硅光电池参数

第３４卷第３期　中国测试技术　２００８年５月　ＣＨＩＮＡ　ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ＆ＴＥＳ￣ＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．３　Ｍａｙ　２００８　

基于硅光电池的色度测量系统设计　

肖韶荣，朱　平，赵艳清　

（南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京２１００４４）　

摘要：用光纤束传送经过变换的探测光脉冲序列，并投射到被测物体表面，或者传送到积分球再透射到　被测物体表面，可获得四种色度测量几何条件；分别由置于积分球的三个作了光谱校正的硅光电池检测被　物体待测表面反射的光信号，用精密调理电路将光电池输出的电流信号转换为可被单片机系统采集的电　压信号；用ｉ　。近似表达　。的蓝色区域刺激值，通过软件校正三刺激值测量方程的有关因子。　关键词：色度计；积分球；光纤束；硅光电池；单片机技术　

中图分类号：ＴＭ９１４．４　１；ＴＮ２４７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－－４９８４（２００８）０３—００２０—０４　

Ｃｈｒｏｍｉｎａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｐｈｏｔｏ－ｃｅｉｌｓ　

ＸＩＡＯ　Ｓｈａｏ－ｒｏｎｇ，ＺＨＵ　Ｐｉｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｙａｎ－ｑｉｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｉａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００４４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｉｇｈｔ　ｐｕｌｓｅｓ　ｆｒｏｍ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ　ｂｙ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｂｅａｍ，ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｏｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ｓｐｈｅｒｅ，ｔｈｅｙ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｂｊｅｃｔ　ｔｏ　ｂｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｆｏｕｒ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｍａｙ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｂｊｅｃｔ　ｗａｓ　ｄｅｔｅｃｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｒｅｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｐｈｏｔｏ－ｃｅｌｌｓ　ｐｌａｃｅｄ　ｏｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ｓｐｈｅｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ　ｉｎ　ｓ￣ｅｔｘ＇ｕｍ　ｗｉｔｈ　ｆｉｌｔｅｒｓ　ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｗｅｒｅ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ　ｔｏ　ｔｒａｎｓｌａｔｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｅｌｌｓ　ｉｎｔｏ　ＤＣ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｗｈｉｃｈ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ＳＣＭ　ｓｙｓｔｅｍ．Ａｎｄ　ｉｌ０　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｅｘｐｒｅｓｓ　ｌ０　ｉｎ　ｂｌｕｅ　ｒｅｇｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｉｍｕｌｕｓ　ｖａｌｕｅ　ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｍａｙ　ｂｅ　ｒｅｖｉｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｏｂｊｅｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒ；Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ｓｐｈｅｒｅ；Ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｂｅａｍ；Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｐｈｏｔｏ—ｃｅｌｌ；ＳＣＭ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

YYSZXB36硅光电池与电荷耦合器件测量光强性能比较

魏芳波1,王安福1,朱喜仲2,胡成香2

(1.郧阳师范高等专科学校　物理与电子工程系,湖北丹江口442700;

2.汉江集团　碳化硅公司,湖北丹江口442700)

[摘　要]硅光电池与电荷耦合器件(CCD)均可作为光电探测器,但在测量光强时由于结构和制造过程的

不同具有各自优势.从结构和基础差异的角度,结合测量激光参数,对二者的探测性能进行了比较.

[关键词]硅光电池;CCD;光电探测器;图像采集

[中图分类号]O472 [文献标识码]A [文章编号]1008—6072(2006)06—0036—03

目前半导体光电探测器在数码摄像、光通信、太阳电

池等领域得到广泛应用,硅光电池是半导体光电探测器的

一个基本器件,在一定时期得到广泛应用.近年来,由于电

荷耦合器件(CCD)所具有的突出优点,使电荷耦合器件

(CCD)的应用已深入到各个领域,现已成为跨行业、跨专

业多方面应用的一种光电产品.两者均可作为光强探测仪

器,在某些领域相互补充和相互交叉.研究硅光电池与电

荷耦合器件(CCD)的测光性能不同点,可为我们在研究光

学时选取元件做重要参考.

1　硅光电池与CCD的光电转换原理

1.1　硅光电池的结构和工作原理

硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元,硅光

电池是一个大面积的光电二极管,它被设计用于把入射到

它表面的光能转化为电能.

