光电检测试验报告专业：应用物理学姓名：叶长军学号：10801030125指导教师：王颖实验时间：2011.4重庆理工大学光电信息学院实验一 光敏电阻特性实验实验原理:利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器叫光敏电阻。

光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。

内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为： p n p e n e σμμ∆=∆⋅⋅+∆⋅⋅ ，e 为电荷电量，p ∆为空穴浓度的改变量，n ∆为电子浓度的改变量，μ表示迁移率。

当两端加上电压U 后，光电流为：ph A I U dσ=⋅∆⋅ 式中A 为与电流垂直的表面，d 为电极间的间距。

在一定的光照度下，σ∆为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。

光敏电阻的伏安特性如图1-2所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明电阻值随光照度发生变化。

光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。

图1-2光敏电阻的伏安特性曲线 图1-3 光敏电阻的光照特性曲线 实验仪器:稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（做光照特性测试，由用户自备或选配）实验步骤:1. 测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩盖,用万用表欧姆档测得的电阻值为暗电阻R 暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的阻值为亮电阻R 亮，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光电阻越大，则灵敏度越高。

在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻，试作性能比较分析。

2. 光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流按照图1-5接线，分别在暗光及有光源照射下测出输出电压暗和U 亮，电流L 暗=U 暗/R,亮电流L 亮=U 亮/R ，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。

3. 光敏电阻的伏安特性测试按照上图接线，电源可从直流稳压电源+2~+12V 间选用，每次在一定的光照条件下，测出当加在光敏电阻上电压 为+2V ；+4V ；+6V ；+8V ；+10V ；+12V 时电阻R 两端的电压U R ，和电流数据，同时算出此时光敏电阻的阻值，并填入以下表格，根据实验数据画出光敏电阻的伏安特性曲线。

光敏电阻伏安特性测试数据表（暗光）工作电压 2 4 6 8 10Ur v 0.67 3 5 7 9电阻 K Ω ∞ ∞ ∞ ∞ ∞电流 μA 0 0 0 0 0光敏电阻伏安特性测试数据表（正常环境光照）电压（伏） 2 4 6 8 10Ur v 1.918 3.836 5.754 7.637 9.581电阻K Ω 4.82 4.56 4.56 4.48 4.66电流 μA 17 36 54 73 90光敏电阻伏安特性测试数据表（有光源照射）电压（伏） 2 4 6 8 10Ur v 1.962 3.924 5.886 7.848 9.811电阻K Ω 2.1 2.11 2.0 2.0 1.96电流 μA 18 36 56 76 964. 光敏电阻的光照特性测试按照图1-5接好实验线路，负载电阻R 选定1K ，光源用高亮度卤钨灯，（实验者可仔细调节光源控制旋钮，得到不同的光源亮度），每确定一种亮度后改变测试电路工作电压从0V-12V.从电源电压U CC =2V 开始到U CC =12V ，每次在一定的外加电压下测出光敏电阻在相对光照度从“弱光”到逐步增强的电流数据，即： 1.00R ph U I K =Ω，同时求出此时光敏电阻的阻值，即：cc R g PhU U R I -= 。

这里要求尽量多的测点（不少于15个）不同照度下的电流数据，尤其要在弱光位置选择较多的数据点，以使所得到的数据点能够绘出较为完整的光照特性曲线。

光敏电阻光照特性测试数据表（电压：2 v ）照度电流 0.016 0.069 0.202 0.564 0.623 0.018Ur v 0.118 0.063 0.048 0.042 0.041 0.113光电流μA 20 23 23 23 23 21光敏电阻光照特性测试数据表（电压：4 v ）照度电流 0.021 0.136 0.258Ur v 0.18 0.1 0.09光电流μA 45 48 48光敏电阻光照特性测试数据表（电压：6 v ）照度电流0.029 0.065 0.226 0.368 0.62Ur v 0.39 0.24 0.15 0.13 0.12光电流μA 68 69 72 72 72根据以上实验数据画出光敏电阻的一组光照特性曲线。

实验数据处理：数据处理使用MATLAB软件绘图。

根据以上数据，处理后可得到光敏电阻的伏安特性曲线：根据以上数据，处理后可得到光敏电阻的光照特性曲线：实验结论与讨论：对数据处理后的上图为光电阻伏安特性曲线和光照特性曲线。

本实验原理较为简单，操作简便。

由于实验器件缺少照度计，因此利用万能表测量照度电流。

处理数据时，Ur 是电阻R的电压，对于光敏电阻的电压Ug=U-Ur，还有就是计算过程中要注意单位是否一致。

由于光敏电阻特性随光照变化而变化，在附加有源光照时，一定要对准光敏电阻，否则变化不明显。

实验二光敏电阻的应用-----暗光亮灯电路实验原理:图2-1所示即为“光敏灯控”实验单元内的实际电路,在放大电路中,当光照度下降时晶体管T基极电压升高，T导通,集电极负载LED流过的电流增大,LED发光,这是一个暗通电路.。

实验所需部件:光敏电阻、光敏灯控电路(也可自行用实验选配单元接线)、发光二极管、电压表实验步骤:1.按照仪器面板所示，将光敏电阻对应接入“光敏灯控”单元的“光敏入”，“发光管”端口与工作台上实验模板上的发光管相接。

