光电管特性的研究讲义

光电效应的研究【实验目的】1. 研究光电流与极间电压的关系。

2. 研究光电流与光通量之间的关系。

3. 掌握光电管的一些主要特性，学会正确使用光电管。

【实验仪器】光电效应实验仪。

仪器包括以下部分：-12V～24V稳压电源，光源用可调电源0～15V，数字电压表（-12V～24V），数字电流表（实验时为180～600mA），光电管电压调节电位器，光源（小灯泡）电流调节电位器，分档的高灵敏度电流计（0～20µA， 0～200µA）。

暗箱，内包括光电管，小灯泡及光源距离调节刻度尺。

【预习要求】1. 参考数据记录表，拟定测量步骤。

2. 初步了解光电管的主要特性以及实验装置的结构特点。

【研究内容与方法】1. 测伏安特性：(1) 打开仪器电源开关，将微电流量程转换开关旋到“200µA”（如实验数据较小可选择“20µA”量程），检查确认仪器工作正常（电流调节应调至最小值）。

根据原理图3，接好线路（即仪器微电流输入连接线“Q9端”连接到仪器主机，微电流输入连接线“＋”“－”分别接暗箱光电流输出“＋”“－”；仪器光源电源“＋”“－”分别接暗箱光源电源“＋”“－”）；调节输出电流调节电位器使小灯电流为规定值I L，建议参考值为250mA，在实验过程中小灯泡电流要始终保持I L不变；顺时针调节电压调节电位器，电压表显示值为正，此时在光电管上加正电压，逆时针调节电压调节电位器，电压表显示值为负，此时在光电管上加负电压。

(2) 使光源与光电管阴极的距离保持一定，调节“光电管电压调节”电位器，使光电管电压由零开始逐渐升高，同时测出若干个电压下的光电流IΦ。

(3) 调节（逆时针）“光电管电压调节电位器”，在光电管两端加上反向电压（即负电压），调节光电管电压由零开始逐渐减小（即负的增加），测出若干个电压下的光电流IΦ。

(4) 光电流IΦ为0时的电压即为反向截止电压Va。

(5) 改变光源与光电管阴极的距离，重复（1）-（4）步骤，绘制两条伏安特性曲线。

光电管特性的研究.(DOC)光电管是一种转换光信号为电信号的电子学元件，也被称为光电二极管。

它的原理是光电效应，即光引起半导体中的电子跃迁，使其产生电荷，并使得光电管形成电流输出。

光电管具有很好的线性性和高速性能，被广泛应用于光电通信、光谱分析、遥感技术、光学测量等各个领域。

本文主要研究光电管的特性。

一、光电管的工作原理光电管的结构一般由光敏元件、放大器和输出接口三部分组成。

其中，光敏元件是本元件的核心部分，其内部由光电阴极和阳极组成。

光电阴极由光敏材料制成，通常是碱金属或硅酸盐材料，它的工作原理是光电效应。

当光照射到光电阴极上时，光子会使得光电阴极内部的电子跃迁，从而产生电荷，这些电荷便成为光电流的形式输出。

阳极则主要起到收集光电阴极所产生的光电流的作用。

光电管的放大器一般采用光电管光电效应放大器，电子从光电阴极发射后，经过放大器放大后形成光电流。

这个过程可以通过不同的放大器电路来实现。

二、光电管的特性1. 光电流与光照强度关系光电管的输出光电流与光照强度是成正比例关系的，这种关系反映了光电管对光的灵敏度。

灵敏度高的光电管可以对低强度光源产生足够的响应。

光电流与反向电压之间存在一定的关系，即光电流随着反向电压增大而减小。

这是由于在反向电压下，光电流就需要克服外部电势阻力才能达到阳极，所以光电流会逐渐降低。

光电管的封装通常是半导体材料，而半导体材料与温度的关系密切。

随着温度的升高，光电流也会逐渐增大，但是增长速度很慢。

4. 噪声噪声是光电管的一个重要特性，它是指输出信号中不希望出现的随机变化。

光电管的噪声主要来自光电阴极本身，因为光敏材料内部的电子运动是随机的。

随着技术的不断进步，噪声大大降低，光电管的性能得到了极大提升。

三、应用光电管是一种非常重要的光电元件，它的应用范围非常广泛。

目前主要应用于下列几个领域：1. 通讯技术光电管在通讯技术中被广泛应用，例如光电调制器、光电探测器和光放大器等。

这些光电元件对于视觉和声学信号的处理具有重要作用。

实验一光电效应1887年，赫兹在研究电磁辐射时意外发现，光照射金属表面时，在一定的条件下，有电子从金属的表面溢出，这种物理现象被称作光电效应，所溢出的电子称光电子。

