光电子器件物理实验指导书(修改)教学教材.doc

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1、光电子器件物理实验实验1 光源与光度辐射度参数的测量实验目的：通过用棱镜等器件对发白光的LED（发光二极管）发出的光进行分光的测量和对光电综合实验平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。学习光本性的基本常识，巩固“光电技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。实验仪器： 光电综合实验平台主机系统1台； 60分光棱镜及其夹持装置各1个； 焦距f =50mm的透镜及其支架1只； 发白光的LED平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个； 狭缝及其夹持装置各1个； 像屏

2、及其夹持装置各1个； 磁性表座4个；实验内容：1） 棱镜对“白光”的分光特性； 2） 掌握分光光谱的分布规律；3） 测量远心照明光源在不同位置上的照度；实验步聚：1) 棱镜分光实验 认识实验所用器件从光电综合实验平台备件箱中取出如图2.1-4所示的分光棱镜、棱镜安装调整机构、发白光的LED远心照明光源、可调狭缝与像屏。将这些器材按如图2.1-5所示的方式安装在光学实验台上。打开实验平台上的电源开关，将远心照明光源的电源线接到平台的+5V(VCC)图2.1-5 棱镜对白光的分光实验装置电源上（注意其极性，红插头接VCC）,使LED光源发出一束白色平行光，然后，在光路中插入可调宽度的狭缝，使通过狭

3、缝形成的窄条白光投射到分光棱镜的工作面上，调整（旋转）分光棱镜，改变白光的入射角，再移动像屏位置，观察窄条白光被分光的现象，将有彩色条形光带从棱镜的另一个工作面发射出去。若像屏位置合适，在像屏上将观测到彩色条带。分析各种彩条带的颜色分布规律，记录各色彩条的排列顺序。若将50mm焦距的透镜安装在棱镜与像屏之间，并适当调整透镜与棱镜之间的距离L，与透镜与像屏之间的距离L，观察像屏上彩条的变化。分析变化的原因。2）观测发光二极管经光栅分光后的光谱分布将图2.1-6所示的白光LED光源换成发蓝光、绿光和发红光的光源，观察此时像屏上色带变化。分析并记录色条的颜色和位置的变化，说明位置变化的原因。通过该实

4、验要充分认识LED光源的光谱分布特性与光谱谱线位置与波长相关的概念，为学习光栅光谱仪器奠定基础。3）发光二极管电流与亮度的关系从实验平台备件箱中取出各种单色LED发光管与通用实验装置，把LED发光二极管插入通用实验装置，构成LED光源，把照度计的探测头与LED光源相对按着如图2.1-7所示的结构安装在光学台上，将它们它们的引线和电流表按如图2.1-8所示的电路连接成测量电路，在测量电路中调整电阻用50固定阻值电阻与1k电位器相连接，便于调整流过LED发光管的电流ILED。在发光二极管的供电电路中串入数字电流表，测量流过LED的电流ILED。打开实验平台的电源开关，在发光管未点亮时测出暗背景照度

5、Evb；然后，通过串入发光二极管的1k电位器调节发光电流ILED，记录不同发光电流ILED下的光照度Ev，将其填入表2.1-1；改变LED与光电探测头间的距离，再重复进行上述实验，分析数据变化的原因。将LED与光电探测头间的距离L锁定，找出电流ILED与照度间Ev的关系。关机与结束： 所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补作上述实验；若合理，可以进行关机； 将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱； 将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。实验2 LED光谱特性的测量与光栅光谱仪实验目的：LED灯的特性直接关系到它的应用，

6、尤其是它的发光强度分布特性与光谱特性是人们普遍关心的重要特性，也是难于测量的特性。光源的光谱内含有丰富的信息，为此人们研制出各种光谱探测器进行物质化学成分的分析。安排这个实验有助于学生了解LED发出的光谱成分，并深入掌握光谱探测器的特性，更合理地运用它于分析不同光源的光谱。实验仪器：1）光电综合实验平台主机；2）发光光谱测试仪；3）发出不同颜色光的被测LED器件；实验内容：LED发光光谱特性既有别于LD（半导体激光器）又有别于钨丝灯等热辐射体的发光，它的单色性远不如LD，但是光谱范围是有限宽度的，具有较好的单色性，当然通过二次光致发光获得的“白光”LED的光谱较为丰富，但是仍然无法与钨丝灯等热

