光电二极管
摘要：光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。通过实验的方法测量出光电二极管的主要的特性和技术参数，最高反向工作电压、暗电流、光电流、光谱特性等。分析其特性及技术参数。
关键词：光电二极管 特性 技术参数 分析
一 光电二极管的工作原理：
光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流
明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。光电三极管除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光电二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射。
二 光电二极管的种类、特性与用途： 1 PN型
特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。
用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 2 PIN型
特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应
用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真 3 发射键型
特性：使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体 用途：主要用于紫外线等短波光的检测 4 雪崩型
特性：相应速度非常快，因具有倍速做用，故可检测微弱光 用途：高速光通信、高速光检测
三 光电二极管的实验目的内容
1、光电二极管伏安特性测试实验 2、光电二极管暗电流测试实验 3、光电二极管光电流测试实验 4、光电二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、光电二极管的实验原理
1、光电二极管伏安特性测试实验
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。
光电二极管常工作在反向偏压状态；受到光照，在光电效应作用下产生光生载流子，形成光电流；光电流的方向：由光电二极管负极流向正极，类似于直流电源。
伏安特性测试原理图：
电流表光电二极管电压表光源Ui偏压RL
1、负载RL选择RL=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RL任一端连接，RL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、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，照度值为300Lx和500lx条件，记下此时电流表读数填入表中。
3、重复步骤2，分别记下反向偏压为4V、6V、8V、10V和12V时的电流表读数，
填入表1。关闭电源。 表1
(1).300LX 偏压（V） 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 光生电流 （μA） (2).500LX
偏压（V） 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12
光生电流
（μA）
2、光电二极管暗电流测试
（1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极）。 （2）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。
（3）将电压表直接与电源两端相连，打开电源调节直流电源电位器，使得电压输出为15V，关闭电源。
（4）安如图所示的电路连接电路图，负载RL选择RL=100K。
（5）打开电源开关，等电压表读数稳定后测得负载电阻RL上的压降V暗，则暗电流L暗=V暗/RL。所得的暗电流即为偏置电压在15V时的暗电流.
电源RLU
2、光电二极管光电流及光照特性测试 实验装置原理图如图9所示。
EDG电压表RL微安表
（1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极）。
（2）按原理图连接电路图， RL取RL4=1K欧。
（3）打开电源,缓慢调节光照度调节电位器，直到光照为300lx，缓慢调节直流调节电位器到电压表显示为6V，请出此时电流表的读数，即为光电二极管在偏压6V，光照300lx时的光电流。同理光照在500lx，700lx，900lx，1100lx的光电流。
4、光电二极管光谱特性测试
（1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极）。
（2）将直流电源正负极直接与电压表相连，打开电源，调节电源电位器至电压表为10V，关闭电源。
（3）按原理图连接电路图如图所示：RL取RL10=100K欧。
DGERL电压表 （5）打开电源，缓慢调节光照度调节电位器到最大
（7）分别测试出红，橙，黄，绿，蓝，紫，白在光照度E下电压表的读数。
五、实验数据及分析：
1、光电二极管伏安特性测试实验数据
(1).光照度为300LX
偏压（V） 0
光生电流0
（mA）
(2).光照度为500LX
-2 -4 -6 -8 -10 -12 0.94 1.27 1.35 1.41 1.47 1.53
偏压（V） 0 光生电流0 （mA） -2 -4 -6 -8 -10 -12 0.92 1.91 2.22 2.36 2.46 2.52 系列2是500lx 系列1是300lx
2、光电二极管暗电流测试
根据电路图所得测量得到的数据即可计算出光电二极管的暗电流。 测量出U暗的范围是（9.3 12.5）mv，可求出U暗的平均值为 U暗=10.9mV,已知R=100K
由公式I暗=U暗/R级可算出I暗 即：I暗=U暗/R=10.9mv/100K=109nA
2、光电二极管光电流及光照特性测试
根据实验原理图电流表上的示数即为光电二极管在偏压6V，光照300lx时的光电流。 即：I
光
=0.254mA
3、光电二极管 Elx 300lx 500lx 700lx 900lx 1100lx I 0.254mA 0.57mA 0.717mA 0.923mA 1.22mA
分析：随着光照强度的增加，光电二极管的电流增大。
4、光电二极管光谱特性测试(条件光照度300lx，偏压10V）：
利用公式I=U/R可以算出光电流（U是负载电阻RL两端的电压，I光电流） 光照 红 橙 黄 绿 蓝 紫 白 U测 9.5V 8.2V 8.1V 4.9V 3.8V 5.3V 9.4V 光电流 0.095mA 0.082m0.081mA 0.049mA 0.038mA 0.053m0.094mA A A 不同颜色的光对应的波长为： 光照 波长
红 橙 黄 绿 蓝 紫 650nm 610nm 570nm 530nm 450nm 400nm
分析：波长在700nm左右的光二极管特性最好。随着波长的增加或减少二极管特性下降。
六、实验结束，整理实验器材。
