光电管伏安特性测试
光电三极管伏安特性曲线测试仪设计
光电三极管伏安特性测试仪1 项目的目的本项目仪器测试的对象主要NPN 型光电三极管管，基于LaVIEW 本系统能够在硬件设备以及连线不变的前提下，改变框图程序就可以实现各种光电二端元件特性曲线的绘制和参数测试。
为了使用方便，可把各个测试任务的子程序整合在一个主程序下，利用软件编程即可构成了一个多功能的测试仪器。
2光电三极管的输出特性曲线光电三极管输出特性指在一定的光照控制下，光电三极管集电极与发射极间的电压CE U 与电极电流ce I 之间的函数关系，即()const ƒ|ce CE E I U ==光电三极管的输出特性是一簇曲线，即对于每一个确定的光照度E ，都有一条曲线与之对应，如图1所示。
根据外加电压和光照的不同，光电三极管可工作于放大区、截止区、饱和区三个工作区。
图1光电三极管输出特性曲线参考测试电路图2，本设计依照传统三极管测试的方案，采用电压扫描的方法，基于LaVIEW的光电三极管输出特性的测试包含两帧顺序结构：先用数据采集卡产生线性电压信号扫描CE回路，该电压U即为X轴的变量，然后通过CE采集流过ELVIS平台的电流I，即得Y轴的电流变量。
将两个变量组合即可得ce到光电三极管的输出特性曲线。
3 光电三极管扫描测试原理本论文以测试3DU33型光电三极管参数为例，采用三极管测量最为简单的共射级接法，如图2所示。
根据要求用某一照度的光扫描基极回路，采取电压扫描的方法，用电压扫描集电极发射机回路，用PCI6251采集卡采集有关节点的电流，得到一组数据或者特性曲线，改变光照重复以上操作即可得到相关数据和特性曲线。
根据测试需要，把采集到的数据送到上位机，经LaVIEW软件通过编程进行处理和显示、存储等，得到光电三极管的特性曲线和相应数据。
图2测量电路表1 扫描照度推荐表4 采集卡设置根据测试要求，对PCI 6251数据采集卡的通道进行如下设置：（一）模拟输出通道的设置：AO0通道输出扫描电压信号；AO1通道输出模拟电压。
伏安特性曲线实验报告
伏安特性曲线实验报告实验测定光电管的伏安特性曲线实验项目性质：综合所属课程名称：光电检测技术实验计划学时：3一、实验目的1、了解实验装置的光电原理；2、掌握光电管的伏安特性；3、学会测定普朗克常数。
二、实验内容和要求通过普朗克常数测定的过程，帮助学生了解光的量子性，学习与光电效应相关的实验技术与方法，掌握光电管的伏安特性。
三、实验装置YGP-1型普朗克常量实验装置四、实验方法、步骤及测试结果1、街头卤钨灯电源，松开聚光器紧定螺丝，伸缩聚光镜筒，并适当转动横向调节纽，，使光束会聚到单色仪的入射狭缝上；2、将光电管前的挡光板置于挡光位置，转动波长读数鼓轮，观察通过出射缝到达挡光板的从红到紫的各种单色光斑，直到波长读数鼓轮转到零位置，挡光板上出现白光；3、通电预热20－30分钟后，调节测量放大器的零点位置；4、在可见光范围内选择一种波长输出，根据微安表指示，找到峰值，并设置适当的倍率按键。
调节电压调节按钮，改变光电管的遏止电压，从－1.3v起，缓慢调高外加直流电压，先主要观察一遍电流变化情况，记住使电流开始明显升高的电压值；5、针对各阶段电流变化情况，分别以不同的间隔施加遏止电压，读取对应的电流值。
在上一步观察到的电流起升点附近，要增加监测密度，以较小的间隔采集数据；陆续选择适当间隔的另外3～4种波长进行同样测量，列表记录数据；6、作出被测光电管在4～5种波长光照射下的伏安特性曲线，并从这些曲线找到和标出遏止电位；7、填入下表关系图，其结果与爱因斯坦光电方程是否符合；8、利用上述结果，并根据下式求出普朗克常数。
五、实验报告要求1）实验目的与要求2）实验方案3）实验结果和数据处理4）结论5）问题与讨论六、思考题1、单色仪调节时，可能发生零位偏差，如何修正；2、如何调节测量放大器的零点位置；3、在观察到的电流起升点附近，为什么要增加监测密度？。
实验四PIN光电二极管特性测试
