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光电探测器特性测量实验报告实验目的：1.了解光电探测器的基本原理和工作方式；2.掌握光电探测器的特性测量方法；3.分析光电探测器的特性曲线。
实验仪器：1.光电探测器：用于将光信号转换为电信号，并测量光电流的大小。
2.光源：用于提供光信号，可以调节光强度。
3.测量设备：包括电流表、电压表和电阻箱，用于测量和调节光电流、光电压和负载电阻。
实验原理：光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，其基本原理是利用光电效应。
当光照射到光电探测器的光敏面时，光子的能量会使光敏物质中的电子获得足够的能量而逸出，形成电子空穴对。
通过施加电场，将电子和空穴分离，形成电流，即光电流。
光电探测器的输出信号主要有光电流和光电压两种形式。
实验步骤：1.将光电探测器连接到电流表，将电阻箱调节到最大电阻，打开光源，并调节光强度到合适的数值。
2.记录电流表的读数，即为光电流的大小。
3.将光电探测器连接到电压表和负载电阻，调节电阻箱的电阻，使光电压维持一定的数值。
4.记录电压表和电流表的读数，并计算光电阻和负载电阻之间的电流。
5.将光电压和光电流绘制成特性曲线。
实验结果：根据记录的数据，得到了光电流和光电压的大小，并绘制了光电流-光电压特性曲线。
实验讨论：通过特性曲线的分析，可以看出光电探测器的工作特性。
在一定范围内，光电流随光电压的增加而增加，并呈线性关系。
当光电压达到一定值时，光电流趋于饱和，不再随光电压的增加而增加。
这是因为在较低的光电压下，光电子所带的能量与光电子轰击表面所需的能量相差较大，导致轰击效率较低。
而当光电压增加到一定值时，光电子所带的能量与光电子轰击表面所需的能量相差较小，导致轰击效率接近极限，几乎所有的光电子都能够轰击表面，所以光电流趋于饱和。
实验结论：本实验中，我们通过测量光电流和光电压的大小，得到了光电探测器的特性曲线，并根据曲线分析得出了光电探测器的工作特性。
实验结果与理论相符合，证明了光电探测器的基本原理和工作方式。
光电探测器特性测量实验实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司所有不得翻印光电探测器特性测量实验一、 引言光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号，然后经过信号处理，去实现某种目的，它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。
因此，无论是设计还是使用光电系统，深入了解光电探测器的性能参数都是很重要的。
通常，光电探测器的光电转换特性用响应度表示。
响应特性用来表征光电探测器在确定入射光照下输出信号和入射光辐射之间的关系。
主要的响应特征包括：响应度、光谱响应、时间响应特性等性能参数。
本实验内容主要是光电探测器性能参数测量和光电探测器的一般使用方法，并专门列举了几种常用的光电探测器的使用方法。
第一部分 光电探测器光谱响应度的测量光谱响应度是光电探测器的基本性能参数之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。
通常热探测器的光谱响应较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。
一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接收到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1-1所示。
一.基本原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度()λRv 定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为()()()λλλP V Rv = （1-1） 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示()()()λλλP I R i = （1-2） 式中，()λP 为波长λ时的入射光功率；()λV 为光电探测器在入射光功率()λP 作用下的输出信号电压；()λI 则为输出用电流表示的输出信号电流。
这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得入射光功率为()λP 时的输出电压为()λf V 。
