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《實驗七 硅光電池特性測試實驗》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在應用文檔-天天文庫。
1、實驗七硅光電池特性測試實驗一、實驗目的：1.深入理解光敏二極管的工作原理、基本結構、性能及應用。2.了解NI數(shù)據(jù)數(shù)采卡的基本使用3.了解利用虛擬儀器進行信號處理的方法二、實驗儀器：光電傳感器實驗模塊、恒流源、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯單元、NI數(shù)據(jù)采集卡、計算機等三、實驗原理：光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,它的核心部分也是一個PN結，和普通二極管相比，在結構上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結的結深很淺，一般小于1微米。光電二極管主要是利用物質的光電效應，即當物質在一定
2、頻率的照射下，釋放出光電子的現(xiàn)象。當光照射半導體材料的表面時，會被這些材料內的電子所吸收，如果光子的能量足夠大，吸收光子后的電子可掙脫原子的束縛而溢出材料表面，這種電子稱為光電子，這種現(xiàn)象稱為光電子發(fā)射，又稱為外光電效應。當外加偏置電壓與結內電場方向一致，PN結及其附近被光照射時，就會產生載流子（即電子-空穴對）。結區(qū)內的電子-空穴對在勢壘區(qū)電場的作用下，電子被拉向N區(qū)，空穴被拉向P區(qū)而形成光電流。當入射光強度變化時，光生載流子的濃度及通過外回路的光電流也隨之發(fā)生相應的變化。這種變化在入射光強度很大的動態(tài)范圍內仍能保持線性關系。圖7-1光敏二極管原理
3、結構圖當沒有光照射時，光電二極管相當于普通的二極管。其伏安特性是式中I為流過二極管的總電流,Is為反向飽和電流，e為電子電荷，k為玻耳茲曼常量，T為工作絕對溫度，V為加在二極管兩端的電壓。對于外加正向電壓，I隨V指數(shù)增長，稱為正向電流；當外加電壓反向時，在反向擊穿電壓之內，反向飽和電流基本上是個常數(shù)。當有光照時，流過PN結兩端的電流可由下確定：式中I為流過光電二極管的總電流,Is為反向飽和電流，V為PN結兩端電壓，T為工作絕對溫度，Ip為產生的反向光電流。從式中可以看到，當光電二極管處于零偏時，V=0，流過PN結的電流I=Ip；當光電二極管處于負偏時
4、（在本實驗中取V=-4V），流過PN結的電流I=Ip-Is。因此，當光電二極管用作光電轉換器時，必須處于零偏或負偏狀態(tài)。圖7-2光電二極管光電信號接收框圖圖7-2是光電二極管光電信號接收端的工作原理框圖，光電二極管把接收到的光信號轉變?yōu)榕c之成正比的電流信號，再經I/V轉換模塊把光電流信號轉換成與之成正比的電壓信號。四、實驗內容與步驟：1、如圖7-3所示,光敏二極管置于光電傳感器模塊上的暗盒內，其兩個引腳引到面板上。通過實驗導線將光電二極管接到光電流/電壓轉換電路的VD兩端、光電流/電壓轉換輸出接數(shù)據(jù)采集卡AI0通道。2、打開實驗臺電源，將±15V電源
5、接入傳感器應用實驗模塊。將光電二極管“+”極接地或者-4V。圖7-3試驗接線圖3、0～20mA恒流源接LED兩端，調節(jié)LED驅動電流改變暗盒內的光照強度。4、打開LabVIEW程序“硅光電池特性測試實驗”，在步長中輸入每次采樣輸入電流的變化量（一般設為1mA），選擇測量模式（零偏/負偏）。5、運行“硅光電池特性測試實驗”按照設定的步長調節(jié)恒流源的輸出，改變LED的光照強度，按下“采樣”采集對應的電壓值，經過十次采樣后得到得到電壓-電流曲線，如圖7-4所示；圖7-4a硅光電池特性測試系統(tǒng)的前臺界面圖7-4b硅光電池特性測試系統(tǒng)的前臺界面圖7-5硅光電池
6、特性測試檢測系統(tǒng)的程序圖五、實驗報告：1、根據(jù)計算機采集處理得到的關系圖比較光敏二極管在零偏和負偏狀態(tài)下輸出的不同之處，思考產生差別的原因。并通過查閱資料了解光敏二極管在這兩種狀態(tài)下的用途。2、加強對光敏二極管的原理和特性的理解，掌握最小二乘線性擬合方法。3、說明光敏二極管和普通二極管在結構，原理和使用方法上的差別