实验四PIN 光电二极管特性测试一、实验目的1学习掌握PIN 光电二极管的工作原理 2、 学习掌握PIN 光电二极管的基本特性 3、 掌握PIN 光电二极管特性测试的方法 4、 了解PIN 光电二极管的基本应用 二、实验内容1 PIN 光电二极管暗电流测试实验 2、 P IN 光电二极管光电流测试实验 3、 P IN 光电二极管伏安特性测试实验 4、 P IN 光电二极管光电特性测试实验 5、 P IN 光电二极管时间响应特性测试实验 6、 P IN 光电二极管光谱特性测试实验 三、实验器材1光电探测综合实验仪 1个 2、 光通路组件 1套 3、 光照度计1台 4、 P IN 光电二极管及封装组件 1套 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 9、 示波器 1台四、实验原理光电探测器PIN 管的静态特性测量是指 PIN 光电二极管在无光照时的 P-N 结正负极、击 穿电压、暗电流Id 以及在有光照的情况下的输入光功率和输出电流的关系 （或者响应度），光谱响应特性的测量。
图5-1 PIN 光电二极管的结构和它在反向偏压下的电场分布 图5-1是PIN 光电二极管的结构和它在反向偏压下的电场分布。
在高掺杂P 型和N 型半导体之间生长一层本征半导体材料或低掺杂半导体材料，称为 I 层。
在半导体PN 结中，掺杂浓度和耗尽层宽度有如下关系：LP/LN=DN/DP~~rI11 N 1其中：DP和DN分别为P区和N区的掺杂浓度；LP和LN分别为P区和N区的耗尽层的宽度。
在PIN中，如对于P层和I层（低掺杂N型半导体）形成的PN结，由于I层近于本征半导体，有DN<<DPLP<<LN即在I层中形成很宽的耗尽层。
由于I层有较高的电阻，因此电压基本上降落在该区，使得耗尽层宽度W可以得到加宽，并且可以通过控制I层的厚度来改变。
光电二极管特性测量
光电二极管特性测量一、引言市场上的光电二极管被广泛应用于各种光学、通信以及工业领域。
为了确保光电二极管在电路中的正常工作，需要对其特性进行准确的测量和分析。
本文旨在介绍光电二极管的基本原理以及特性测量的方法。
二、光电二极管基本原理光电二极管也称为光敏二极管，是一种能将光信号转换为电信号的半导体器件。
其工作原理是基于光生电流效应，当光线照射到PN结上时，产生光生载流子，进而形成电流。
三、特性测量方法1. 器件准备在进行光电二极管特性测量之前，需要做好器件的准备工作，包括选择合适的测量仪器和配套电路，确保测量环境的稳定性等。
2. 静态特性测量静态特性测量是指在恒定光照条件下，测量光电二极管的伏安特性曲线。
通过改变外加电压，记录光电二极管的电流与电压之间的关系，以评估器件的导通特性。
3. 动态特性测量动态特性测量是指对光电二极管在不同光强下的响应时间进行测量。
通过施加短脉冲光信号，记录器件的响应时间，评估其动态性能。
4. 光谱特性测量光电二极管的光谱特性是指器件对不同波长光信号的响应能力。
通过改变入射光的波长，记录器件的光电流值，得到光电二极管的光谱响应曲线。
四、结论光电二极管特性测量是评估器件性能的重要手段，通过对其静态、动态和光谱特性的测量，可以全面了解光电二极管在实际应用中的表现。
研究人员和工程师可以根据测量结果对器件进行优化，提高其性能和稳定性，推动光电子技术的发展。
参考文献[1] XXX. (Year). Title. Journal, Pages.[2] XXX. (Year). Title. Journal, Pages.。
测光电管的伏安特性 - 大学物理实验
标实验点
i1 310mA r1 5.00cm
+
B(18.00,16.00)
光电特性曲线
（光电特性曲 线需用最小二 乘法拟合）。
A(0.00,4.00)
0
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.0014.00 16.00 18.00 20.00
U (V)
光电管伏安特性曲线
四、实验内容
1 2 eU a mvmax 2
h eU a W
二、实验原理
（二）光电流与阴极表面光通量的关系 设光电管的阴极面积 为 S ，阴极与发光强度为 r 的点光源间的距离为， 由光度学理论可知，点光 源到达的光通量为
S i 2 r
验证了光电流与入射 光光通量的线性关系。
三、实验仪器
暗匣（内装光电管及小灯泡及米尺）；光电效应 实验仪（包括稳压电源、可调稳压电源、位数子 电压表和电流表）。 暗匣
大学物理实验
光电管特性的研究
一、实验目的
