第3章第1.4 光敏二极管新.

实验一光电基础知识实验一、实验目的通过实验使学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等基本概念有具体认识。

二、基本原理本实验中备有普通光源和激光光源。

普通光源（白炽灯）光谱为连续光谱( 白炽灯的另一个特性是做灯丝的钨有正阻特性，工作时的热电阻远大于冷态时的电阻，在灯的启动瞬时有较大的合上主机的总电源开关。

2．松开图1－1中光源或三棱镜的升降固定螺钉，调节高度使光束对准三棱镜，转动三棱镜座使三棱镜毛面在后面，二个工作面（光面）的棱在前面。

然后调节涡杆角度使折射的投射面（狭缝端盖）上出现清晰的光谱。

如果光谱不清晰可轻微旋转光源罩（灯丝方向）和松开升降杆固定螺钉转动一个角度（光束方向）使光束对准三棱镜的工作面﹙要点:光束对准棱镜工作面﹑灯丝方向﹚。

3、关闭主机总电源开关。

将图1-1中的普通光源取下，换上半导体激光源（旋下前端盖小孔），将激光源与主机激光电源相应连接﹙注意颜色－极性﹚。

打开主机总电源开关，根据步骤2调节观察投射面现象（单色性）。

五、思考题1．解释实验现象。

2．半导体激光器的特性有哪些？半导体激光器的发散角一般为5º～10º,你如何利用实验装置和直尺完成最简易的发散角测量实验方法。

实验二 光敏电阻实验一、 实验目的：了解光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性等基本特性。

二、 基本原理：在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。

光电导效应是半导体材料的一种体效应。

光照愈强，器件自身的电阻愈小。

基于这种效应的光电器件称光敏电阻。

光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关。

三、 需用器件与单元：主机、安装架、发光二极管光源、光敏电阻探头、光照度计及探头、分光装置。

四、 实验步骤：1、亮电阻和暗电阻测量（1）图2-1是光敏电阻实验原理图（2）按图2-2光照度实验安装接线。

将照度计探头与主机小面板上照度计显示表Vi 口相连接。

光敏二极管工作原理光敏二极管是利用硅PN结受光照后产生光电流的一种光电器件。

光敬二极管的电路符号、外形见图1所示。

其封装有金対和塑封两种（即圆柱形和扁方形）。

有的光敏二极管为了提商其稳定性，还外加了一个屏蔽接地脚.外形似光敏三极管。

光敏二极管工作干反向偏斥，其光谱响应特性主要由半导体材料中所掺的杂质浓度所决定。

同一型号的光敬二极管在一定的反偏电压、相同强度和不同波长的入射光照射下，产生的光电流并不相同，但有一最大值。

不同型号的光敬二极管在同一反偏电压、同一强度的入射光照射下，所产生的光电流最大值也不相同，且光电流最大值所对应的入射光的波长也不相同。

图2的曲线①、②分别是光敏二极管N DL 3 2 0 0 . NDL 5 8 0 0 C的光谱响应持性曲线。

由图可看出.它们的光电流的最大值分别在可见光区和红外线区.其中二极管N DL 3 2 0 0的光谱响应值最大。

由于光敏二极管的基木结构也是一个PN结，故其检测方法也与普通二极管相同，其测得的正.反向电阻也类似于普通二极管，但在测反向电阻遇光照时.阻值会明显减小.否则说明管子已损坏。

附表给出部分光敬二极管的主要参数.供参考°图3是用光敬二极管构成的路灯自动控制电路。

其原理是：白天受光照时光墩二极管反向电阻减小.足以使复合管（Q 1、Q 2）饱和导通的电流注入复合管基极.于是Q 1、Q 2饱和导通一继电器J得电一常闭触头被吸下一路灯供电回路被切断一灯泡思灭。

天黑时因光照很小一光墩二极管V D反向电阻大增一Q 1 . Q 2退出饱和而截止一J失电一常闭触头复位一电灯供电回路接通一路灯点亮。

光敏二极管应用与检测光敏二极管丄作时加有反向电压，没有光照时.其反向电阻很大，只有很微弱的反向饱和电流（暗电池）。

半有光照时.就会产生很大的反向电流（亮电流），光照越强，该亮电流就越大。

光敏二极管是一种光电转换二极管，所以又叫光电二极管。

测址光敏二极管时.先用黑纸或黑布遮住光敬二极管的光信号接收窗口.然后用万用表的Rxlk档其正. 反向电阻。

一结构和工作原理光敏二极管是一种用PN结单向导电性的结型光电§3.1.4光敏二极管第三章光电信息转换§3.1.4光敏二极管光敏二极管工作时一般加反相偏压，如图()所示，偏压，如图(b)所示，无光照时，处于反偏的光敏二极管工作在截止状态，止状态，这时只有少数载流子在方向偏压的作用下，渡越阻挡层，向偏压的作用下，渡越阻挡层，形成微小的方向电流，即暗电流。