图1硅光电池结构示意

光电池的基本结构如图1所示,当半导体PN结处于

零偏或反偏时,在它们的结合面耗尽区存在同一内电场,

当有光照时,入射光子将把处于价带中的束缚电子激发到导带,激发出的电子空穴对在内电场作用下分别飘移到N

型区和P型区,当在PN结两端加负载时就有一光生电流

流过负载.流过PN结两端的电流为:

I=Is(eeVkT-1)+Ip(1)

式(1)中Is为饱和电流,V为PN结两端电压,T为绝

对温度,V为产生的光电流.从式中可以看到,当光电池处

于零偏时,V=0,流过PN结的电流I=Ip;当光电池处于

硅光电池基本特性的研究

太阳能是一种清洁能源、绿色能源，许多国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究和利用。硅光电池是一种典型的太阳能电池，在日光的照射下，

可将太阳辐射能直接转换为电能，具有性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，转

换效率高，能耐高温辐射等一系列优点，是应用极其广泛的一种光电传感器。因

此，在普通物理实验中开设硅光电池的特性研究实验，介绍硅光电池的电学性质

和光学性质，并对两种性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。

[实验目的]

1．测量太阳能电池在无光照时的伏安特性曲线； 2.测量太阳能电池在光照时的输出特性，并求其的短路电流 I SC 、开路电压 UOC 、最大FF

3.测量太阳能电池的短路电流 I 及开路电压U 与相对光强 J /J0 的关系，求出它们的近似函数关系；

[实验原理]

1、硅光电池的基本结构 目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应

用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原

理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池

产生机理。

图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P

型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，

扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，形成一个势

垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在

PN结两侧形成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。当PN结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒加

强；当PN结正偏时，外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外电场作用下变窄，

零偏 反偏 正偏

图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区 势垒削弱，使载流子扩散运动继续形成电流，此即为PN结的单向导电性,电流方

第２Ｏ卷第１期　

２００７年３月出版　大学物理实验　

ＰＨＹＳＩＣＡＬ　ＥＸＰＥ　ＭＥＮＴ　ＯＦ　ＣＯＵ正ＧＥ　Ｖｏ１．２０　Ｎｏ．１　

Ｍａｒ．　２Ｏ０ｒ７　

文章编号：１００７—２９３４（２００７）０１—０００６—０２　

用硅光电池制作光功率计实验　

韦晓茹　居戬之　朱亚一　

（苏州大学，苏州，２１５００６）　

摘　要介绍使用运算放大器以及硅光电池制作光功率计的原理以及制作的过程。实　

验涉及到运算放大器以及硅光电池光谱响应等基础知识。　

关键词光功率计；硅光电池；光谱响应　

中图分类号：ＴＮ　２０１　文献标识码：Ａ　

１　引言　

在光电实验中，有关光电传感器的实验很多，比如测量光电二极管、光电池的伏安特　

性、光照特性等，这些实验都是属于验证性实验，难度很小。为了增强学生对所学知识的　

理解能力以及灵活应用它们，有必要增加一些综合性的实验。本文介绍了一个应用硅光　

电池制作简易光功率计的一个综合性实验，实验中用到的知识包括模拟电路、光电池的光　

谱响应等方面。　

２实验原理　

２．１实验器材　．　

本实验所用的器材包括硅光电池，半导体激光器（波长为６５０ｎｍ）、数字万用表以及一　

块透明的电路模板，电路模板的背面已焊接一片运算放大器ＣＡ３１４０，同时模板上用铆钉　

做了很多金属孔，这些金属孔是为了实验中接人其他部件而做的。　

２．２实验原理　

具体实验的电原理图如图１所示。　

图１实际上是一个Ｉ—Ｖ（电流一电压）转换器。根据硅光电池［。］的工作原理可知：在　

线性测量中光电池必须工作在短路状态下。由理想运算放大器　］的特点可知：图１中光　

电池工作在短路状态下，　＝　＝　＝　（　）ｓ　（　），　为光电池的短路电流，　为光电池　

的光生电流，Ｓ。（　）为光谱灵敏度，　（　）为人射光功率。运算放大器的输出可表示为：　

Ｖ＝　＝　吩＝　＝　。（　）Ｓ。（　）吩　（１）　

２．３　Ｒ，的选取　

收稿日期：２００７一Ｏｌ一０３　

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——　维普资讯 利用图１制作ｍＷ级光功率计，必须考虑