7、辐射体的发光光谱相比。描述LED发光光谱特性的方法是测量它的光谱辐射带宽与功率分布。不同颜色与种类的LED发出的光谱辐射带宽与功率分布差异很大。在用LED构成大屏幕显示器应用领域为获得不同颜色的显示效果，必须对所用的LED器件进行光谱特性的测量，以便正确地配制出各种颜色的图案。实验步骤：（1）熟悉测量仪器图1.2-1 LED光谱分布测试仪LED光源光谱分布测量的实验要用到LED光谱分布测试仪，它的外形图如图1.2-1所示，其原理结构如图1.2-2所示。被测LED安装到LED光谱分布测量仪右侧的暗室内，它发出的光经过狭缝入射到反射光栅上，经反射分光后发出多色光带光谱，再经凹面反射镜汇聚到线阵CC

8、D的像敏面上。CCD采集并输出载有LED光谱信息的信号电压，再经数据采集卡将其转换成数字信号送入计算机，在计算机软件的支持下形成的谱图显现在显示器上，其中的横坐标为以nm为计量单位的波长（），纵轴为16位二进制数（065535）。图1.2-2 LED光谱仪原理框图光谱分布测试仪的右端是LED发光管的安装机构，由如图1.2-3所示它由LED灯座、固定套与外圈等三部分构成，将LED的两个电极插入2个插孔（注意标有白色标记的插孔插图1.2-3 LED灯安装结构图较长的正极）后，先将定位套套住LED，然后再将外套拧在LED灯座上，旋紧顶丝。再将LED灯拧到右边的可调狭缝上的螺纹口上。（2）构成测量系统

9、实验时，先将LED光谱分布测试仪用USB连接线与计算机的USB端口（光电综合实验平台的USB接入端口）相连接，再将电源线插到AC220V电源板上，如果只测量LED的光谱，则先将仪器右侧的LED安装装置拧下，将被测的LED插入管座，再将其拧在一起，将直流电源连接线接入仪器右侧的电源插口中便完成了测量系统的安装。（3）开机与测量图1.2-4 黄色LED的光谱分布开机时，先开光谱仪的电源，然后再启动计算机，查看是否安装了测量软件？若没有安装，请按光谱仪软件安装说明书提示的步骤安装软件，软件安装后，可以直接执行光谱采集软件，弹出光谱分布测量程序界面，界面的上层菜单为基本操作控制主菜单，它与通用“wor

10、d”文档内容相同，而最下边一行的菜单为操作菜单，其中“打开”与“保存”菜单是对文档进行打开与保存的操作，“打开”已经保存的文档与“保存”现在正在执行的结果文档；“曲线”菜单是将CCD采集到的光谱信号以波形曲线方式显示在界面上；“数据”菜单是将CCD采集到的数据按一定的数据格式显示在界面上；“连续”菜单是执行菜单，点击“连续”菜单，在计算机显示屏上将显示出如图1.2-4所示的黄色LED发出光谱的分布曲线。“停止”菜单是执行停止采集的操作，点击“停止”菜单后，CCD的采集工作将停止，界面上显示点击“停止”菜单后的结果曲线；“单次”菜单也是执行菜单，点击它以后，线阵CCD只采集一行信号，并将这一行信

11、号以波形曲线的方式显示在界面上；“0ms”菜单是控制所采集到的光谱在界面上停留的时间，点击这个菜单，可以弹出不同的时间选择，改变光谱曲线在界面上停留的时间。“积分3档”是控制线阵CCD积分时间参数的功能菜单，当前选择的为积分时间是“第3档”。点击它可以弹出多种积分时间的选择菜单，实现对不同强度光谱的观测；“关于”菜单是注释菜单，对光谱测量没有关系。测量光谱分布曲线时，在设定好显示时间与积分时间后，可执行“连续”菜单，界面出现便于观察的光谱特性曲线后，可执行“停止”菜单，使界面上的光谱曲线不再变化，通过 “数据”菜单可以读到每个像元的光谱强度值。另外，也可以将“鼠标”标记放到所选波形的特征点（所