调节“暗光控制”电位器，，使在实验室光照环境下发光管不亮。

2.然后改变光照条件，分别用白纸、带色的纸和遮光罩改变光敏电阻的光照，当光照变暗到一定程度时发光管跳亮。

这就是日常所用的暗光街灯控制电路的原理。

图2-1 光敏灯控电路3. 根据图2-1暗通电路原理,试设计一个亮通控制电路.实验结论与讨论：通过连接器件后LED发光了，表明实验线路连接正确。

本实验我们对光敏电阻、三极管的原理和工作过程有一定的了解，同时将平时的理论学习与实践相结合起来，在实验过程中动手能力也得到了锻炼。

实验三光敏二极管特性实验实验原理:光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。

光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二极管，无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。

当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。

光敏二极管结构见图3-1。

实验仪器:光敏二极管、稳压电源、负载电阻(实验选配单元中可变电阻)、遮光罩、光源、图3-1光敏二极管原理电压表(自备4 1/2位万用表).、微安表（或自备4 1/2位万用表上的200mA档）、照度计（自备或另购）实验步骤:按图3-2接线,要注意光敏二极管是工作在反向工作电压的。

由于硅光敏二极管的反向电流非常小，所以应视实验情况逐步提高工作电压，如有必要可用稳压电源上的±10V 或±12V 串接。

1. 暗电流测试用遮光罩盖住光电器件模板,选择合适的电路反向工作电压,选择适当的负载电阻。

打开仪器电源，调节负载电阻值，微安表显示的电流值即为暗电流，或用4 1/2位万用表200mV 档测得负载电阻R 上的压降U 暗，则暗电流L 暗=U 暗/R 。

一般锗光敏二极管的暗电流要大于硅光敏二极管暗电流数十倍。

可在试件插座上更换其他光敏二极管进行测试做性能比较。

2. 光电流测试:缓慢揭开遮光罩，观察微安表上的电流值的变化,（也可将照度计探头置于光敏二极管同一感光处，观察当光照强度变化时光敏二极管光电流的变化）或是用4 1/2位万用表200mv 档测得R 上的压降U 光,光电流L 光=U 光/R 。

如光电流较大，则可减小工作电压或调节加大负载电阻。

3. 伏安特性测试实验按上图连接实验线路,光源选用高亮度卤素灯,分别调节至“弱光”、“中光”和“强光”三种照度。

负载电阻用万用表确定阻值1K 欧姆。

将可调光源调至一种照度，每次在该照度下，测出加在光敏二极管上的各反向偏压与产生的光电流的关系数据，其中光电流 1.00R ph U I K =Ω（1K Ω为取样电阻），在三种光照度下重复上述实验。

光敏二极管伏安特性测试数据表（照度： 弱 ）电压（伏） 2 4 6 8U R （伏） 1.974 3.91 5.87 7.84R K Ω 100 100 100 100光电流 0 0 0 0光敏二极管伏安特性测试数据表（照度： 中 ）电压（伏） 2 4 6 8U R （伏） 0.07 0.15 0.23 0.30R Ω 100 100 100 100光电流 19 39 60 76光敏二极管伏安特性测试数据表（照度： 强 ）电压（伏） 2 4 6 8U R （伏） 0.03 0.07 0.11 0.14R Ω 100 100 100 100光电流 20 40 61 81根据实验数据画出光敏二极管的伏安曲线。

数据处理：实验结论与讨论：上图即为光敏二极管的伏安特性曲线。

从图可知，此特性曲线的趋势与标准有一定的偏差。

肯能由于器件、测量数据点较少、光的强度不明显引起。

随着反向电压的增加，光电流先增加，后趋于水平，由于光强度的增加，曲线具有层次感，向上升。

光敏二极管暗电流很小，虽然提高了反向电压，但还是有可能不易测得。

测试光电流时要缓慢地改变光照度，以免测试电路中的微安表指针打坏。

实验九红外光敏管应用-----红外检测实验所需部件:红外光敏二极管及三极管、红外检测电路单元、红外发射管、光源、其他热源、LED发光二极管s实验步骤:1.图9-1为“红外检测”实验单元内的电原理图，将红外光敏二极管（或红外光敏三极管）接入电路“红外光敏”端口，单元电路上的“发光管”端口接光电器件模板上的发光二极管作为电路输出状况显示之用，接入时注意元件极性。

2.打开光源照射红外光敏管，观察电路输出端电压是否有变化。

所接LED发光管有什么变化。

3.将红外发光管按照图1-6接通并照射红外光敏管，看电路是否动作。

红外发光二极管,看电路是否能动作。

图1-6实验结论与讨论：通过本实验对红外检测电路及器件的使用条件有了进一步的了解，在实验中应注意：因红外发射管的发射光谱是不可见光，所以如以红外发射管作为光源照射电路不动作可能是光功率偏小，或者是红外发射与红外接收光敏管光谱特性不太一致，光敏接收管光电流小而使电路不动作。

实验二十 光栅衍射实验——光栅距的测定实验目的：了解光栅的结构及光栅距的测量方法。