光敏二极管特性测试

光敏传感器光电特性测量实验

光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。

光敏传感器的物理基础是光电效应，即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。当然近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的APD雪崩式光电二极管，半导体色敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD图像传感器等，为光电传感器进一步的应用开创了新的一页。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性。光敏传感器的基本特性包括：伏安特性、光照特性、时间响应、频率特性等。掌握光敏传感器基本特性的测量方法，为合理应用光敏传感器打好基础。

【实验目的】

了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。

仪器简介

仪器由全封闭光通路、实验电路、待测光敏传感器（光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池）、实验连接线等组成。

仪器安装在360×220×80（mm)实验箱内，仪器面板如下图 - 1 - 000-+相对照度传感器+0-24V-+硅光电池R1 2GDUIscRx1 10KVoc光电三极管+UUoeGT1cR1 1.00K光电二极管+-GD1Uo+U+UGR1Uo商标R1 1.00KR1 1.00K光敏电阻上海复旦天欣科教仪器有限公司FD-ST-LS 光敏传感器光电特性实验模块+0-24V- 钨丝灯发光二极管620R1 2负载改变R2 100+0

光敏二极管

――摘自《传感器及其应用电路》P66

光敏二极管的优点是线性好，响应速度快，对宽范围波长的光具有较高的灵敏度，噪声低，小型轻量以及耐振动与冲击等；缺点是输出电流小。

光敏二极管的简单检测方法如下：首先根据外壳上的标记判定其极性，外壳表有色点的管脚或取近管键的管脚为正极．另一管脚为负极。若无标记可用一块黑布遮住其接收光线(光信号)的窗口，将万用表置R×1k档测出正极和负极，同时测得其正向电阻应在IokΩ-200kΩ间，其反向电阻应为∞．表针不动。然后．去掉遮光黑布，光敏二极管接收窗口对着光源．此时万用表表针应向右偏转，偏转角大小说明其灵敏度高低，偏转角越大，灵敏度越高。

参数及特性：

开路电压和短路电流：

PN结两端开路时，其电压称为开路电压；短路时电流称为短路电流。

若光敏二极管短路，则流过二极管的电流Isc(短路电流)与照度成比例。设照度为E，比例常数为K，则Isc＝KE。若光敏二极管输出开路，则开路输出电压V∞与光通量对数成比例，即 V∞＝(kT／g)1n(KE／Io) 式中k为波尔兹曼常数(1．4×10－22J／K)，T为绝对温度(K)，g为电子电荷量(1．6×10－19C)，Io为反向饱和电流(A)。

暗电流：

光敏二极管的输出电流理想时等于光电流，但实际上，即使光通量为o时，还有很小的输出电流，此电流称为暗电流。

暗电流决定了低照度时的测量界限，井随温度与反偏压而变化，变化幅度很大。

一般地说，GaAsP光敏二极管的能量间隙Eg较大，暗电流小于硅光敏二极管，但因有管壳与结晶表面的漏电流，实际暗电流比理想值大得多，但漏电流也只是硅二极管的1／10。

光谱灵敏度特性：

(1)硅光敏二极管的光谱灵敏度特性

如果光敏二极管的入射光波长为λ，吸收一个光子就要产生光电流的一对载流子，为此光子能量(hc/λ)必须大于传感器材料的能量间隙Eg。

对于硅光敏二极管，波长大于1100nm的光几乎不产生电流，也就是说，硅光敏二极管不吸收波长大于1100nm的光。

光电信息技术实验指导书

1 实验二 光敏二极管特性实验

一:实验原理:

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。光敏二极管结构见图(6)。

二:实验所需部件: 光敏二极管、稳压电源、负载电阻、遮光罩、光源、电压表(自备4 1/2位万用表).、

微安表 三:实验步骤:

按图(7)接线,注意光敏二极管是工作在反向工作电压的。由于硅光敏二极管的反向

工作电流非常小，所以应提高工作电压，可用稳压电源上的+10V。 1、暗电流测试

用遮光罩盖住光电器件模板,电路中反向工作电压接±12V,打开电源，微安表

显示的电流值即为暗电流，或用4 1/2位万用表200mV档测得负载电阻RL上的

压降V暗，则暗电流L暗=V暗/RL。一般

锗光敏二极管的暗电流要大于硅光敏二极管暗电流数十倍。可在试件插座上更换其他

光敏二极管进行测试比较。 2、光电流测试:

取走遮光罩，读出微安表上的电流值,

或是用4 1/2位万用表200mv档测得RL上的压降V光,光电流L光=V光/RL。 3、灵敏度测试:

改变仪器照射光源强度及相对于光敏

器件的距离，观察光电流的变化情况。 4、光谱特性测试: 不同材料制成的光敏二极管对不同波

长的入射光反应灵敏度是不同的。由图（8）

可以看出，硅光敏二极管和锗光敏二极管的

响应峰值约在80~100μm，

试用附件中的红光电信息技术实验指导书

2 外发射管、各色发光LED、光源光、激光光源照射光敏二极管，测得光电流并加

以比较。

图（8）光敏管的伏安特性曲线

图（9）光敏二极管的光谱特性曲线 注意事项:

本实验中暗电流测试最高反向工作电压受仪器电压条件限制定为±12V

（24V），硅光敏二极管暗电流很小，不易测得。

光敏二极管特性测试实验

一、实验目的

1.学习光电器件的光电特性、伏安特性的测试方法；

2.掌握光电器件的工作原理、适用范围和应用基础。

二、实验内容

1、光电二极管暗电流测试实验

2、光电二极管光电流测试实验

3、光电二极管伏安特性测试实验

4、光电二极管光电特性测试实验

5、光电二极管时间特性测试实验

6、光电二极管光谱特性测试实验

7、光电三极管光电流测试实验

8、光电三极管伏安特性测试实验

9、光电三极管光电特性测试实验

10、光电三极管时间特性测试实验

11、光电三极管光谱特性测试实验

三、实验仪器

1、光电二三极管综合实验仪 1个

2、光通路组件 1套

3、光照度计 1个

4、电源线 1根

5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根

6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根

7、三相电源线 1根

8、实验指导书 1本

四、实验原理

1、概述 随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。

光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。从结构我来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。不同种类的光敏二极管，具胡不同的光电特性和检测性能。例如，锗光敏二极管与硅光敏二极管相比，它在红外光区域有很大的灵敏度，如图所示。这是由于锗材料的禁带宽度较硅小，它的本征吸收限处于红外区域，因此在近红外光区域应用；再一方面，锗光敏二极管有较大的电流输出，但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流，因此，它的噪声较大。又如，PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。因此，在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。