由此光电子的定向运动形成的电流称光电流。

1888年以后，W.哈尔瓦克斯、A.Γ.斯托列托夫、P.勒纳德等人对光电效应进行了长时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实：1.光强一定时，光电管两端电压增大时，光电流趋向一饱和值。

对于同一频率不同光强时，光电发射率（光电流强度或逸出电子数）与光强P成正比，见图1(a)、(b)。

2.对于不同频率的光,其截止电压不同，光电效应存在一个阈频率（截止频率、极限频率或红限频率），当入射光频率 低于某一阈值时，不论光的强度如何，都没有光电子产生，见图1（c）、（d）。

3.光电子的动能与入射光强无关，但与入射光的频率成线性关系。

4.光电效应是瞬时效应，一经光束照射立即产生光电子。

图1 光电效应规律上述实验事实用麦克斯韦的经典电磁理论无法作出圆满的解释。

1905年，爱因斯坦用光量子理论圆满解释了光电效应，并得出爱因斯坦光电效应方程。

后来密立根对光电效应展开全面的实验研究，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性，并精确测出普朗克常数h。

因为在光电效应等方面的杰出贡献，爱因斯坦和密立根分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。

光电效应和光量子理论在物理学的发展史上具有划时代的意义，量子论是近代物理的理论基础之一。

而光电效应则可以给量子论以直观鲜明的物理图像。

随着科学技术的发展，利用光电效应制成的光电元件在许多科技领域得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。

本实验利用“减速电势法”测量光电子的动能，从而验证爱因斯坦方程，并测得普朗克常数。

经过本实验有助于进一步理解量子理论。

【实验目的】1．通过实验了解光的量子性。

2．测量光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压。

3．验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗克常数。

实验十一光电管特性研究【实验目的】１．研究光电管的光电流与其极间电压的关系；研究光电流与光通量之间的关系；验证光电效应第一定律。

2。

掌握光电管的一些主要特性，学会正确使用光电管。

［实验仪器］暗匣一个（内装光电管及小灯）；光电效应实验仪一台,仪器内包括：２４V 稳压电源、12V稳压电源、3½位数字电压表和电流表，分别指示光电管电压、光源电流和光电流、调节光电管电压的电位器、调小灯电流的可变电阻。

【仪器描述】ＧD－I型光电效应实验仪是一组成套仪器,包括暗箱一只,实验仪一台共两件.使用这套仪器可以进行光电效应的研究,测定光电管的伏安特性和光电特性。

仪器采用暗箱结构，关闭箱盖后，箱内即成为一个微型暗室，外界光线不能射入,作为点光源的灯泡装在活动支架上，并可在暗箱外调节，以改变灯泡到光电管的距离.有了暗箱,实验即可在明亮房间内进行，给实验操作增加了方便。

实验仪包括两路完全独立的稳压电源和一个高灵敏度的电流计。

实验仪面板如图1所示。

当面向仪器面板时,左侧24Ｖ稳压电源，并且内附电位器调压装置，在接线柱上可获得0~２４Ｖ连续可变的电压，该电压由电压表显示.右侧为1２Ｖ稳压电源并内附可变电阻电流调节装置，在接线柱上连接灯泡后可连续调节灯泡的发光度，电流值由电流表显示。

推荐的灯泡电流值为4０0~50０ｍＡ。

【仪器使用】按图2所示,用导线将实驻仪和暗箱连接起来.仪器的面板示意图如图1所示.实验仪上的红色接线柱为输出电压的正端，黑色为负端。

暗箱光电管的红色接线柱为光电管的阳极，黑色接线柱为光电管的阴极。

暗箱下端有一抽板，上有标尺，作光源用的小灯固定在抽扳上，抽板可抽出或推进,以改变光源与光电管之间的距离.实验仪上还有光电管的电压和光源电流可供调节,其电压和电流值由相应的数字表读出.具体实验步骤参阅实验讲义中的实验步骤部分。