12、需要测量的点）位置，再点击鼠标右键，弹出测量标线如图1.2-4所示的白色标线，在标线的上方分别显示x与y坐标值，其中x值为横坐标（光谱的波长），y为其强度（16进制数值）的数值。利用这一功能可以测量光谱的峰值波长与光谱带宽等参数。（4）LED发光光谱半宽度的测量LED发光光谱半宽度的定义为光谱分布曲线的幅度衰减到1/2所对应的谱线宽度。测量时，先将整个光谱曲线计算机界面上显示出来，然后，找出光谱分布曲线的幅度（垂直坐标）衰减到1/2所对应的位置上点击鼠标右键，弹出如图1.2-4所示的白色测量线和相应的x，y坐标，LED光谱辐射半宽度的带宽既为=x2x1 （1.2-1）如图1.2-4所示的半波带

13、宽为（597.15576.51）=20.64nm。由于光谱仪在出厂之前已经用汞灯的标准谱图进行了严格的标定。如果用户没有标准汞灯谱图，则不能再自行进行标定。如果用户有条件进行标定，也可以自行进行标定。但是，自己进行标定应当承担由此带来的误差责任。（5）文件的存储与打开通过执行“保存”菜单，能够将计算机界面上显示的光谱分布曲线以文本方式或图像方式保存到文件夹内，它即为LED的光谱辐射分布曲线图。通过执行“打开”菜单，能够将以前存储在某个文件夹内的光谱分布曲线打开并显示在界面上。关机与结束：1、将所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新作上述实验；若合理

14、，可以关机；2、先退出计算机软件，关掉计算机电源，再将实验平台的电源关掉；3、最后，将所用的配件放回配件箱；将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。4、分析上述实验过程中为什么要旋转被测LED？如何能找到LED的真正光轴？5、LED发光强度的改变是否影响它的光谱分布？为什么？实验3 LED角度特性参数测量实验实验目的：LED（发光二极管）是非常有发展前景的半导体发光器件，是将来取代钨丝灯、日光灯、照明灯、高压汞灯与其他系列灯具的节能替代产品。LED灯的特性直接关系到它的应用，尤其是它的发光强度的空间分布特性是人们普遍关心的重要特性，安排这个实验有助于我们深入掌握它的特性，更合

15、理地应用它为人类照明与视觉效应服务。实验仪器： GDS-型光电综合实验平台1台； LED发光特性测试仪1台；实验内容：1）发光强度空间分布特性与偏差角图1.3-1 LED发光的空间分布特性根据中国光学光电子行业学会2002年制定的“发光二极管测试方法”， LED发光强度的空间分布特性是指器件发射出的光强IV或Ie参数与空间方向角的函数关系I V= f ()。显然，角度一般取为LED器件的“机械角”，机械角的定义为器件几何尺寸的中心线或法线为其零度角。由于LED封装工艺问题使LED器件存在发出光强度最大的方向（称为主光线）与机械轴并不重合，产生如图1.3-1所示的偏差，称其为偏差角或偏向角。测量

16、偏向角对于正确使用LED为光源，尤其是使用LED群构成面光源或彩色图像显示中具有非常重要意义。2）半发光强度角1/2如图1.3-1所示，LED的另一个重要参数是“半发光强度角1/2”， 半发光强度角1/2是描述LED发光范围的参数。为获得更宽，更均匀的面光源，总希望LED半发光强度角1/2更大些，而有些应用场合希望LED能够将光投射到更远的地方，或在更远处获得更强的照度，则又要求LED的半发光强度角1/2尽量小，使光能量不至于太分散而损耗过大。为满足不同应用的要求，生产出多种不同封装形式的LED器件，以便满足不同应用对LED半发光强度角1/2的需求，获得理想的效果。实验步骤：（1）熟悉LED发

