实验三 光敏三极管特性实验

实验三：光敏三极管特性实验

一、实验目的：.

1、熟悉光敏三极管的结构和作用原理；

2、了解光敏三极管的特性，当工作偏压一定时，光敏三极管输出光电流与入射光的照度（或通量）的关系。

二、实验原理：

光敏三极管是在光电二极管的基础上发展起来的，它和普通的晶体三极管相似——具有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路的电流控制，还受光的控制。所以光敏三极管的外形有光窗。有三根引线的也有二根引线的，管型分为PNP型和NPN型两种光敏三极管，NPN型称3DU型光敏三极管，PNP 型称3CU型光敏三极管。

现以3DU型为例说明硅光敏三极管的结构和作用原理，如图3-1所示。以N 型硅片作为衬底，扩散硼而形成P型，再扩散磷而形成重掺杂N+层，并涂以SiO2作为保护层。在重掺杂的N+侧开窗，引出一个电极并称作“集电极c”，由中间的P型层引出一个基极b，也可以不引出来（由于硅光敏三极管信号是以光注入，所以一般不需要基极引线），而在N型硅片的衬底上引出一个发射e，这就构成一个光敏三极管。

图3-1 3DU型光敏三极管结构原理图及符号

硅光敏三极管的工作原理：工作时各电极所加的电压与普通晶体管相同，即

需要保证集电极反向偏置，发射极正偏置，由于集电极是反偏置，在结区内有很强的内建电场，对3DU型硅三极管来说，内建电场的方向是由c到b，与硅光电二极管工作原理相同，如果有光照到基极--集电极上，能量大于禁带宽度的光子在结区内激发出光生载流子-电子空穴对，这些载流子在内建电场的作用下，电子流向集电极，空穴流向基极，相当于外界向基极注入一个控制电流I b=I p（发射极是正向偏置和普通晶体管一样有放大作用）。当基极没有引线，此时集电极电流：

I c=β I b=β I p=S E·E·β

式中β为晶体管的电流增益系数；E为入射照度；S E为光电灵敏度。由此可见，光敏三极管的光电转换部分是集-基结区内进行，而集电极、基极、发射极又构成了一个有放大作用的晶体管。

三、实验仪器及部件：

光敏三极管、直流稳压电源、采样电阻、跟随器、照度测量器件、照度表、光源、微安表、F/V表。

四、实验步骤：

1、了解所需单元、部件在实验仪上的位置、观察光敏三极管的结构。

2、测量光敏三极管的暗电流：

按图3-2接线，+VCC选择在+10v，

负载电阻至最小，装上光源，对准光敏

三极管，关闭发光管电源，移出遮光罩，

光敏三极管完全被遮盖，微安表显示的

电流值即为暗电流，或测得负载电阻上

的压降V暗，则暗电流I暗=V暗/R L。

注意：光敏三极管的暗电流很小可

能不易测到。

3、测量光敏三极管光电特性：

光敏三极管的光电特性是指当工

作偏压一定时，光敏管输出光电流与入

射照度（或通量）的关系。

图3-3 光电特性测量接线图

按图3-3接线，+VCC选择在+10v，负载电阻调制最小（最小为2K，事先也可用万用表测得），打开光源改变照度（方法同实验一），并记录F/V表的读书填入下表：

表3-1 固定偏压时光照度与光电流关系表

做出照度—电流曲线。

4、测量光敏三极管伏安特性：

当入射光的照度（或通量）一定时，光敏管输出的光电流与偏压的关系称为伏-安特性。接线如图3-3所示，调节光强1000Lx不变，采样电阻至最小。改变+Vcc的电压，记录F/V表的电压值，计算后填入下表并作出V—I曲线。

表3-2 固定光照度时偏压与光电流关系表照度：1000L X

五、思考题：

1、光敏三极管与光敏二极管在工作原理上有何异同？与普通三极管有何差别？

2、根据实验结果，试分析光敏三极管与光敏二极管的伏安特性有何不同之处？