1、了解光电效应实验的基本规律和光的量子性。 2、测定光电管的伏安特性，研究光电流强度与 加在光电管两极间电压的关系。 3、测定光电管的光电特性，研究光电流强度与 照在光电管阴极上光通量的关系。 重点：通过光电管的伏安特性和光电特性，掌握 光电效应的实验原理
难点：最小二乘法处理数据
二、实验原理
按照光子理论，光电 效应是光子与电子碰撞， 光子把全部能量（h ）传 给电子，电子获得的能量， 一部分用来克服金属表面 对它的束缚，另一部分成 为该电子（光电子）逸出 金属表面后的动能。根据 能量守恒有
1 2 h mvmax W 2
二、实验原理
（一）光电流与加速电压的关系 保持光源与光电管的 距离一定，如果阳极为高 电势，则电子将加速飞向 阳极，光电流随两极间的 加速电压改变而改变。
实验2-3光电二极管伏安特性测试
实验2-3 光电二极管伏安特性测试实验目的1、加深对光电二极管的工作原理的理解；2、进一步熟悉光电二极管的基本应用；3、理解光电二极管的伏安特性并掌握其测试方法。
实验内容在光照度下一定的情况下，光电二极管的伏安特性测试。
实验仪器1、光电探测原理实验箱 1台2、连接导线若干实验原理光电二极管的基本特性： 光电二极管的输出光电流与偏压的关系称为伏安特性，如图2-3.1。
实验步骤实验装置原理框图如图3-3.2所示。
1、负载RL选择RL1=2.4K。
将“光电二极管偏置电压输入＋”端与电流表“＋”端用导线连接，电流表“－”端与RL1任一端连接，RL1另一端与“光电二极管偏置电压输入－”端相连，此时光电二极管偏压为零。
2、电流表档位调节至20μA档，“光照度调节“旋钮逆时针调节至最小值位置。
打开电源开关，顺时针调节照度调节旋钮，使照度值为50Lx，记下此时电流表读数，填入表3.1。
关闭电源，拆掉电流表“－”端与RL1之间的连线。
3、电压表调到20V档，“幅度调节”旋钮逆时针调至最小值位置。
将“直流电源0-12V”端与RL1连接，将“直流电源另一端（接地端）与电流表“－”端连接。
再将电压表“＋”端与“直流电源0-12V”端相连，“直流电源”接地端与电压表“－”端相连。
4、打开电源开关，调节“幅度调节”旋钮，直至电压表显示为2.00V为止，记下光电二极管所加反向偏压为2V时电流表的读数，填入表3.1。
5、重复步骤4，分别记下反向偏压为4V、6V、8V和10V时的电流表读数，填入表2.3.1。
关闭电源。
6、作出50Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线。
7、重复上述步骤。
分别测量光电二极管在100Lx、200Lx和300Lx照度下，不同偏压下的光生电流值，并分别作出伏安特性曲线。
比较四条伏安特性特性曲线有什么不同。
8、实验完毕，拆除所有连线。
将“幅度调节”和“光照度调节”旋钮都逆时针旋到底。
实验数据：（在实验报告后面）数据处理：作出50Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线：作出100Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线：作出200Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线：心得体会：通过该实验加深了对光电二极管的工作原理的理解；进一步熟悉光电二极管的基本应用；理解了光电二极管的伏安特性并掌握其测试方法。
实验一光电二极管、光电三极管光照特性的测试
或
G
SA SK
•
暗电流
当光电倍增管在完全黑暗的情况下工作时，阳极电路里 仍然会出现输出电流，称为暗电流。引起暗电流的因素 有：热电子发射、场致发射、放射性同位素的核辐射、 光反馈、离子反馈和极间漏电等。
三、实验装置
实验装置如图3。
测试室 光源室
白炽灯 倍增管
检流计
倍增管电源
白炽灯电源
+1
如图4所示，
可以作鉴相 器使用。
-180°
-90°
90°
180°
φ
-1
图4 相关器输入为与参考信号同频的 方波时它的输出直流电压与两者 的相位差成线性关系
⑤ 等效噪声带宽
基波噪声带宽： f N 1
1 1 2 R0C0 2T
总等效噪声带宽：f N 1
2
8
f N 1
2
16T
四、实验仪器及装置
1.