17、光角度特性测试仪如图1.3-2所示为YHLA-型LED发光角度特性测试仪的外形图，它由LED安装夹具(右侧)、标准立体角光电接收装置（接收筒）、角度读出度盘、光电探测器输出数字电压表（左面第1块数字电压表）、跨接在LED两端的数字电压表、串联LED中的数字电流表、控制LED工作电流大小的调整旋钮、控制LED工作电压的调整旋钮、控制LED的工作电压极性的转换开关（正、反向切换按键）和电源开关等部件构成。LED安装夹具主要用来安装被测LED发光管，使LED管芯发光部位恰好在读数度盘的回转中心上。度盘的刻度位于回转度盘前方窗口的下方（读数窗），便于操作者随时读取转角的刻度。LED安装夹具的上方有一个

18、锁紧顶丝，松开顶丝后LED灯可以前后调动和转动，使LED灯前端点能够置于机械回转中心上。图1.3-2 LED发光角度特性测试仪结构图光电接收装置（接收筒）中安放一只直径17mm的硅光电池，它对LED发光中心所成的立体角为0.001sr，符合“中国光学光电子行业学会光电器件专业分会”对LED发光角度特性测试方法的基本要求。转动度盘，从度盘前端的角度显示窗口中直接读出LED的转角，为各种角度测试提供准确的数据。三块数字标的下方分别有三位切换开关，对数字电压表或数字电流表的量程进行切换。其中档量程最小，档量程最大。由于测量硅光电池输出的数字电压表在实验过程中很难出现高于200mV的电压，因此可以只使

19、用档量程，其示值（读数为mV）。（2）LED的安装与校准先将LED的两只管脚插入夹具上的两个小孔中（注意标有黑点的小孔为负极，应插入较短的管脚），插入后将便可开机。开机后LED被点亮（如果不亮，请检查是否差错了管脚），读电流表的示值，注意不要超过管子的最大允许电流（应该控制在20mA之内）。可以通过电流调节旋钮进行调节，调好后，不再改变。松开顶丝，转动LED及其夹具，使左侧电压表的读数最大，轻轻地拧顶丝，然后将如图1.3-3所示的定位标具插入中心孔，再旋松顶丝，使LED轻轻地顶到标准具的孔，然后旋紧顶丝，撤去标准具。（2） 测量LED的发光强度分布 测量机械轴与光轴的偏差角如图1.3-4所示图

20、1.3-4 LED发光角度特性测量原理图为测量LED发光角度特性的实验原理图，图中的三道光栏与硅光电池构成一个空间立体角，空间角的轴线是固定的，记为PD轴。LED发光管的机械轴由其外形尺寸决定，YHLA-实验仪的LED夹持器具将其机械轴与PD轴共轴（用LED装置前的定位销钉定位），定位后，度盘的刻度值为0。LED发出的光只有进入到标准立体角内的部分才能被硅光电池PD所接收。当安装在夹具上的LED灯发出的光沿Z轴最大时表明它的光轴与机械轴重合，转动旋转度盘使度盘刻度为0，观察并读出输出电压值。然后再转动度盘，边转动边读输出电压，当数字输出电压的示值达到极值Um时，停止，记录此时度盘的角度m，m既

21、为LED的光轴与机械轴的偏差角。测量时要注意LED发光角的轴线是空间分布的，如何找到LED的光轴是很重要的问题，需要旋转LED，使你所测量的光轴是真正的光轴。 测量LED半发光强度角1/2 半发光强度角1/2的测量方法与偏差角的测量方法极为相似，找到光轴后，记录度盘的角度m，然后，先顺时针转动手轮，使LED绕发光中心顺时针转动，当数字电压表的示值为极值Um的一半时，记录此时度盘的角度值R；再逆时针转动手轮使LED绕发光中心逆时针转动，再使数字电压表的示值为极值Um的一半，记录此时的度盘的角度值L，则LED的半发光强度角1/2应为1/2（RL） （1.3-1）测量LED半发光强度角1/2时也要注

22、意LED发光角的轴线是空间分布的，找不准LED的光轴就不能测出真实的发光半角，实验过程中应该旋转LED，使接收器的输出为最大值才能找到真正的光轴。关机与结束：1、将所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新作上述实验；若合理，可以关机；2、先退出计算机软件，关掉计算机电源，再将实验平台的电源关掉；3、最后，将所用的配件放回配件箱；将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。实验4-1 光敏电阻特性参数及其测量实验目的：通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理，变换电路和它的光照特性和伏安特性等基本参数及其测量方法。达到会

