穷大,则说明该二极管已损坏。 在二极管正常的情况下,当测得其电阻很小时,说明二极管两端加了正向电压,二极管处于正向导通状态,这时黑表笔(与内部电源正极相连接)所接的一端为二极管的正极,红表笔(与内部电源负极相连接)所接的一端为二极管的负极。当测得其电阻很大时,说明二极管两端加了反向电压,二极管处于反向截止状态,这时黑表笔所接的一端为二极管的负极,红表笔所接的一端为二极管的正极。 1、二极管伏安特性曲线测试 二极管伏安特性曲线是指二极管两端电压与流过它的电流之间的关系。 实验电路如图2-1所示。利用逐点测量法,调节电位器改变输入电压Ui,从而给二极管加上不同的电压U D,测量给二极管加上不同电压时,流过二极管的对应电流,描点绘出二极管的伏安特性曲线。

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