成微小的方向电流，即暗电流当光敏二极管受光照时，结附近受光敏二极管受光照时，PN结附近受光子轰击吸收其能量而产生电子空穴对，从而使P区和区和N区的少数载流穴对，从而使区和区的少数载流子浓度大大增加，子浓度大大增加，在外加电场和内电场的共同作用下，区的电子渡电场的共同作用下，P区的电子渡越阻挡层进入N区越阻挡层进入区，N区的空穴进区的空穴进入P区，从而使通过结的方向电区从而使通过PN结的方向电流大大增加，这就形成了光电流。

流大大增加，这就形成了光电流。

第三章光电信息转换第三章光电信息转换§3.1.4光敏二极管减少负载电阻RL,可使上限频率fH提高第三章光电信息转换四.PIN管管电场主要分布在耗尽区内，耗尽区的电场足以使载流子的漂移速度达到极限值。

在扩散区，由于场的分布趋于零，所以运动速度很慢。

这样，就影响了光电检测器响应速度的提高。

因此为了保证光电检测器有§3.1.4光敏二极管层做成轻掺杂，将N层做成轻掺杂，使耗尽区变宽或变厚。

这种层做成轻掺杂使耗尽区变宽或变厚。

掺杂很轻的N层称作本征称作本征I层另外，掺杂很轻的层,称作本征层；另外，为了制成低电阻的接触，层的两端再做成重掺杂的层的两端再做成重掺杂的P层低电阻的接触，在I层的两端再做成重掺杂的层和N层，并且它们的宽度很窄，或厚度很薄。

这层并且它们的宽度很窄，或厚度很薄。

便构成了PIN型的光敏二极管。

型的光敏二极管。

样，便构成了型的光敏二极管这种管子的最大特点是频带宽可达10GHz频带宽，这种管子的最大特点是频带宽，可达另一特点是线性输出范围宽缺点是由于I层线性输出范围宽。

光敏二极管和光敏三极管简介及应用光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优。

一、光敏二极管1．结构特点与符号光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线性半导体器件，但在结构上有其特殊的地方。

光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。

2. 光电转换原理根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。

此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。

当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。

不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。

被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面，就会在结电场作用下，被拉向N区，形成部分光电流；彼长较长的红光，将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达N区和P区，形成光电流。

波长更长的红外光，将透过P型层和耗尽层，直接被N区吸收。

在N区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向P区，形成光电流。

因此，光照射时，流过PN结的光电流应是三部分光电流之和。

二、光敏三极管光敏三极管和普通三极管的结构相类似。

不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN 结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。

其结构及符号如图Z0130所示。

三、光敏二极管的两种工作状态光敏二极管又称光电二极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。

引言目前，光敏电阻和光敏二级管用于亮度调节非常广泛，两者都很方便的运用在光强自动调节的领域，比如说，学校的路灯，街道的路灯，都可以用光敏传感器来实现智能光调节功能，非常方便，外面的电路用了光敏传感器的反向连接功能，如果是白天的时候，路灯的电压就会减小到零，如果是晚上的时候，路灯的电压就会升高到一定值，使路灯变亮，这样就使得马路边的路灯不受人工控制，实现全智能化。

我相信在未来不久，只要有灯的地方，光敏传感器调节亮度这方面的电路将得到很广泛的应用，我们晚上玩手机屏幕的时候，手机的亮度很刺眼，会严重伤害眼睛，这时我们也应用光自动调节亮度的原理来实现这一功能，当外界的亮度很暗的时候，手机屏幕可自动调节它的亮度，使它的亮度小到一定的范围，合适为止，还有电脑屏幕的显示屏也是一样，这样不仅节约电，而且对眼睛还有保护作用，这个领域现在已经应用很广泛。

总之，亮度自动调节电路这方面的应用已经很广泛，生活中这方面的应用无处不在，使其不断趋向智能化。

1 系统硬件设计总体框图本文通过设计一个用光敏二极管进行亮度调节的电路，利用光敏二极管的反向PN 结来采集外部信号，电路可以实现用光敏二极管来控制灯的亮度，而且在数码管上显示它的亮度等级，通过做这个电路，让我更加熟悉光敏二极管的应用了解，本电路由五个部分组成，一是光敏二极管采集电路，二是运算放大器电路，三是电源部分电路、四是AD转换和数码管驱动模块、五是数码管显示电路，本设计框图如图1.1所示。

图1.1 总电路框图2 各部分电路分析2.1 光敏二极管采集电路2.1.1 光敏二极管简介光敏二极管也叫光电二极管，光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。

无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。

当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。

当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。