2.
实验仪器：光电二极管、钨丝灯、调压变压器、照度 表、毫安表、直流稳压电源等。
实验装置如图4。
照度计
μA
直流稳压电源
光电探测器
调压变压器
图4
光电二极管光照特性测试装置
实 验 二 硅光电池负载特性的测试
一、实验目的
1. 掌握硅光电池的正确使用方法。 2. 了解光电池零负载，以及不同负载时光电流
1.43 f ( R1 R2 )C1
3端为输出端，R3是限流电阻，避免由于电流过大
而烧坏红外发光管D，其输出信号为方波，占空比 为
R1 。 R1 R2
② 接收电路由光电三极管、放大驱动电路和负载组成。 由于外接负载的不同，所采用的放大电路的形式也很 多。 如果负载电流较小，可采用晶体管作放大器，输出端 直接带负载（如图2）。 V
光电管伏安特性测试
• E=hυ-Ws,或1/2mV2=hυ-Ws
（1）
• 其中：h-普朗克常数公认值为6.62916×10-34J.scc
• υ-入射光的频率
• m-电子的质量
• V-光电子逸出金属表面时的初速度
• Ws-受电子照射的金属的逸出功（或功函数）
实验原理
• 在式（1）中，1/2mV2是没有受到电荷阻止，从金属中 逸出的电子的最大初动能。由（1）式可见，入射到金 属表面的光频率越高，逸出的电子最大初动能必然也 越大，正因为光电子具有很大初动能，所以即使阳极 不加电压也会有光电子落入而形成电流，甚至阳极相 对于阴极的电位低时也会有光电子落到阳极，直到阳 极电位低于某一个数值时，光电子都不能到达阳极， 光电流为零 。这个相对于阴极为负值的阳极电位Us被 称为光电效应的截止电位（或截止电压）。
实验原理
原理图
实验内容
一、测量准备 1.预热；2.调整距离；3.连线。
二、测量截止电压 1.选取“截止电压测试”并调零； 2.放置光阑、滤光片； 3.调节电压，观察电流变化，并记录电流为零时 的电压值，即截止电压； 4.更换滤光片，并记录相应的截止电压。
三、光电管伏安特性测试 1.选取并放置光阑、滤光片； 2.改变电压值，记录电压与相应的电流值。
1887年H.赫兹在验证电磁波存在时意外发现，一束光入射到金属表面，会有 电子从金属表面溢出，这个物理现象被称为光电效应。
1888年以后，W.哈耳瓦克斯，A.T.斯托列托夫.P.勒纳德等人对光电效应作了长 时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实（1）光电发射率与光强成 正比；（2）光电效应存在一个阈频率（或称截止频率），当入射光的频率低 于某一阈值υ时，不论光的强度如何，都没有电子产生；（3）光电子的动能 与光强无关，但与入射的频率成正比；（4）光电效应是瞬时效应，一经光线 照射，立刻产生光电子，然而麦克斯韦的经典理论无法对上述实验事实作出 完整的解释。
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思考题
1、简述光电效应 2、使用不同的光阑孔 频率（f）和截止电
压（Vs）曲线有什么变化
1887年H.赫兹在验证电磁波存在时意外发现，一束光入射到金属表面，会有 电子从金属表面溢出，这个物理现象被称为光电效应。
1888年以后，W.哈耳瓦克斯，A.T.斯托列托夫.P.勒纳德等人对光电效应作了长 时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实（1）光电发射率与光强成 正比；（2）光电效应存在一个阈频率（或称截止频率），当入射光的频率低 于某一阈值υ时，不论光的强度如何，都没有电子产生；（3）光电子的动能 与光强无关，但与入射的频率成正比；（4）光电效应是瞬时效应，一经光线 照射，立刻产生光电子，然而麦克斯韦的经典理论无法对上述实验事实作出 完整的解释。
实验原理
原理图
实验内容
一、测量准备 1.预热；2.调整距离；3.连线。
二、测量截止电压 1.选取“截止电压测试”并调零； 2.放置光阑、滤光片； 3.调节电压，观察电流变化，并记录电流为零时 的电压值，即截止电压； 4.更换滤光片，并记录相应的截止电压。
三、光电管伏安特性测试 1.选取并放置光阑、滤光片； 2.改变电压值，记录电压与相应的电流值。
