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采用硅光电池实现光照度计电路设计和分析作者姓名：# # #专业名称：应用物理学指导教师：# # # 讲师摘要本文通过理论分析与数值比对来确定光照强弱与光电池输出光电信号的关系，并且通过这种关系设计了相应的光电检测电路，更直观展现光伏技术在实际生活中的应用。
随着光伏技术的日渐成熟以及应用的扩展，对光照的研究也日新月异。
所以对如何更加准确的测定光照参数也提出了更高的要求。
针对不同的要求，如何快速设计出对应的光电探测器，又有了新的课题。
本文在此背景下，进行了光照度计电路的设计与分析。
本论文共分四部分：第一部分为光电池特性介绍及实验特性参数，第二部分为电路方案设计和电路实现，第三部分为利用Protel 99SE进行电路设计，第四部分为电路实物制作与调试。
关键词：光电池转换电路光电效应伏安特性AbstractA comparsion between analysis theory and numerical ratio, which can determine the relationship between the intensity of illumination and optical signal of photocell output in this paper. And we design a corresponding circuit of photoelectric detection by the relationship showing the application of photoelectric technology in our daily life.With the development and widespread of photoelectric technology, fracture treatment has been changing quickly. So there have more high requirements about how to determine the parameter of the light more exactly. As for different requirements, it is a new project to design the corresponding electrophptonic detector. Under this background, this paper discuss design and analysis of the circuit of light meter.There are four parts in this paper：In the first part, it introduce the character of photoelectric cell and characteristic parameter of experiment. The second part is about designing scheme of circuit and realizing the circuit, The third part is using Protel 99SE to design circuit, The fourth part is to manufacture and adjust the circuit.Keywords: Potoelectric cell, Conversion circuit,Photoelectric effect, Volt-Ampere characteristic目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (1)1 光伏技术的发展历程简介 (2)1.1 光伏技术的历程 (2)1.2 光伏技术的现状 (3)2 硅光电池的工作特性 (4)2.1 硅光电池的工作原理 (4)2.2 硅光电池的负载特性 (7)2.2.1硅光电池零偏和负偏时光电流与输入光信号的关系 (7)2.2.2 硅光电池输出接恒定负载时产生的光伏电压与输入光信号的关系 (9)3 电路的设计方案 (10)3.1 电路的设计要求 (10)3.2 电路的方框图 (10)3.3 电路的原理图 (11)3.4 电路的工作过程 (11)4 各单元电路实现 (12)4.1 光电池的输入信号电路 (12)4.2 电平放大转换电路 (12)4.2.1 运算放大器LM741的性能简介 (13)4.2.2 同相比例放大电路 (13)4.2.3 电平转换串联电路 (14)4.3 电平显示电路 (14)5 利用Protel对光照度计电路设计 (15)5.1 Protel电子绘图软件简介 (15)5.2 电路原理图绘制 (16)5.2.1 生成电路原理图过程 (16)5.2.2 生成BOM表 (19)5.2.3 生成网络表Netlist (21)5.2.4 电路ERC表 (22)5.3 电路PCB图绘制 (23)5.3.1 生成单面PCB图过程 (23)5.3.2 电路DRC检测 (26)6 光照度计电路制作 (27)6.1 电路的焊接 (27)6.2 电路的调试及结果 (27)总结 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附件1 软件安装说明 (33)Protel的安装与配置 (33)前言1839年，法国科学家贝克雷尔(becωurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。