若用f R 表示热释电探测器的响应度，则显然有()()f f f K R V P λλ=（1-3）这里f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘积，即总的放大倍数。
光电探测器特性测量实验实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司所有不得翻印光电探测器特性测量实验一、 引言光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号，然后经过信号处理，去实现某种目的，它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。
因此，无论是设计还是使用光电系统，深入了解光电探测器的性能参数都是很重要的。
通常，光电探测器的光电转换特性用响应度表示。
响应特性用来表征光电探测器在确定入射光照下输出信号和入射光辐射之间的关系。
主要的响应特征包括：响应度、光谱响应、时间响应特性等性能参数。
本实验内容主要是光电探测器性能参数测量和光电探测器的一般使用方法，并专门列举了几种常用的光电探测器的使用方法。
第一部分 光电探测器光谱响应度的测量光谱响应度是光电探测器的基本性能参数之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。
通常热探测器的光谱响应较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。
一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接收到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1-1所示。
一.基本原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度()λRv 定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为()()()λλλP V Rv = （1-1） 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示()()()λλλP I R i = （1-2） 式中，()λP 为波长λ时的入射光功率；()λV 为光电探测器在入射光功率()λP 作用下的输出信号电压；()λI 则为输出用电流表示的输出信号电流。
这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得入射光功率为()λP 时的输出电压为()λf V 。
若用f R 表示热释电探测器的响应度，则显然有()()f f f K R V P λλ=（1-3）这里f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘积，即总的放大倍数。
光电探测器特性测试王凤鹏编写实验教学目的：1、学习常见光电光电探测器的工作原理和使用方法；2、掌握光电二极管、光电池的光照度特性及其测试方法；3、掌握光电二极管、光电池的伏安特性并其测试方法；4、了解光照度的基本知识和测量原理、方法。
学生实验内容：1、光电二极管的光照度特性测试2、光电二极管伏安特性测试3、光电池的光电特性测试4、光电池负载特性测试实验教学仪器：光电二极管，电压源，发光二极管，光电池，照度计，电流表，电压表。
实验教学课时：4学时（其中讲授及演示1学时，学生实验及指导3学时）实验教学方式：理论讲授、指导学生实验，以指导为主，培养学生动手操作能力、独立思考能力和创新能力。
教学重点：光电效应及其分类、光电探测器特性的测试方法、光电探测器特性的意义。
实验教学内容：一、实验原理1、光电效应光电探测器件的物理基础是光电效应。
光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。
在光线作用下，物体的电子逸出物体表面、向外发射的现象称为外光电效应。
基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
内光电效应是指光与物体内的电子作用后，电子不逸出物体外，而是在物体内使导电率发生变化（光电导效应）或产生电动势（光生伏特效应）的现象。
光敏电阻就是基于光电导效应的。
本实验所研究的光电二极管和光电池则是基于光生伏特效应的光电探测器。