【注意事项】l。

灯泡电流的稳定与否对实验结果影响很大,必须做到接触良好。

当发现光电流不稳定时，应首先检查灯泡插座及接线是否良好.2．高灵敏度电流计的测量范围为0-10µA，因电流计内放大器的动态范围的限制,在测量１0µＡ以上电流时会引起较大的误差。

一、实验目的1. 了解光电管的基本结构和工作原理。

2. 研究光电管的伏安特性，分析不同电压对光电流的影响。

3. 探究光电管的截止电压与入射光频率的关系。

4. 验证光电效应方程，并测定普朗克常量。

二、实验原理光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面会发射出电子的现象。

光电效应的实验原理如图1所示。

入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。

改变外加电压，测量出光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。

光电效应的基本实验事实如下：1. 对应于某一频率，光电效应的I-U关系如图2所示。

从图中可见，对一定的频率，有一电压U0，当时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。

2. 当U>U0后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比。

3. 对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。

4. 截止电压U0与频率v的关系如图4所示，与v成正比。

当入射光频率低于某极限值（随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。

5. 光电效应是瞬时效应。

即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于v0，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10^-9秒的数量级。

根据爱因斯坦的光量子理论，光子能量E与频率v的关系为E=hv，其中h为普朗克常量。

光电效应方程为E=hf=φ+KEmax，其中φ为金属的逸出功，KEmax为光电子的最大动能。

当光电子的最大动能KEmax为0时，对应的截止电压U0为U0=φ/hv。

三、实验仪器与材料1. 光电管2. 汞灯3. 光栅单色仪4. 电压表5. 微电流计6. 滑线变阻器7. 电阻箱8. 信号发生器9. 数据采集器10. 计算机及实验软件四、实验步骤1. 将光电管接入电路，调节滑线变阻器，使电压表显示为零。

2. 调节汞灯，使光栅单色仪的出射光垂直照射到光电管阴极上。

3. 调节电压表，使电压逐渐增加，同时观察微电流计的读数。

一、实验目的1. 理解光电效应的基本原理。

2. 掌握光敏电阻和光电管的光电特性。

3. 通过实验，分析光敏电阻和光电管在不同光照条件下的电阻和电流变化。

4. 学习使用光电效应实验装置，测定普朗克常量。

二、实验原理光电效应是指当光照射到某些物质表面时，物质表面的电子吸收光子的能量而逸出，形成电流的现象。

根据爱因斯坦的光电效应方程，光电子的最大动能与光子的能量成正比，与光的频率有关，而与光的强度无关。

光敏电阻是一种利用光电效应原理工作的传感器，其电阻值随光照强度的变化而变化。

光电管是一种利用光电效应将光信号转换为电信号的器件，其输出电流与入射光的强度成正比。

三、实验仪器与材料1. 光电效应实验装置2. 光敏电阻3. 光电管4. 可调光源5. 电流表6. 电压表7. 数据采集系统8. DataStudio软件四、实验内容及步骤1. 光敏电阻光电特性测试(1) 将光敏电阻接入电路，测量其在不同光照强度下的电阻值。

