光电特性测试综合实验系统实验指导书(2)

（6）旋转偏振片1，使直流电流表显示的光电流为最大值，在偏振片1和光敏电阻探测器之间放置偏振片2，旋转偏振片2，观察直流电流表值的变化； 3、光敏电阻的基本特性参数测试

（1）光敏电阻的暗电流、暗电导、亮电流和亮电导测试 a、顺时针旋转“RL值调节”旋钮一圈，在光敏电阻探测器和偏振片2之间放置挡光白板（挡光白板尽可能靠近光敏电阻探测器），使入射到探测器光敏面的光照为零，将直流电流表和直流电压表量程选择开关置合适档位，记录直流电流表显示值Id和直流电压值UR；

L

b、移开挡光白板，旋转偏振片2，角度相对变化分别为30、60、90时，记录相应的电流表和电压表显示值分别为（Ip1，UR）（Ip2，UR）（Ip3，UR）；

L1

L2

L3

因为：gd IdR Id(Ub UR) ，Rd 1gd

L

光电特性测试综合实验系统实验指导书

g IR I(Ub URLi)

所以：gpi g gd，Rpi 1gpi

其中，gd、Id为暗电导和暗电流，gp、Ip为亮电导和亮电流，g、I为光电导和光电流。若不考虑光敏电阻的暗电流，则g gp、I Ip；

（2）光敏电阻的光电特性测试

在一定电压下，光敏电阻的光电流与入射光照度（或光通量）的关系称为光敏电阻的光电特性，光电流与入射单色辐射通量之间的关系一般可表示为：

Ip( ) SgV

或 Ip( ) SgVE

式中，Sg是光电导灵敏度，与光敏电阻材料有关；V为外加电源电压； 为入射光通量；E为入射光照度； 为照度指数， 1称直线性光电导（弱光照时）， 0.5称非线性光电导或者抛物线性光电导（强光照时）； 实验操作步骤：

a、实验系统操作面板设置和光路调节同前

b、将光敏电阻的工作电压设置为U=5V，旋转偏振片2至直流电流表中显示的光电流Ip 0，记录此时的偏振片相对角度为 0 ，继续旋转偏振片2， 值分别为5 、10 、…、90 ，

记录光电流Ip值，画出E0cos Ip曲线，E0为 90时的光照值；

c、将光敏电阻的工作分别设定为10V、…、30V，重复以上实验，绘制E0cos Ip曲线，比较它们的异同点；

（3）光敏电阻的伏安特性测试

在一定光照下，测量光敏电阻的电压与光电流的关系；

a、旋转偏振片2至 0，取工作电压Vcc分别为2V、4V、6V、8V、10V、12V、16V、…，记录Ip及负载电压值UL，UR Vcc UL，画出Ip UR曲线，其中，Ip和UL分别由直流

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电流表和电压表读出；

b、旋转偏振片2至 30 、 60 、 90 ，重复以上实验，分别记录在各个角度位置的Ip UR曲线；

（4）光敏电阻的偏置电路实验；

光敏电阻的阻值随着入射光通量的变化而变化，在其偏置电路中，负载电阻RL与光敏电阻Rp相对大小，使得光敏电阻的偏置工作电路具有不同的输出特性，主要有三种典型偏置电路：

A、恒流偏置电路：顺时针旋转“RL值调节”旋钮至最大，旋转偏振片2至入射光照比较大，使得RL Rp，此时，I

Vcc

RL

，负载电流与光敏电阻无关，即为恒流偏置；

B、恒压偏置电路：逆时针旋转“RL值调节”旋钮至最小，旋转偏振片2至入射光照比较小，使得RL Rp，此时，光敏电阻上的电压近似等于回路工作电压，即为恒压偏置；

C、恒功率偏置：旋转“RL值调节”旋钮，旋转偏振片2至合适位置，使得RL Rp，此时，P

Vcc

2

4RL

，即恒功率偏置；

（5）光敏电阻的光谱特性测试

实验前请仔细确认：

a、系统操作面板的所有按钮都处于“弹起”位置；

b、操作面板上光谱特性测试模块的所有反馈电阻逆时针旋转至零； c、操作面板上光谱特性测试模块的量程选择旋钮旋至“1K”档；

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实验操作步骤:

