实验4：光敏三极管特性实验

光敏三极管特性实验

（一）实验目的

（1）了解光敏三极管结构与工作原理。 （2）掌握光敏三极管性能、特性的测试方法。

（二）实验器件与单元

CSY2000G光电传感器实验台、光电器件实验（一）模板、光敏三极管、光源、滤色镜、照度计模板、光照度计探头

（三）基本原理

在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用晶体三极管的电流放大作用，用Ge或Si单晶体制造NPN或PNP型光敏三极管。其结构使用电路及等效电路如图1所示。

图1 光敏三极管结构及等效电路

光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管基极集电极并联 ：集电极-基极产生的电流，输入到共发三极管的基极在放大。不同之处是，集电极电流（光电流）有集电结上产生的iφ控制。集电极起双重作用；把光信号变成电信号起光电二极管作用；使光电流再放大起一般三极管的集电结作用。一般光敏三极管只引出E、C两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。

（四） 实验步骤

1.光敏三极管伏安特性

光敏三极管在不同的照度下的伏安特性就象一般晶体管在不同的基极电流输出特性一样。光敏三极管把光信号变成电信号。

（1） 将图3-1中的光敏二极管换成光敏三极管，按图接线，（注意接线孔颜色相

接主机箱电压表Vcc光敏器件光敏接收器件或光源光电器件实验（一）接主机箱 可调0-5v+0-5V可调光敏器件输入光敏接收器件硅光电池接主机箱电流表光敏二极管主机箱遮光筒光源+0-12V可调升降杆升降固定螺钉移块图3-1光敏二极管实验对应）主机箱的电流表的量程在实验过程需要进行切换，从μA到mA档，电压表的量程为20v档。

（2） 首先慢慢调节0～12V光源电压,使光源的光照度在某一照度值（2、4、6、8 lX）,

再调节主机箱0-5v电源改变光敏三极管的电压,测量光敏三极管的输出电流和电压。填入表1～表4，并作出一定光照度下的光敏三极管的伏安特性曲线（可多做几组族线）

表1 在2lX照度下

U1(V) I1(mA) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 表2 在4lX照度下

U1(V) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 I1(mA) 表3 在6lX照度下

U1(V) I1(mA) 0 0.5 1.0 1.5` 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 表4 在8lX照度下

U1(V) I1(mA) 0 I(mA)

外加电压(V)

图2 光敏三极管伏安特性实验曲线 2.光敏三极管的光照特性测量

将图3-1中的光敏二极管换成光敏三极管接线（注意接线孔的颜色相对应），测量光敏三极管的暗电流和亮电流。

（1） 暗电流测试

将主机箱中的0～12V可调稳压电源的调节旋钮逆时针方向慢慢旋到底，打开主机箱电源，读取主机箱上电流表（20uA档）的值即为光敏二极管的暗电流。暗电流基本为0uA，一般光敏二极管小于0.1uA，暗电流越小越好。

（2）亮电流测试

a.关闭主机箱总电源，撤下光敏三极管探头，换上光照度计探头和照度计模板（参照实验一节第二部分图1-2安装接线）。

b.打开主机箱电源，顺时针方向慢慢地调节0～12V可调电源（光源电压），使主机箱上照度计的读数为60lx。

c.撤下照度计探头，按图3-1换上光敏三极管探头和光电器件实验（一）模板接线，读取电流表值，即为60lX，U测5V（光敏三极管工作电压）时的亮电流。

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 d.重复a、b、c实验步骤，把测量值填入表1，并作出一定工作电压（5v）时I-E曲线。

照 度 计 模 板-5v+5v主Rf1Rf2Cf照度传感器-5v+5v机箱RU0+-照度计表+0-12vI/U放大转换-×1×10照度探头遮光筒光源升降杆升降固定螺钉移块图1-2光照度实验E.将实验数据填入表5，并作出I-lx特性曲线。

表5

照度LX I亮（mA） I(mA)

图E(lX)

3． 光敏三极管的响应波长（光谱特性）

光敏三极管对不同波长的光，接收灵敏度是不一样的，它有一个峰值响应波长。当入射光的波长大于峰值响应波长时，相对灵敏度要下降。光子能量太小，不足以激发电子空穴对。

5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 3 光敏三极管光照特性实验曲线 当入射光的波长小于峰值响应波长时，相对灵敏度也要下降，这是由于光子在半导体表面附近就被吸收，并且在表面激发的电子空穴对不能到达PN结，因而使相对灵敏度下降。

实验时通过更换光源筒上的滤色镜得到不同波长的光，不同波长的光在相同的照度下，检测出对应的光敏三极管的电流大小。

光敏三极管光谱特性测试用七种颜色的滤色镜代替不同波长的光。实验方法与亮电流测试方法基本一样，不同点就是拧下光源前盖，更换不同颜色的滤色镜，调节光源电压，在不同照度下，测得光电流，填入表6中，并作出一定照度下的（如：10lx）I-入曲线。

表6

颜色(nm) 红 光电流I (650) 照度LX 5 10 15 (610) (570) (530) (480) (450) (400) 橙 黄 绿 青 蓝 紫 I

λ

图4 光敏三极管光谱实验特性

问题：

1．根据测试结果，作出不同照度下，I-V曲线，I-V曲线、I-λ曲线。 2．根据结果分析此光敏三极管峰值波长大约多少？ 3．光敏二极管、光敏三极管的应用场合？

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