2、光电二极管工作原理和特性光敏二极管是一种PN结单向导电性的结型光电器件，在电路中通常工作在反向偏压状态，其原理电路如图5.1所示。
图5.1 光电二极管工作原理当无光照时，处于反偏的光电二极管工作在截止状态，这时只有少数载流子在反向偏图5.2 光电二极管光照特性 图5.3 光电二极管伏安特性 当光电二极管受到光照时，PN 结附近受光子轰击，吸收光子能量后产生电子-空穴对，从而使P 区和N 区的少数载流子浓度大大增加。
因此在外加反偏电压和内电场的作用下，P 区少数载流子（电子）渡过势垒区进入N 区，同样N 区的少数载流子（空穴）也渡过势垒区进入P 区，从而形成光电流。
光电探测器特性测量实验报告实验1 光电探测器光谱响应特性实验实验目的1. 加深对光谱响应概念的理解；2. 掌握光谱响应的测试方法；3. 熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。
实验内容1. 用热释电探测器测量钨丝灯的光谱特性曲线；2. 用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。
实验原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度()v R λ定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为()()()v V R P λλλ=(1-1) 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示()()()i I R P λλλ=(1-2) 式中，()P λ为波长为λ时的入射光功率；()V λ为光电探测器在入射光功率()P λ作用下的输出信号电压；()I λ则为输出用电流表示的输出信号电流。
为简写起见，()v R λ和()i R λ均可以用()R λ表示。
但在具体计算时应区分()v R λ和()i R λ，显然，二者具有不同的单位。
通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射,然后测量在各种波长的辐射照射下光电探测器输出的电信号()V λ。
然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率()P λ需要利用参考探测器（基准探测器）。
即使用一个光谱响应度为()f R λ的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。
由参考探测器的电信号输出（例如为电压信号）()f V λ可得单色辐射功率()=()()f P V R λλλ，再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。
本实验采用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率()P λ ，这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得()P λ入射时的输出电压为()f V λ。
光伏探测器光电特性实验光电二极管与光电池是根据光伏效应制成的pn 结光电器件，短路电流与入射光强成正比是其一个突出优点，在精确测量光强时常用作光探测器。
光敏电阻是基于光电导效应原理工作的半导体光电器件，灵敏度高，体积小，重量轻，常用于自动化技术中的光控电路。
【实验目的】1. 观测光电二极管的光电特性；2. 观测光电池的光电特性。
【仪器仪器】光电二极管，光电池，直流电源，小灯泡（6V ，0.15A ），数字万用电表两块（其中一块表有直流电流200A μ量程），电阻箱，实验暗箱等。
如图1所示。
图1 光伏探测器光电特性实验仪实验装置技术指标1．直流电源 0-4V 连续可调，显示分辨率0.01V ； 2．电阻箱0-99999.9Ω可调，分辨率0.1Ω； 3．数字万用表 电流测量分辨率0.01A μ（20A μ档）； 4．光敏电阻 暗电阻大于4M Ω；5．小灯泡额定电压6.3V ，额定电流0.1A 。
6. 传感器移动范围 约17cm【实验原理】1. 光伏效应当光照射在pn 结上时，由光子所产生的电子与空穴将分别向n 区和p 区集结，使pn 结两端产生电动势。
这一现象称为光伏效应，如图2所示。
利用半导体pn 结光伏效应可制成光伏探测器，常用的光伏探测器有光电池、光电二极管、光电三极管等。
光电池是根据光伏效应制成的pn 结光电器件。
不需要加偏压就可以把光能转化为电能。
光电池的用途，一是用作探测器；二是作为太阳能电池，将太阳能转化为电能。