a、将标准白光源、透镜置于单色仪的入射狭缝前，调节透镜组的相对位置，使光源到入射狭缝的光变成点光源；

b、将光敏电阻探测器放置在单色仪的出射狭缝处，使其对准出射光狭缝；

c、将数字万用表的红表笔和黑表笔分别插入系统操作面板的“D+”和“D-”插孔内； d

Vcc（探测器）”按钮，顺时针缓慢旋转“Vcc调节”旋钮，直至数字万用表显示值为5V，从插孔中取下数字万用表的红黑表笔；

e、将光敏电阻信号线的两个输出端子（红色表示“＋”，白色表示“－”）插入系统操作面板的“D+”和“D-”； f

g1k”档位，将数字万用表的红表笔V0”和“GND”插孔中；

h、将白屏放在入射狭缝之间，挡住入射光，观察数字万用表的显示值是否随着入射光的变化而变化，并旋转量程选择旋钮，并调节对应档位的反馈电阻阻值调节旋钮至数字万用表的显示值在-5V~+5V之间； i、取下数字万用表的红黑表笔，将AD采集数据线两个端子（红色表示“＋”，白色表示“－”）插入系统操作面板的“V0”和“GND”的插孔中； j、软件操作（参见第一部分中2.2程序的使用）；

【思考题】

（1）确定光敏电阻的亮电阻和暗电阻大致阻值，并考虑影响其阻值的因素；

（2）根据测量结果，总结光敏电阻的伏-安特性和光照特性； （3）总结光敏电阻的恒流偏置、恒压偏置和恒功率偏置的条件；

（4）在光敏电阻的光谱响应特性测试中，是否可以将光敏电阻的两个信号端子分别插入“D-”和“DGND”中？为什么？

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实验二 硅光电池基本特性的测试

光电池是一种不需要加偏压即能把光能直接转换成电能的p-n结光电器件，按光电池的用途可分为两大类：即太阳能光电池和测量光电池。光电池的材料有硒、锗、硅、砷化镓等，其中，最常用的是硅光电池。硅光电池具有性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高、能耐高温辐射，而且它的光谱灵敏度与人眼的灵敏度较为接近，在很多分析仪器和测量仪器中常用到它。

【实验目的】

1、测量硅光电池的特性参数，主要包括伏-安特性、照度-电流电压特性和照度-负载特性，光谱响应特性；

2、根据硅光电池的特性，设计一项具体应用；

【实验原理】

1、硅光电池的伏安特性

（1）硅光电池的伏安特性：表示输出电流和电压随负载电阻变化的曲线。伏安特性曲线是在某一光照度下，取不同的负载电阻值所测得的输出电流和电压画成的曲线。硅光电池接上负载后，主要工作在反向偏置电压或无偏置电压两种模式，其伏安特性如下图所示。

a、反偏工作模式：光电流与偏压、负载电阻几乎无关（在很大的动态范围内），即伏安特性曲线的第三象限；

b、无偏工作模式：光电流随负载电阻变化很大，即伏安特性曲线的第四象限； 由图可以看到，在一定光照下，负载曲线在电流轴上的截距是短路电路Isc，在电压轴上的截距即为开路电压Voc；

2、硅光电池的照度特性

光照下PN结的电流方程为：IL Ip ID SEE I0 eqU/KT 1 ，其中，Ip为光电流，

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ID为无光照时PN结电流；

（1）、硅光电池的短路电流与照度的关系

I当负载电阻为0时，流过硅光电池的电流称为短路电流，则IL ISC，而IC

Sp

SEE

，

短路电流与照度或者光通量成正比，从而得到最大线性区，广泛应用于线性测量中。

（2）、硅光电池的开路电 …… 此处隐藏：2456字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……