光電實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、一.實(shí)驗(yàn)原理 普通光源（白熾燈）光譜為連續(xù)光譜，光譜為連續(xù)光譜( 白熾燈的另一個(gè)特性是做燈絲的鎢有正阻特性，工作時(shí)的熱電阻遠(yuǎn)大于冷態(tài)時(shí)的電阻，在燈的啟動(dòng)瞬時(shí)有較大的電流 )。 利用分光三棱鏡后，可以提供紅色，黃色，綠色，藍(lán)色等多種波長(zhǎng)的光輻射。激光光源是半導(dǎo)體激光器，發(fā)射出波長(zhǎng)為630納米的紅色光激光特性:單色性 方向性 相干性等。白熾燈按用途可分為普通照明燈泡和專用照明燈泡。白熾燈的光效雖低,但光色和集光性能好,易于大量生產(chǎn)、成本低、使用方便。因此，它始終是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的電光源。除作普通照明燈外，還可作航空、車輛、船舶用燈，醫(yī)療衛(wèi)生、儀器、信號(hào)指示燈，舞臺(tái)、放映、照相用燈，紅外線加熱

2、，礦用、農(nóng)用、集魚和測(cè)光標(biāo)準(zhǔn)燈等。半導(dǎo)體激光器具有效率高、體積小、壽命長(zhǎng)、成本低、等優(yōu)點(diǎn)，目前在激光器領(lǐng)域中已占據(jù)一半以上的市場(chǎng)份額，而且還在不斷擴(kuò)大，大有取代傳統(tǒng)激光器的趨勢(shì)。 光敏電阻是應(yīng)用光電導(dǎo)效應(yīng)的元件。光電導(dǎo)效應(yīng)就是在光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化。光敏電阻可廣泛應(yīng)用于各種光控電路，如對(duì)燈光的控制、調(diào)節(jié)等場(chǎng)合，也可用于光控開關(guān)。 光敏二極管，又叫光電二極管（英語(yǔ)：photodiode ）是一種能夠?qū)⒐飧鶕?jù)使用方式，轉(zhuǎn)換成電流或者電壓信號(hào)的光探測(cè)器。管芯常使用一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，對(duì)光的變化非常敏感，具有單向?qū)щ娦裕夜鈴?qiáng)不同的時(shí)候會(huì)改

3、變電學(xué)特性，因此，可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。 光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。 通常基極不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。光敏三極管用于測(cè)量光亮度，經(jīng)常與發(fā)光二極管配合使用作為信號(hào)接收裝置。 光電池（photovoltaic cell，注意photocell一般指光敏電阻），是一種在光的照射下產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的半導(dǎo)體元件。光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的，不需加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能的P-N結(jié)的光電器件。當(dāng)光照射到光電池P-N結(jié)上時(shí)，便在P-N結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象叫“光

4、生伏特效應(yīng)”，將光能轉(zhuǎn)化為電能。該效應(yīng)與材料、光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)等有關(guān)。它是是能在光的照射下產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的元件。用于光電轉(zhuǎn)換、光電探測(cè)及光能利用等方面。光電池主要用于儀表，自動(dòng)化遙測(cè)和遙控方面。太陽(yáng)能電池作為能源廣泛應(yīng)用在人造地球衛(wèi)星、燈塔、無(wú)人氣象站等處。  目前，光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面：一是為無(wú)電場(chǎng)合提供電源，主要為廣大無(wú)電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力，還有微波中繼電源、通訊電源等，另外，還包括一些移動(dòng)電源和備用電源；二是太陽(yáng)能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽(yáng)能充電器、太陽(yáng)能路燈和太陽(yáng)能草坪燈等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)大面積推廣實(shí)施。 光電開關(guān)可以由一個(gè)光發(fā)射管和一個(gè)接收管組成光耦或