实验七硅光电池特性光电池是一种光电转换元件，它不需外加电源而能直接把光能转换为电能。
光电池的种类很多，常见的有硒、锗、硅、砷化镓、氧化铜、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉等。
其中最受重视、应用最广的是硅光电池。
硅光电池是根据光生伏特效应而制成的光电转换元件。
它有一系列的优点：性能稳定，光谱响应范围宽，转换效率高，线性相应好，使用寿命长，耐高温辐射，光谱灵敏度和人眼灵敏度相近等。
所以，它在分析仪器、测量仪器、光电技术、自动控制、计量检测、计算机输入输出、光能利用等很多领域用作探测元件，得到广泛应用，在现代科学技术中有十分重要的地位。
通过实验对硅光电池的基本特性和简单应用作初步的了解和研究，有利于了解使用日益广泛的各种光电器件。
具有十分重要的意义。
【实验目的】1．掌握PN结形成原理及其单向导电性等工作机理。
2．了解LED发光二极管的驱动电流和输出光功率的关系。
3．掌握硅光电池的工作原理及负载特性。
【实验仪器】1．THKGD-1型硅光电池特性实验仪。
2．函数信号发生器。
3．双踪示波器。
【实验原理】1．引言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。
THKGD-1型硅光电池特性实验仪主要由半导体发光二极管恒流驱动单元，硅光电池特性测试单元等组成。
2．PN结的形成及单向导电性采用反型工艺在一块N型（P型）半导体的局部掺入浓度较大的三价（五价）杂质，使其变为P型（N型）半导体。
如果采用特殊工艺措施，使一块硅片的一边为P型半导体，另一边为N型半导体则在P型半导体和N型半导体的交界面附近形成PN结。
PN结是构成各种半导体器件的基础，许多半导体器件都含有PN结。
如图7-1所示，Θ代表得到一个电子的三价杂质（例如硼）离子，带负电； 代表失去一个电子的五价杂质（例如磷）离子，带正电。
测定半导体二极管的伏安特性1背景知识电子器件的伏安特性电子器件的伏安特性是指流过电子器件的电流随器件两端电压的变化特性测定出电子器件的伏安特性，对其性能了解与其实际应用具有重要意义。
在生产和科研中，可用晶体管特性图示仪自动测绘其曲线，在现代实验技术中，可用传感器及计算机进行测定给出测量结果。
如果手头没有现成的自动测量仪器，提出应用电流表和电压表进行人工测量的方法，进行应急的测量是很有用的。
半导体二极管半导体二极管是具有单向导电性的非线性电子元件，其电阻值与工作电流（或电压）有关。
二极管的单向导电性就是PN结的单向导电性：PN结正向偏置时，结电阻很低，正向电流甚大（PN结处于导通状态）；PN结反向偏置时，结电阻很高，反向电流很小（PN结处于截止状态），这就是PN结的单向导电性。
（正向偏置）；（反向偏置）。
二极管的结构：半导体二极管是由一个PN结，加上接触电极、引线和管壳而构成。
按内部结构的不同，半导体二极管有点接触和面接触型两类，通常由P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。
二极管的伏安特性及主要参数：二极管具有单向导电性，可用其伏安特性来描述。
所谓伏安特性，就是指加到二极管两端的电压与流过二极管的电流的关系曲线，如下图所示。
这个特性曲线可分为正向特性和反向特性两个部分。
图1二极管的伏安特性曲线（1）正向特性当二极管加上正向电压时，便有正向电流通过。
但是，当正向电压很低时，外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所形成的阻力，故正向电流很小，二极管呈现很大的电阻。
当正向电压超过一定数值（硅管约，锗管约）以后，内电场被大大削弱，二极管电阻变得很小，电流增长很快，这个电压往往称为阈电压UTH（又称死区电压：0-U0）。
二极管正向导通时，硅管的压降一般为，锗管则为。
导通以后，在二极管中无论流过多大的电流（当然是允许范围之内的电流），在极管的两端将始终是一个基本不变的电压，我们把这个电压称为二极管的“正向导通压降”。
晶体二极管的伏安特性曲线二极管最重要的特性就是单向导电性，这是由于在不同极性的外加电压下，内部载流子的不同的运动过程形成的，反映到外部电路就是加到二极管两端的电压和通过二极管的电流之间的关系，即二极管的伏安特性。
在电子技术中，常用伏安特性曲线来直观描述电子器件的特性。
根据图1的试验电路来测量，在不同的外加电压下，每转变一次RP的值就可测得一组电压和电流数据，在以电压为横坐标，电流为纵坐标的直角坐标系中描绘出来，就得到二极管的伏安特性曲线。
图1 测量晶体二极管伏安特性a) 正向特性b) 反向特性图2 2CZ54D伏安特性曲线图3 2AP7伏安特性曲线图2和图3分别表示硅二极管2CZ54D和锗二极管2AP7的伏安特性曲线，图中坐标的右上方是二极管正偏时，电压和电流的关系曲线，简称正向特性；坐标左下方是二极管反偏时电压和电流的关系曲线，简称反向特性。