(2) 使用数据采集系统记录光敏电阻在不同光照强度下的电阻值。

(3) 分析光敏电阻的光电特性曲线，研究电阻值与光照强度的关系。

2. 光电管光电特性测试(1) 将光电管接入电路，调整光源的强度，测量不同光照强度下的光电流。

(2) 使用数据采集系统记录光电管在不同光照强度下的光电流。

(3) 分析光电管的光电特性曲线，研究光电流与光照强度的关系。

3. 普朗克常量测定(1) 调整光源的频率，测量光电管在不同频率下的光电流。

(2) 使用数据采集系统记录光电管在不同频率下的光电流。

(3) 根据光电效应方程，计算普朗克常量。

五、实验结果与分析1. 光敏电阻的光电特性曲线显示，随着光照强度的增加，光敏电阻的电阻值逐渐减小，呈现出线性关系。

2. 光电管的光电特性曲线显示，随着光照强度的增加，光电流逐渐增大，呈现出线性关系。

3. 通过实验测定的普朗克常量与理论值相符，验证了光电效应方程的正确性。

六、实验结论1. 光敏电阻的光电特性曲线表明，其电阻值与光照强度呈线性关系。

光电管特性的研究.(DOC)
光电管是一种用于探测和测量光信号的电子器件，它能够将光能转化为电能。

光电管具有以下特性：
1. 光电效应：光电管中的光电子会通过光电效应从材料中释放出来。

当光子击中光电管的物质表面时，光子的能量将被吸收，使得束缚在物质中的电子受到激发而跃迁到导带中。

这些自由电子将能够产生电流，并且其强度正比于入射光的强度。

2. 光电增益：光电管中的光电子受到光子的激发后会进一步通过电子和空穴的扩散与增强效应而产生电流。

这种增益效应可以提高光电管的灵敏度和响应速度。

3. 波长选择性：不同材料的光电管对不同波长的光信号具有不同的响应特性。

一些特定的光电管可以选择性地对某一波长范围内的光信号进行检测，这使得光电管可以用于光谱分析和光学测量中。

4. 灵敏度：光电管具有高灵敏度的特性，即它能够很敏感地探测到较弱的光信号。

这使得光电管成为一种重要的光学探测器件，广泛应用于光通信、光测量和光谱仪器等领域。

5. 响应速度：光电管具有较快的响应速度，可以在微秒以下的
时间内完成对光信号的探测和转换。

这使得光电管非常适用于高速光信号的测量和检测。

6. 非线性特性：光电管的输出电流与入射光信号之间不一定是线性关系。

在较高的光强下，光电管可能会出现饱和现象，即输出电流不再随光强的增大而线性增加。

因此，在应用中需要注意光电管的工作范围和线性度。

通过对光电管特性的研究，可以进一步了解其工作原理、优缺点以及适用范围，为光电管的设计和应用提供指导。

这些特性的研究也可以推动光电管技术的发展，提高其灵敏度、响应速度和波长选择性，以满足不同领域的需求。

光电效应与光电管光电效应与光电管的特性与应用光电效应与光电管：特性与应用引言：光电效应与光电管是现代光电子技术的重要组成部分。

光电效应指光照射到物质表面时，光子能量转化为电子能量的现象。

光电管则是利用光电效应制作的器件，用于检测、测量和转换光信号。

本文将详细探讨光电效应的基本原理、光电管的特性及其在科技领域的应用。

一、光电效应的基本原理光电效应是指当光照射到金属等物质的表面时，导致电子从固体表面解离的现象。

这一现象的发现对于光与电的关系的理解具有重要意义。

光电效应发生的条件是光子具有足够的能量，即能量大于物质的逸出功。

当光子能量大于逸出功时，光子与金属表面的电子发生碰撞，并将一部分能量传递给电子。

这些能量较大的电子具备逸出金属的能力，因此从金属表面逸出，形成自由电子。

这些自由电子可被捕获并用于电流电压的产生。

二、光电管的特性光电管是利用光电效应制作的电子器件，其具有以下特性：1. 增益效应：光电管通过光电效应产生的电子可被放大，享受增益效应。

这使得光电管适用于需要放大微弱光信号或将光信号转换为电信号的应用。

2. 灵敏度：光电管对光信号的转换具有高度的灵敏度。

即使在非常低的光强下，光电管仍能够产生可观测的电信号，从而提高了测量的准确性。

3. 快速响应时间：光电管具有非常快速的响应时间，能够迅速将光信号转换为电信号。

这使得光电管在需要高频率响应的应用中具备重要意义，例如通信领域的光传输系统。

4. 宽波长范围：光电管对于不同波长的光信号具有较宽的接收范围。

这使得光电管可以应用于各种光谱范围内的测量和检测任务。

三、光电管的应用光电管的特性决定了它具有广泛的应用领域。

以下是一些主要的应用示例：1. 光通信：光电管作为光接收器件，在光通信系统中扮演重要角色。

它能够将光信号转换为电信号，并通过电路传输到接收端，实现光信号的传输和解码。

2. 光测量：光电管对光信号的高灵敏度和快速响应时间使其成为光测量领域的关键器件。