光电池的结构示意图及应用电路如图3所示。
光电池的光照特性主要有伏安特性、入射光强-电流（电压）特性和入射光功率-负载特性。
2.光照下的pn 结特性 光照下pn 结的伏安特性曲线如图4所示。
无光照时，pn 结的伏安特性曲线和普通二极管的一样。
有光照时，pn 结吸收光能，产生反向光电流，光照越强，光电流越大。
光伏器件用作探测器时，需要加反偏压或是不加偏压。
不加偏压时，光伏器件工作在图4的第四象限，称为光伏图2 pn 结光伏效应原理图（b ）（a ）图3 光电池的结构示意图（a ）及基本应用电路（b ）图4 光伏探测器的伏安特性曲线工作模式。
加反偏压时，光伏器件工作在图4的第三象限：无光照时电阻很大，电流很小，有光照时，电阻变小，电流变大，而且电流随光照变化，光照特性类似于光敏电阻，称作光电导工作模式。
但是光伏器件和光敏电阻的工作机理不同，特性也有很大差别。
光电池按照光伏模式工作在图4的第四象限。
有光照时光电池的电流为/(1)qU kT L s I I I e =--，（1）式中q 为电子电荷量，k 为玻尔兹曼常数，T 为结温（单位为K ），I 为总电流，U 为光电池的输出电压，I s 为反向饱和电流，I L 为光电流。
光生电流I L 与光照有关，随光照的增大而增大，呈线性关系。
3. 光电池的开路电压和短路电流在pn 结开路时，总电流为零，光电池的输出电压称为开路电压U OC 。
将0I =代入式（1），即可得到开路电压U OC 与光照E 的对数成正比。
如果将pn 结短路，输出电压为零，将0U =代入式（1），即可得到短路电流I sc 与入射光照度E 成正比。
从图4的伏安曲线上也可以得到U OC 和I sc ，伏安曲线与电压轴的交点为开路电压U OC ，与电流轴的交点为短路电流I sc 。
光电池的短路电流和开路电压与入射光照度的关系如图5所示。
短路电流I sc 与入射光强成正比是光电池的一个突出优点，因而在精确测量光强时常用光电池作为光探测器。
实际测量时都要外接负载电阻R L ，当R L 相对于光电池的内阻很小时，可以认为接近短路。
显然，负载愈小，光电流与照度之间的线性关系愈好，且线性范围愈宽。
4. 光电池的输出功率和负载特性光电池作为电源使用时，其输出功率与负载电阻R L 有关。
光电池工作在零偏压下，因此其伏安图6 硅光电池的光照伏安特性曲线图5 光电池的开路电压、短路电流与入射光强的关系曲线（图6）是在某一光照下，取不同负载电阻R L 测得的输出电压和输出电流绘制而成。
由输出电压和电流数据，可计算得到光电池的输出功率P 和负载电阻R L ，作输出功率P 与负载电阻R L 的关系曲线，即可得到光电池的最大输出功率P max 及相应的负载电阻R L ，max 。
5. 光电二极管光电二极管的结构与一般二极管相似，管子封装在透明玻璃外壳中，它的pn 结装在管顶，便于接受光的照射。
光电二极管的光照特性如前所述，没有光照时，光电二极管的反向电阻很大，反向电流很小（一般为纳安数量级），光电二极管处于截止状态；受光照时光电二极管处于导通状态，光电流的方向与反向电流一致，光线越强，光电流越大。
光电二极管可以按光电伏型模式工作（即不加外偏压），也可以按光电导型模式工作（外加反向偏压）。
硅光电二极管通常用作检测元件，工作在负偏压下，其光电线性好，而且响应快。
基本应用电路如图7所示。
【实验内容】1. 观察光电二极管的光电特性。
（1） 用数字万用电表二极管测试档确定光电二极管的正负极。
（2） 使用数字万用表直流电压量程开路电压U OC 。
改变光照条件，观察U OC 的变化。
用数字万用电表直流电流200A μ量程（200A μ档内阻约为1000Ω）粗测光电流I 。
改变光照条件，观察光电流I 的变化。
2. 测量光电二极管处于光伏型模式的光电特性。
令光电二极管工作在零偏压下，用电阻箱作为负载电阻，光源使用小灯泡（6.3V ，0.15A ）。
固定小灯泡的工作电流，使灯泡的发光强度不变。
改变小灯泡和光探测器的距离，利用照度与2r 成反比的关系，测量光电二极管的光电线性（相对）。
（1） 测量光电二极管的短路电流与入射光照度的关系。
（2） 测量光电二极管的开路电压与入射光照度的关系。
3. 测量光电二极管处于光电导模式的光电特性。
连接电路如图7。
设计实验方案，测量光电二极管的光电特性。
图7 光电二极管基本应用电路【思考题】什么是光伏器件的开路电压？和通常说的二极管的正向导通电压有何不同？什么是短路电流？【注意事项】万用表是比较精密的仪器，如果使用不当，不仅造成测量不准确且极易损坏。
1.数字万用表使用前应掌握被测量元器件的种类，大小，选择合适的量程，测试表笔的位置等。
