硅光电池特性测试实验--传感器实验

一、实验目的
了解光敏二极管的原理和特性。
二、实验仪器
光电传感器实验模块、恒流源、直流稳压电源、数显单元、万用表
三、实验原理
光电二极管主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的照射下，释放出光电子的现象。当光照射半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可挣脱原子的束缚而溢出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。当外加偏置电压与结内电场方向一致，PN结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子-空穴对）。结区内的电子-空穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向N区，空穴被拉向P区而形成光电流。当入射光强度变化时，光生载流子的浓度及通过外回路的光电流也随之发生相应的变化。这种变化在入射光强度很大的动态范围内仍能保持线性关系。
当没有光照射时，光电二极管相当于普通的二极管。其伏安特性是

式中I为流过二极管的总电流,I_s为反向饱和电流，e为电子电荷，k为玻耳兹曼常量，T为工
作绝对温度，V为加在二极管两端的电压。对于外加正向电压，I随V指数增长，称为正向电流；当外加电压反向时，在反向击穿电压之内，反向饱和电流基本上是个常数。                            
当有光照时，流过PN结两端的电流可由下确定：

式中I为流过光电二极管的总电流,I_s为反向饱和电流，V为PN结两端电压，T为工作绝对温度，I_p为产生的反向光电流，S为电流灵敏度，P为入射光功率。从式中可以看到，当光电二极管处于零偏时，V=0，流过PN结的电流I=I_p；当光电二极管处于负偏时（在本实验中取V=-4V），流过PN结的电流I=I_p-I_s。因此，当光电二极管用作光电转换器时，必须处于零偏或负偏状态。

图44-1  光电二极管光电信号接收框图
上图是光电二极管光电信号接收端的工作原理框图，光电二极管把接收到的光信号转变为与之成正比的电流信号，再经I/V转换模块把光电流信号转换成与之成正比的电压信号。
四、实验内容与步骤
1、光敏二极管置于光电传感器模块上的暗盒内，其两个引脚引到面板上。通过实验导线将光电二极管接到光电流/电压转换电路的VD两端、光电流/电压转换输出接直流电压表20V档。
2、打开实验台电源，将+15V电源接入传感器应用实验模块。将光电二极管“+”极接地或者-15V。
3、0～20mA恒流源接LED两端，调节LED驱动电流改变暗盒内的光照强度。记录光电流/电压转换输出Uo

I (cd)

驱动电流

Uo1 (V)

零偏

Uo2 (V)

负偏

五、实验报告
1．根据记录的数据，作I－Uo曲线。