光电管特性的研究.(DOC)

光电管的工作原理
电子管（光电管）是一种装有特殊电极的无极管，它是电子管类产品中最早出现的器件，也是当今电子电路中使用最多的器件。

它具有发光能力和导通能力。

电子管的基本原
理是，向管子内部引入一定电压时，管子内部的电子由低能量变为高能量，管子内部的电
子由低能量跃迁到高能量，在这种跃迁过程中散发出大量的光能量，并产生发光现象，光
能产生的机制是由发射电子碰撞管墙出行的，并导致空气中的电磁波，进而产生可见光等。

电子管的工作原理主要有三个方面：
（1）发射电子离子源：通过热源或电场来向管子中放射电子，形成发射电子离子源；
（2）发射特性：当发射电子离子源在管子内部有电场作用，并被管子墙上的金属物
质吸收后，发射电子就会以高能量由低能量发射；
（3）发光特性：当发射电子自管子墙上反弹出时，会产生可见光及其他光，这些光
就叫做发光特性。

基础上述电子管的工作原理，此类电子管的应用已被广泛的应用在电子设备中,在实
际的技术应用中,由电子管所使用的主要有放大、显示等。

放大应用是电子管非常普遍的
应用形式，它使原有设备的输出信号变大，从而实现信号传输。

而电子管的显示功能，其
特点是以光线来显示和检测各种信号，可以以观察者直接观察输出内容，从而有效地保证
了设备的正常运行，如控制台等设备可以用电子管实现一定的显示功能。

本文对电子管的工作原理作了介绍，从发射电子的离子源、发射特性和发光特性等具
体方面进行了讲解，指出了电子管的普遍应用应用，包括放大、显示等，电子管是许多设
备的必需器件，能有效的实现设备的正常运行。

南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（2）实验名称：光电效应测普朗克常量学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、 实验目的：1、研究光电管的伏安特性及光电特性。

2、比较不同频率光强的伏安特性曲线与遏制电压。

3、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。

4、验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常量h 。

二、 实验仪器：YGD-1 普朗克常量测定仪（内有75W 卤钨灯、小型光栅单色仪、光电管和微电流测量放大器、A/D 转换器、物镜一套）图（1）1—电流量程调节旋钮及其量程指示； 2—光电管输出微电流指示表； 3—光电管工作电压指示表； 4—微电流指示表调零旋钮；5—光电管工作电压调节（粗调）； 6—光电管工作电压调节（细调）； 7—光电管工作电压转换按钮; 8—光电管暗箱；9—滤色片，光阑（可调节）总成； 10—档光罩；11—汞灯电源箱； 12—汞灯灯箱。

三、 实验原理：光电效应的实验示意图如图1所示，图中GD 是光电管，K 是光电管阴极，A 为光电管阳极，G 为微电流计，V 为电压表，E 为电源，R 为滑线变阻器，调节R 可以得到实验所需要的加速电位差AK U 。

光电管的A 、K 之间可获得从 U -到0再到 U +连续变化的电压。

实验时用的单色光是从低压汞灯光谱中用干涉滤色片过滤得到，其波长分别为： nm nm nm nm nm 577 ,546 ,436 ,405 ,365。

无光照阴极时，由于阳极和阴极是断路的，所以G 中无电流通过。

用光照射阴极时，由于阴极释放出电子而形成阴极光电流（简称阴极电流）。

加速电位差AK U 越大，阴极电流越大，当AK U 增加到一定数值后，阴极电流不 再增大而达到某一饱和值H I ，H I 的大小和照射光的强度成正比（如图2所示）。

加速电位差AK U 变为负值时，阴极电流会迅速减少，当加速电位差AK U 负到一定数值时，阴极电流变为“0”，与此对应的电位差称为遏止电位差。

实验二光敏二极管特性实验一、实验目的：1、熟悉光敏二极管的结构和光电转换原理；2、掌握光敏二极管的暗电流及光电流的测试方法；3、了解光敏二极管的特性，当光电管的工作偏压一定时，光电管输出光电流与入射光的照度（或通量）的关系。

二、实验原理：光敏二极管是一种光生伏特器件，用高阻P型硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。

N区扩散得很浅为1um左右，而空间电荷区（即耗尽层）；较宽，所以保证了大部分光子入射到耗尽层内。

光被吸收而激发电子-空穴对，电子-空穴对在外加反向偏压的作用下，空穴流向正极，形成了二极管的反向电流即光电流。

光电流通过外加负载电阻R L后产生电压信号输出。

光敏二极管原理图如图2-1所示。

图2-1 光敏二极管原理图在无光照的情况下,若给P-N结加一个适当的反向电压，则反向电压加强了内建电场，使P-N结空间电荷区拉宽，势垒增大，流过P-N结的电流(称反向饱和电流或暗电流)很小，它（反向电流）是由少数载流子的漂移运动形成的。

当光敏二极管被光照时，满足条件h v≧Eg时，则在结区产生的光生载流子将被内电场拉开，光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区，于是在外加电场的作用下形成了以少数载流子漂移运动为主的光电流。

