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 2、 光通路组件 3、 光照度计 4、 电源线
5、 2#迭插头对（红色， 50cm） 6、2#迭插头对（黑色， 50cm） 7、 三相电源线 8、 实验指导书
1
1
1 1
10 10 1 1
个 套 个 根 根 根 根 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。
空间
1 P区电荷区口区 t——j 賓 p Z
( ----- :N 「P - + + + 1 __ 」 a反向偏压工作状态
b无偏压工作状态
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:
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) 光生电流
0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 (卩A) ⑵.500LX 偏压(V) 光生电流
0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 (卩A) 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)
数稳定后测得负载电阻
打开电源开关，等电压表读
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.
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。
（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300IX，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300Ix时的光电流。同理光照在 500Ix，700Ix，900Ix，1100Ix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。
（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） 光生电流
0 0 -2 0.94 -4 1.27 -6 1.35 -8 1.41 -10 1.47 -12 1.53 （mA （2）.光照度为500LX
偏压（V） 光生电流
0 0 -2 0.92 -4 1.91 -6 2.22 -8 2.36 -10 2.46 -12 2.52 （mA T4
-12 -10 -8
-6 -4 -2 0
电压V
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=』音/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 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 十系列1 ■■-系列
2
6V,光
光照特性
+系列1
光照度\"
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）:
利用公式匸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 U测 光电流 9.5V 8.2V 8.1V 4.9V 5.3V 9.4V 0.095mA 0.082m 0.081mA 0.049mA 0.038mA 0.053m 0.094mA A A 蓝 蓝 [3.8V紫 白 不同颜色的光对应的波长为:
光照 波长 红 橙 黄 绿 蓝 紫 650nm 610 nm 570nm 530nm 450nm 400nm 光谱特性
0.1
—系列1
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
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