下面我们以图1为例加以说明。
当二极管两端电压为零时，电流也为零，PN结为动态平衡状态，所以特性曲线从坐标原点0开头。
（一）正向特性1. 不导通区（也叫死区）当二极管承受正向电压时，开头的一段，由于外加电压较小，还不足以克服PN结内电场对载流子运动的阻挡作用，因此正向电流几乎为零，二极管呈现的电阻较大，曲线0A段比较平坦，我们把这一段称作不导通区或者死区。
与它相对应的电压叫死区电压，一般硅二极管约0.5伏，锗二极管约0.2伏（随二极管的材料和温度不同而不同）。
2. 导通区当正向电压上升到大于死区电压时，PN结内电场几乎被抵消，二极管呈现的电阻很小，正向电流增长很快，二极管正向导通。
导通后，正向电压微小的增大会引起正向电流急剧增大，AB 段特性曲线陡直，电压与电流的关系近似于线性，我们把AB 段称作导通区。
导通后二极管两端的正向电压称为正向压降（或管压降），也近似认为是导通电压。
一般硅二极管约为0.7伏，锗二极管为0.3伏。
由图可见，这个电压比较稳定，几乎不随流过的电流大小而变化。
现代检测技术基础试题——答案姓名：侯鹏庆学号：1201259专业：检测技术与自动化装置TEL：139********E-mail：2008hpq@一、阐述仪器线性度的概念，说明有哪些直线拟合方法。
阐述回程差、灵敏度和分辨力的概念。
答:线性度指检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度，即非线性误差。
直线拟合方法有最小二乘法、端点连线法、最佳直线法。
回程误差指检测系统在正行程和反行程的输入输出曲线不重合的程度。
分辨力指能够检测出的被测量的最小变化量，表征测量系统的分辨能力。
灵敏度指测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比，即K=△Y/△X。
二、仪表的精确度等级是怎样规定的？写出计算公式。
某测温仪表的测温范围为0--600℃，准确度等级为2.5级；另一测温仪表的测温范围为0--1200℃，准确度等级为1.5级。
现欲测量温度为500℃的设备温度，问选哪种测温仪表会更好？计算说明为什么？答:精确度(精度)等级规定,仪器在规定条件下,其允许的最大绝对误差值△A与满量程输出Y F.S之比的百分数,用A表示，即:A=△A/Y F.S×100%。
表示测量结果的可靠程度。
第一台仪表的最大相对误差为（2.5%×600℃）/500℃=3%，第二台仪表的最大相对误差为（1.5%×1200℃）/500℃=3.6%，二者量程都满足测量要求，所以选第一种仪表。
三、（1）假设你开发一台称重仪，在实验室完成了传感器、放大电路和单片机系统的设计制作，但是没有条件施加标准砝码或标准力对传感器和你的系统进行实际标定，你只有一块可用来测量电压和电流的表(或万用表),在这种条件下你应该首先对仪器的那些指标进行测定?从误差的角度出发,你对你使用的表有何要求?（2）设传感器误差为0.1%；测量放大电路误差为0.03%；系统采用的A/D转换器为10位，试分析仪器最后能达到的最好精度等级是多少？答:（1）通过万用表可以首先对称重仪的零点漂移、重复性、再现性、回程误差几个指标进行测定。
物理实验报告6_二极管的伏安特性曲线数据记录和Pn结与二极管实验名称：二极管的伏安特性曲线实验目的：a．了解晶体二极管的导电特性并测定其伏安特性曲线。
实验仪器：晶体二极管、电压表、电流表、电阻箱、导线、电源、开关等实验原理和内容：晶体二极管的导电特性：晶体二极管无论加上正向或反向电压，当电压小于一定数值时只能通过很小的电流，只有电压大于一定数值时，才有较大电流出现，相应的电压可以称为导通电压。
正向导通电压小，反向导通电压相差很大。
当外加电压大于导通电压时，电流按指数规律迅速增大，此时，欧姆定律对二极管不成立。
实验线路图如下：注意：无论毫安表内接还是外接，实验数据都应该进行修正：毫安表外接时应该进行电流修正，内接时应该进行电压修正。
由于实验用毫伏表内阻很大（约100~1000多万欧姆），按照上述接法，数据修正简单：正向时伏特表的电流可以忽略；反向时，伏特表的电流始终保持0.0006mA，很容易修正。
假如将毫安表内接，则无论正向反向，每一个数据都要做电压修正，并且每个修正值都不同，给实验带来很大麻烦。
1．测定正向特性曲线打开电源开关，把电源电压调到最小，然后接通线路，逐步减小限流电阻，直到毫安表显示1.9999mA，记录相应的电流和电压。
然后调节电源电压，然后将电压表的最后一位调节成0，记录电压与电流；以后按每降低0.010V测量一次数据，直至伏特表读书为0.5500V为止。
此时，正向电流不需要修正。
2．测定反向特性曲线把线路改接后，接通线路，将电源电压调到最大，逐步减小限流电阻，直到毫安表显示1.9999mA为止，记录相应的电流和电压。
然后调节电源电压或者限流电阻，再将电流调节为1.8006、1.6006、1.4006??mA情况下，记录相应的电压；其中0.0006mA为伏特表的电流，此为修正电流，记录电流时应该自行减去。
参数及数据记录：见附表的数据记录表数据处理：利用所记录的正向与反向2组数据，用坐标纸分别画出二极管正、反向特性曲线。