显然，光电流比无光照时的反向饱和电流大得多，如果光照越强，表示在同样条件下产生的光生载流子越多，光电流就越大，反之，则光电流越小。

当光敏二极管与负载电阻R L串联时，则在R L的两端便可得到随光照度变化的电压信号，从而完成了将光信号转变成电信号的转换。

三、实验仪器及部件：光敏二极管、直流稳压电源、照度测量器件、采样电阻、照度表、光源、微安表、F/V表。

四、实验步骤：1、了解所需单元、部件在实验仪上的位置、观察光敏二极管的结构。

2、测量光敏二极管的暗电流：按图2-2接线，要注意光敏二极管是工作在反向工作电压，+V CC选择在+10V，负载电阻至最小，装上光源，对准光敏二极管，关闭发光管电源，移出遮光罩，光敏二极管完全被遮盖，微安表显示的电流值即为暗电流，或测得负载电阻上的压降V暗，则暗电流I暗=V暗/R L。

发光二极管主要参数与特性LED 是利用化合物材料制成pn 结的光电器件。

它具备pn 结结型器 件的电学特性：I-V 特性、C-V 特性和光学特性：光谱响应特性、发 光光强指向特性、时间特性以及热学特性。

1、LED电学特性而形成势垒电场，此时R 很大；开启电压对于不同LED 其值不同， GaAs 为 1V ，红色 GaAsP 为 1.2V , GaP 为 1.8V , GaN 为 2.5V 。

(2) 正向工作区：电流I F 与外加电压呈指数关系I F = I S (e qv F/KT -) ------------------------------ 1 s 为反向饱和电流 。

V >0时，V > V F 的正向工作区I F 随V F 指数上升 I F = I s e qVF/KT (3) 反向死区：V v 0时pn 结加反偏压V= - V R 时，反向漏电流 |R (V 二-5V )时，GaP 为 0V , GaN 为 10uA 。

(4) 反向击穿区 V v - V R , V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R 为反向漏电流。

当反向偏压一直增加使 V V - V R 时，贝y 出现I R 突 然增加而出现击穿现象。

由于所用化合物材料种类不同，各种LED 的反向击穿电压V R 也不同。

1.2 C-V 特性鉴于 LED 的芯片有 9 X 9mil (250 X 250um) , 10X 10mil , 11 X 11mil (280 X 280um) , 12 X 12mil1.1 I-V 特性 表征LED 芯片pn 结制备性能主要参数。

LED 的I-V 特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触 电阻，反之为高接触电阻。

如左图：⑴正向死区：(图oa 或oa'段) a 点对于V o 为开启电 压，当V v Va ,外加电 场尚克服 不少因载 流子扩散V R击 反向死区 穿_---------- 区工作区VFVI-V 特性曲线C0 -C 0(300 X 300um)，故 pn 结面积大 小不一，使其结电容(零偏压) c ~n+pf 左右。

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。

学生姓名：黄晨学号：5502211059专业班级:应用物理学1H班班级编号:S008实验时间：13时00分第3周星期三座位号：07教师编号：T003成绩:一、实验目的1、研究光电管的伏安特性及光电特性；验证光电效应第一定律;2、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解；3、验证爱因斯坦方程，并测定普M克常量。

二、实验仪器普朗克常量测定仪三、实验原理当一定频率的光照射到某些金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。

实验示意图如下A为阳极，K为阴极。

当一定频率V的光射到金属材料做成的阴极K上，就有光电子逸出金属。

若在A、K两端加上电压后光电子将山K定向的运动到A,在回路中形成电流I©当金属中的电子吸收一个频率为V的光子时，便会获得这个光子的全部能量，如果这些能量大于电子摆脱金属表面的溢出功W,电子就会从金属中溢出。

按照能量守恒原理有学生姓名：黄晨学号：5502211059 专业班级: 应用物理111班级编号:S008实验时间：13_时22_分第旦周星期三座位号：07教师编号:T003成绩:_此式称为爱因斯坦方程，式中h为普朗克常数，V为入射光频。

V存在截止频率，是的吸收的光子的能量恰好用于抵消电子逸出功而没有多余的动能，只有当入射光的频率大于截止频率时，才能产生光电流。

不同金属有不同逸出功，就有不同的截止频率。

K光电效应的基本实验规律（1）伏安特性曲线当光强一定时，光电流随着极间电压的增大而增大，并趋于一个饱和值。

当极间电压为零时，光电流并不等于零，这是因为电子从阴极溢出时还具有初动能，只有加上适当的反电压时，光电流才等于零。

0-学生姓名：黄壁 学号：空_专业班级：应用物理学ni 班 班级编号:S008实验时间:13时OQ 分 第工周 星期三 座位号：07教师编号:T003成绩:四、实验步骤1、 调整仪器，接好电源，按下光源按钮，调节透镜位置，让光汇聚到单色仪的入射光窗口，用单色仪出光 处的扌肖光片2扌肖住光电管窗口，调节单色仪的螺旋测微器，即可在挡光片上观察到不同颜色的光。