硅光電池特性測試實驗--傳感器實驗
一、實驗目的
了解光敏二極管的原理和特性。
二、實驗儀器
光電傳感器實驗模塊、恒流源、直流穩壓電源、數顯單元、萬用表
三、實驗原理
光電二極管主要是利用物質的光電效應，即當物質在一定頻率的照射下，釋放出光電子的現象。當光照射半導體材料的表面時，會被這些材料內的電子所吸收，如果光子的能量足夠大，吸收光子后的電子可掙脫原子的束縛而溢出材料表面，這種電子稱為光電子，這種現象稱為光電子發射，又稱為外光電效應。當外加偏置電壓與結內電場方向一致，PN結及其附近被光照射時，就會產生載流子（即電子-空穴對）。結區內的電子-空穴對在勢壘區電場的作用下，電子被拉向N區，空穴被拉向P區而形成光電流。當入射光強度變化時，光生載流子的濃度及通過外回路的光電流也隨之發生相應的變化。這種變化在入射光強度很大的動態范圍內仍能保持線性關系。
當沒有光照射時，光電二極管相當于普通的二極管。其伏安特性是
式中I為流過二極管的總電流,I
s為反向飽和電流，e為電子電荷，k為玻耳茲曼常量，T為工
作絕對溫度，V為加在二極管兩端的電壓。對于外加正向電壓，I隨V指數增長，稱為正向電流；當外加電壓反向時，在反向擊穿電壓之內，反向飽和電流基本上是個常數。
當有光照時，流過PN結兩端的電流可由下確定：
式中I為流過光電二極管的總電流,I
s為反向飽和電流，V為PN結兩端電壓，T為工作絕對溫度，I
p為產生的反向光電流，S為電流靈敏度，P為入射光功率。從式中可以看到，當光電二極管處于零偏時，V=0，流過PN結的電流I=I
p；當光電二極管處于負偏時（在本實驗中取V=-4V），流過PN結的電流I=I
p-I
s。因此，當光電二極管用作光電轉換器時，必須處于零偏或負偏狀態。
圖44-1 光電二極管光電信號接收框圖
上圖是光電二極管光電信號接收端的工作原理框圖，光電二極管把接收到的光信號轉變為與之成正比的電流信號，再經I/V轉換模塊把光電流信號轉換成與之成正比的電壓信號。
四、實驗內容與步驟
1、光敏二極管置于光電傳感器模塊上的暗盒內，其兩個引腳引到面板上。通過實驗導線將光電二極管接到光電流/電壓轉換電路的VD兩端、光電流/電壓轉換輸出接直流電壓表20V檔。
2、打開實驗臺電源，將+15V電源接入傳感器應用實驗模塊。將光電二極管“+”極接地或者-15V。
3、0～20mA恒流源接LED兩端，調節LED驅動電流改變暗盒內的光照強度。記錄光電流/電壓轉換輸出Uo
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I (cd) |
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驅動電流 |
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Uo1 (V) |
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零偏 |
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Uo2 (V) |
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負偏 |
五、實驗報告
1．根據記錄的數據，作I－Uo曲線。