23、用光敏电阻器件进行光电检测方面应用课题的设计。实验仪器： GDS-型光电综合实验平台1台； LED光源1个； 光敏电阻1个； 通用光电器件实验装置2只 通用磁性表座2只； 光电器件支杆2只； 连接线20条； 40MHz示波器探头2条；实验内容： 光敏电阻暗电阻和亮电阻的测量； 光敏电阻光照特性测量； 光敏电阻伏安特性测量；实验步骤：（1）测量光敏电阻的暗电阻 搭建实验电路测量光敏电阻暗电阻的实验电路包括两部分的内容，测量电路与发光电路。对于暗电阻的测量可以暂时不搭建发光电路，而将光敏电阻实验装置的遮光防尘盖盖好。先在光电综合实验平台的电子组装平台上按如图1.4-6所示测量实验电路图组装实验电路

24、。具体搭建步骤如下：首先观察光电综合实验平台左下角部分，从中找到如图1.4-7所示的可调稳压电源部分，其上标有“可调”和“GND”字样为可调稳压电源的图1.4-7 可调稳压电源“+”和“”极，旁边的旋钮为调压端。顺时针旋转电压升高，实验前应该逆时针选到底，电压降低到最小值。然后分别用红黑两种颜色的连线将最左侧的数字电压表并联到“可调”与“GND”端（当然用红色连线接电压表和可调的红色插孔），再用一颗红色连线将数字电压表的红色插孔“+”与电流表的“+”连接起来，再将光敏电阻实验装置的红色插头插入到该数字电流表的黑色插孔上，将光敏电阻实图1.4-8 插头的串接方法验装置的黑色插头插入数字电压表“”

25、（黑色）插孔上。完成图1.4-6所示测量电路的组装。在组装过程中要用到如图1.4-8所示的交叉连接技术。即每个插头的后面都有一个插孔，为将两颗以上的插头连接起来。另外在选用电流表时，光电综合实验平台右侧提供了2块表头，它们没有共地关系，可以串接入电路，测量电流。使用时一定要注意他们的量程，不能超量程使用否则表不能显示出测量数据，而且也容易烧毁电流表，造成不可挽回的事故。还要注意，在搭建电路的过程中一定要注意关断实验平台的电源，不要带电搭建，搭建完成后，要认真检查是否正确，正确以后，方可合上平台电源。光敏电阻暗电阻的测量完成上述搭建工作后，检查无误先测量光敏电阻的暗电阻。测量时千万不要打开光敏电

26、阻实验装置的遮光盖，使它处于暗室状态的时间很长，才能测出它的真实暗电阻。由于光敏电阻的惯性或前历效应的影响，会使暗电阻测量值有较长时间的变化，要理解这个变化是前历效应或惯性引起的，随时间的增长逐渐趋于稳定。给光电综合实验平台上电前要设置数字电压表的量程，在确认调压旋钮逆时针旋到底后，可选第档量程，然后随数字表显示值得增加再换高量程。处于数字电压表将显示可调稳压电源的电压，数字电流表的量程只能选第档量程，它的量程为200A。在这个量程下显示的电流值为微安。即为流过光敏电阻的暗电流值。由于光敏电阻的暗电阻很高，在实验电压较低时电流表读不出数据，随着加在光敏电阻上的电压增高，电流表逐渐有数字输出，此

27、时开始记录电压值Ubb与电流值Id，要注意光敏电阻的暗电流不要超过20A。（2）亮电阻的测量图1.4-9 光敏电阻亮电阻实验装置如果已经将光敏电阻与LED组装在一起，则只要点亮LED即可进行亮电阻的测量。亮电阻测量装置如图1.4-9所示，测量电路依然如图1.4-6所示。当光敏电阻在一定的光照下（由LED光源的电流值ILED标定），测出流过光敏电阻的电流IP与电源电压Ubb（测量亮电阻时可以将电源电压调定到确定值，如12V）之比的倒数为光敏电阻的亮电阻阻值RL。在测量亮电阻时必须将LED光源的供电电路部分接好。具体连接方法如下： 从配件箱中取出适当颜色（例如蓝色）的LED发光管；将LED的两个电