2．使用数字万用表电流档前请务必检查表笔是否正确插在电流测量的插座，否则易造成损坏；3. 如果不知道被测电压或电流的大小，应先用最高档，而后再选用合适的档位来测试，以免表针偏转过度而损坏表头。
所选用的档位愈靠近被测值，测量的数值就愈准确。
4. 测量电阻时，不要用手触及元件的裸体的两端（或两支表棒的金属部分），以免人体电阻与被测电阻并联，使测量结果不准确。
5. 在测量时若显示屏始终显示数字“1”，其他位均消失，则说明该量程不满足被测量的量程，此时应从新选择更高的量程测量。
实验二十四测量光敏电阻的光电特性【目的要求】1.了解光电导型光电传感器特点；2.测量光敏电阻的光电特性。
【仪器用具】光敏电阻，直流电源，小灯泡（6V，0.15A），数字万用表两块，电阻箱，电位器，实验暗箱等。
【实验原理】光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，它可以用于检测直接引起光量变化的非电量，也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量。
光电式传感器具有响应快、性能可靠、能实现非接触测量等优点，因而在检测和控制领域获得广泛应用。
基于光电效应原理工作的光电转换元件称为光电器件或光敏元件。
光电效应一般分为外光电效应、光电导效应和光生伏打效应（简称光伏效应），相对应的光电器件也有以下三种类型：光电发射型、光电导型和光伏型。
本实验介绍光电导型光电器件。
大多数的高电阻率半导体受光照射吸收光子能量后，产生电阻率降低而易于导电的现象，这种现象称为光电导效应。
这里没有电子自物质内部向外发射，仅改变物质内部的电阻，因此光电导效应属于内光电效应。
光敏电阻就是基于光电导效应原理工作的半导体光电器件。
1.光敏电阻光敏电阻的结构如图24-1所示。
先在绝缘衬底上均匀地涂一层具有光电导效应的半导体材料，作为光电导层，在光电导层薄膜上蒸镀金属形成梳状电极，然后接出引线并用带有玻璃的外壳严密地封装起来，以减少潮湿对灵敏度的影响。
光敏电阻的灵敏度高，体积小，重量轻，性能稳定，价格便宜，因此在自动化技术中应用广泛。
（a）（b）在受到光照时，光敏电阻的电阻值下降，光线越强，阻值越低；光照停止，阻值又恢复原值，光敏电阻的基本应用电路如图24-2所示，在外加电压（直流偏压或交流电压）作用下，电路中的电流及其在负载电阻R L 上的压降将随光线强度变化而变化，这样就将光信号转换成了电信号。
在室温条件下，光敏电阻在全暗后经过一段时间测得的电阻值，称为暗阻R d ；此时在给定工作电压下流过光敏电阻的电流称为暗电流I d 。
光敏电阻在某一光照条件下的阻值，称为该光照下的亮电阻R b ；此时流过光敏电阻的电流称为亮电流I b 。
亮电流和暗电流之差为光电流I L ：L b d I I I =-。
（24.1）亮阻和暗阻之差越大，说明光敏电阻的性能越好，灵敏度越高。
实用光敏电阻的暗阻一般在兆欧数量级，亮阻在几千欧以下，暗阻和亮阻之比/R d b K R R =一般在102-106之间。
2. 光敏电阻的光照特性和伏安特性了解光电器件的基本特性对于合理选用光电器件非诚重要，这里只介绍光敏电阻的光照特性（也称光电特性）和伏安特性。
当光电器件电极上的电压一定时，光电流I L 与入射到光电器件上的光照度E 之间的关系称为光照特性。
光敏电阻的光照特性如图24-3所示，图中入射光照度E 的单位是lx 。
由图中可以看出，光敏电阻灵敏度高，但是其光照特性为非线性，一般不宜做测量元件，在自动控制中多用做开关元件。
例如，照相机里的电子快门电路和路灯自动控制电路都使用光敏电阻作为光电传感元件。
图24-1 光敏电阻的结构图（a ）和封装图（b ）图24-2 光敏电阻基本应用电路图24-3 硫化镉光敏电阻的光照特性图24-4 硫化镉光敏电阻的伏安特性在一定光照下，光敏电阻的电流I 与所加电压U 的伏安特性如图24-4所示。
从图中可以看出，光敏电阻是一个纯电阻，其伏安特性线性良好。
在不同光照条件下的伏安曲线斜率不同，相应光敏电阻的阻值不同。
在给定偏压下，光照度越大，电流也越大。
在一定光照下，电压越大，电流越大，而且没有饱和现象。
但是不能无限度地提高工作电压。
光敏电阻的最高使用电压要由它的耗散功率所决定，而光敏电阻的耗散功率又与其面积大小和散热条件等因素有关。
图24-4中的P UI =虚线划分出了额定功耗区，使用时应注意不要使电阻的功率超过额定功耗区（也就是说，横纵坐标（及电压和电流）的乘积不能超出虚线之外）。
使用光敏电阻时还需要注意元件的光谱特性、温度特性和频率特性，以及使用注意事项。