5、光斷續(xù)器。當(dāng)發(fā)射管和接收管之間無(wú)遮擋時(shí)，接收管有光電流產(chǎn)生，一旦此光路中有物體阻擋時(shí)光電流中斷，利用這種特性可制成光電開關(guān)用來(lái)測(cè)速、計(jì)數(shù)、控制等。反射板式光電的抗光干擾能力稍差，對(duì)射式的好些，安全性屬對(duì)射式光電更高，國(guó)外品牌進(jìn)入中國(guó)開始階段均是反射式，現(xiàn)在大的主流是對(duì)射式光電開關(guān)。 紅外線光電接近開關(guān)中有一個(gè)紅外發(fā)射二極管和光敏三極管組成。當(dāng)物體接近時(shí)，發(fā)射管發(fā)射的紅外線被物體反射到接收管上，被接收管接收產(chǎn)生光電流，經(jīng)采樣放大和控制電路，可作為自動(dòng)開關(guān)。 若使某些強(qiáng)介電質(zhì)物質(zhì)的表面發(fā)生變化,隨著溫度的上升或下降,在這些物質(zhì)表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化,這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。這種現(xiàn)象在鈦酸鋇之類的

6、強(qiáng)介電材料上表現(xiàn)得特別明顯。釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管，其目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式。故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式來(lái)完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。 光束是一種電磁波，具有振幅、相位、強(qiáng)度和偏振等參量和良好的相干性。如果能夠應(yīng)用某種物理方法改變光波的這些參量之一，使其按照調(diào)制信號(hào)（如數(shù)字信號(hào)）的規(guī)律變化，那么該光束就受到了調(diào)制，達(dá)到“運(yùn)載”信

7、息的目的。實(shí)現(xiàn)光束調(diào)制的原理有振幅調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制、強(qiáng)度調(diào)制、脈沖調(diào)制、脈沖編碼調(diào)制。從方法來(lái)說(shuō)，即有電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)制、直接調(diào)制等。本實(shí)驗(yàn)用的是脈沖電光調(diào)制。 當(dāng)光點(diǎn)入射到PSD表面時(shí)，由于橫向電勢(shì)的存在，產(chǎn)生光生電流，光生電流就流向兩個(gè)輸出電極，從而在兩個(gè)輸出電極上分別得到光電流和，顯然。而和的分流關(guān)系則取決于入射光點(diǎn)到兩個(gè)輸出電極間的等效電阻。二、操作與觀察得出結(jié)論 按照講義進(jìn)行操作。對(duì)普通光源利用分光三棱鏡后，可以提供紅色，黃色，綠色，藍(lán)色等多種波長(zhǎng)的光輻射。激光光源是半導(dǎo)體激光器，發(fā)射出波長(zhǎng)為630納米的紅色光激光特性:單色性 方向性 相干性等。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出光敏電

8、阻在不同的照度下有不同的亮阻和暗阻：在不同的工作電壓下有不同的亮阻和暗阻。光照特性如2-1，表21光照度（LX）20406080100120140160180電流mA0.230.40.540.650.750.840.961.041.12光照度/Lx圖2-1光敏電阻光照特性實(shí)驗(yàn)曲線可以看出，電流隨著光照度的增加而增大，基本成線性。表2-2型號(hào)：G5528電壓（U）00.511.522.533.544.55照度（Lx）50電流（mA）00.030.070.110.150.190.230.280.310.360.4100電流（mA）00.060.130.210.280.350.420.490.560

9、.630.70150電流（mA）00.090.180.270.360.460.550.640.730.830.91I/mAVCC/V圖2-2光敏電阻伏安特性可以看出，照度越強(qiáng)，電壓對(duì)電流改變?cè)酱?，曲線基本成線性。表3-1照度Lx51015.707580I（mA）0.020.060.090.460.470.49L/Lx圖3-1光敏二極管光照特性電流和電壓基本成線性表5-1強(qiáng)度（Lx）051015.95100電流（A）00.120.230.472.632.91電壓（mV）00.100.190.240.320.32光照度/Lx圖5-2硅光電池開路電壓短路電流表10-1位移量（mm）12345678910輸出電壓1（V）-4.91-4.36-3.37-2.11-1.26-0.180.901.782.923.83輸出電壓1（V）-4.94-4.37-3.33-2.12-1.30-0.170.881.802.943.85輸出電壓1（V）-4.92-4.39-3.36-2.14-1.28-0.190.861.822.973.84平均值（V）-4.92-4.37-3.35-2.12-1.30-0.180.881.802.943.84電壓(V)位移/mm表10-1 激光點(diǎn)位移與輸出電壓關(guān)系三、問(wèn)題與收獲 我