28、极插入到LED光源主体的插孔中。插入时要图1.4-10 LED光源供电电路注意将稍长些的管脚插入靠近白色螺钉的插孔，短脚插入靠近黑螺钉的插孔； 插好后将遮光套拧在主体上，然后将LED光源与光敏电阻实验装置相对而放，使LED发出的光直接照到光敏电阻上。 将LED光源装置的红色插头插到平台提供的+5V电源（VCC）插孔上，将其黑色插头插到50电阻的一端，另一端与平台电子组装平台上的1k电位器中间头（滑动端）相连，然后用连线将1k电位器的定端和GND端相连，构成如图1.4-10所示的供电电路。电路连接好后，就可以开机实验，接通平台电源后，数字电压表将测出电源电压Ubb值、电流IP值。当调整1k电位器

29、时，流过LED发光管的电流ILED由mA表读出，它改变着入射到光敏电阻上的照度。图2.2-11 直角坐标系（3）测量光敏电阻的伏安特性利用上述实验装置可以测量出光敏电阻的伏安特性，并能够画出其伏安特性曲线。实验过程可以采用如下步骤： 调整1k电位器，使mA的示值较低，然后逐渐增大电压Ubb，读出一系列电流Ipi值，然后将这些值分别在如图1.4-11所示直角坐标系上找到位置点，将这些点连成线，该线即为光敏电阻的伏安特性曲线。（4）借助虚拟仪器测量光敏电阻的伏安特性下面利用光电综合实验平台提供的硬件资源，模拟示波、模拟伏安特性仪及其功能软件，图1.4-12 光电平台软件图标直接对光敏电阻进行伏安特

30、性的测量实验，在计算机界面上直接得到光敏电阻的伏安特性曲线。为此，我们需要首先熟悉光电综合实验平台的示波功能。具体实验步骤如下：图1.4-13 主界面略图 先从配件箱中取出两只示波笔（示波器探头）将示波笔的接地端接到GND，然后将两只探头分别通过2颗短连接线插到平台的阶梯波与锯齿波输出信号端； 接通平台电源，启动平台内的计算机（按动“PC电源”按钮），观察显示器，在界面上找到如图1.4-12所示图标的文件夹，双击之进入如图1.4-13所示的平台软件主界面。界面的上方表明了所能够完成的实验种类，“伏安特性实验”与“时间响应实验”。向下看是参数设置框，伏安特性实验参数有两项，分别是采样频率（阶梯波

31、与扫描锯齿波的工作频率）和发出锯齿波的级数选择；时间响应实验主要参数是采样频率，现在的采样频率均为100kHz，其右侧的箭头可用鼠标点击弹出更多的频率选择。再下方为示波器通道的选择，点击后出现通道选项，根据应用选择。再下是示波器功能键，点击它，将在主界面上弹出示波功能显示窗口如图1.4-14所示。图1.4-14 示波器主界面示波器主界面主要包括波形显示窗、通道现则项和操作按钮。若示波器探头已经接入信号（例如已经分别接入到“阶梯波”输出插孔和“锯齿波”输出插孔），并已经在主界面上选中“伏安特性实验”，这时再用鼠标点击“开始”，则在波形显示窗中将以红色和蓝色曲线显示出如图1.4-15所示的阶梯波与

32、锯齿波的波形。 下面组装光敏电阻伏安特性实验电路，组装前别忘了将平台电源关掉，先按着如图1.4-16所示的光敏电阻伏安特性实验电路组装，步骤如下：图1.4-16 光敏电阻实验电路图1.4-15 显示的阶梯波与锯齿波先将LED光源“+”极（红色插头）插入到+5V（VCC）插孔，将黑插头插入三极管例如T1的集电极（c）插孔（绿色）中，再用较长的连线将阶梯波输出连接到一只510电阻的一个插孔中，用另外一条连线将这只510电阻的另一插孔与T1的基极（b）相连接，再取出一颗连线将三极管的发射极（e）与一只51的电阻串接后再与1k电位器相串联，将电位器的中间滑动端接地。便完成了图1.4-16所示电路的光源