A.爱因斯坦和R.A密立根都因光电效应等方面的贡献，分别于1921年 和1923年获得了诺贝尔奖金。
实验原理
• 爱因斯坦认为一点发出的光不是按麦克斯韦电磁学说指出的那样 以连续分布的形式把能量传播到空间，而是频率为υ的光以hυ为 能量单位（光量子）的形式一份一份地向外辐射。至于光电效应， 是具有能量为hυ的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把 它的全部能量交给这个电子造成的。如果电子脱离金属表面耗费 的能量为Ws 的话，则由光电效应打出速度V的电子的动能为
光电效应与普朗克常数
• 实验目的 • 实验原理 • 实验内容 • 思考题
实验目的
1、通过光电效应实验了解光的量子性。 2、测量光电管的弱电流特性，找出不同光
频率下的截止电压。 3、验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗克
常数。
Байду номын сангаас
实验原理
量子论是近代物理的基础之一，而光电效应则可以给予量子论以直观鲜明的物理 解释，随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多 科技领域。普朗克常数公认值为h=6.62919×10-34JS，是自然界中一个很重要 的普适常数，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出，所以，进行光电 效应实验并通过实验求取普朗克常数有助于学生理解量子理论和更好地认识h 这个普适常数。
• E=hυ-Ws,或1/2mV2=hυ-Ws
（1）
• 其中：h-普朗克常数公认值为6.62916×10-34J.scc
• υ-入射光的频率
• m-电子的质量
• V-光电子逸出金属表面时的初速度
• Ws-受电子照射的金属的逸出功（或功函数）
实验原理
• 在式（1）中，1/2mV2是没有受到电荷阻止，从金属中 逸出的电子的最大初动能。由（1）式可见，入射到金 属表面的光频率越高，逸出的电子最大初动能必然也 越大，正因为光电子具有很大初动能，所以即使阳极 不加电压也会有光电子落入而形成电流，甚至阳极相 对于阴极的电位低时也会有光电子落到阳极，直到阳 极电位低于某一个数值时，光电子都不能到达阳极， 光电流为零 。这个相对于阴极为负值的阳极电位Us被 称为光电效应的截止电位（或截止电压）。
实验原理
1905年，.A.爱因斯坦大胆地把1900年M.普朗克在进行黑体辐射研究 过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子” 概念，从而给光电效应以正确的理论解释。 对于爱因斯坦的假设，许多学者（诸如剑桥大学的A.体斯，普 林斯顿大学的Q.理查逊，K.T.康普顿等）都做了许多工作，企图 验证爱因斯坦的正确性。然而卓有成效的工作应该属于芝加哥大 学莱尔逊实验室研究的R.A.密立根，他从1905年爱因斯坦的论文 问世后即对光电效应开展全面的详尽的实验研究，经过十年艰苦 卓越的工作，1916年密里根发表了详细的论文，证实了爱因斯坦 方程的正确，并精确测出了普朗克常数h=6.56×10-27crg.scc.它 与M.普朗克按绝对黑体辐射律中的常数计算完全一致。
• 显然，此时有eUs-1/2mV2=0 • 代入（1）式即有eUs=hυ- Ws
（2） （3）
实验原理
由于金属材料的溢出功Ws是金属的固有属性，对于给定
的金属材料Ws是一定值，它与入射光的频率无关，令
Ws=hυ0 ，υ0为频率，即具有频率υ0的光子恰恰具有 溢出功Ws。而没有多余的动能，将（3）式改定为
Us=hυ/e-Ws/e=h(υ-υ0)/e
（4）
（4）式表明，截止电压Us是入射光频率υ的线性函数， 当入射光的频率υ=υ0时，截止电压Us=0时，没有光电 子释放出。上式的斜率k=h/e是一个正常数。
h=ek
（5）
可见，只要用实验方法作出不同频率下的Us-υ曲线，并求出本曲线 的斜率K，就可以通过（5）式求出普朗克常数h的数值，其中 e=1.60×10-19c是电子电荷量。