33、（左部）部分的连接。然后，连接图1.4-16右面部分电路。将光敏电阻装置的红色连接插头直接插入标有锯齿波形的插孔中，将光敏电阻实验装置的黑线插入标有51k（这里可以用固定电阻替换图1.4-16中的电位器R3）字样电阻的一个插孔中，将另一端用连接线与GND连接起来。将1通道示波器表笔接到三极管的发射极，用来观察阶梯波和将阶梯光信息送入计算机；将2通道示波器表笔接到光敏电阻的黑色插头上，用来观察光敏电阻在锯齿波图1.4-17 示波器视窗下光敏电阻实验波形作用下的输出信号和将该信号送入计算机。接好后，检查搭建电路是否与图1.4-16相符，相符后可以将平台电源接通，再重新进入软件主界面，选择伏安特性实

34、验选项，设置好采样频率后先用“示波器”观察输出信号波形是否与图1.4-17接近，接近后执行“停止”，再“返回”。然后在主界面上单击“数据采集”后，显示屏将显示出如图1.4-18所示光敏电阻的伏安特性曲线。图2.2-18 光敏电阻的伏安特性由于光敏电阻属于具有光敏特性的电阻，因此它的伏安特性为斜率不同的斜直线，表明在不同光照下电阻的阻值不同。利用伏安特性曲线可以计算出光敏电阻的阻值。曲线的横坐标为电压（V），纵坐标为电流（mA）。实验4-2 光敏电阻时间响应特性实验光敏电阻是半导体光电器件中时间响应特性最强（或惯性最大）的器件，掌握它的测量方法有利于正确应用这类器件，同时也为测量其他光电器件的时

35、间响应奠定基础。实验目的：通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理，变换电路和它的光照特性和伏安特性等基本参数及其测量方法。达到会用光敏电阻器件进行光电检测方面应用课题的设计。实验仪器： GDS-型光电综合实验平台1台； LED光源1个； 光敏电阻1个； 通用光电器件实验装置2只； 通用磁性表座2只； 光电器件支杆2只； 连接线20条； 40MHz示波器探头2条；时间响应的测量实验步骤图1.4-3 时间响应测量电路 常规测量方式常规测量光敏电阻时间响应特性的方法是用示波器同步测量脉冲光源的发光脉冲与光敏电阻电路输出信号脉冲间的时间延迟。常规测量方法的测量电路如图2.3-3所示

36、。由发光二极管（LED）及其驱动电路提供快速开关的辐射光源，它将产生脉冲辐射（方波辐射）。在方波辐射的作用下，光敏电阻的阻值将发生变化，由偏置电阻Rb构成的变换电路将光敏电阻的阻值变化变成输出电压Uo的变化。观测光敏电阻变换电路输出信号脉冲随入射辐射的时间变化规律，便可以测量出它的时间响应特性。测量时，取Ubb=12V。用示波器测量输出信号Uo与入射辐射源的时间变化波形，从而测得光敏电阻随入射辐射的变化规律（即时间响应）。t/ms12345678901图1.4-4 光敏电阻的时间响应特性测量曲线显然，图2.3-4中的电阻Re值的大小控制着LED发出光的强弱，改变Re值，可获得不同的辐射通量e作

37、用下光敏电阻表现出的时间响应特性。因此，通过手动开关与Re阻值的改变，便可以观测到如图2.3-4所示的光敏电阻在弱辐射与强辐射情况下的时间响应特性。实验中，要注意电阻Re值的选择，电阻Re值较大时，电流Ie较小，LED发出的光很弱，光敏电阻处于微弱辐射作用的情况，而Re值较小，Ie较大，入射到光敏电阻上的照度将使光敏电阻处于强辐射状态。采用手动控制光源的开关，或将脉冲加到光源的信号控制端都能够得到开关方式快速变化的强、弱两种脉冲辐射，用示波器或其他测量手段都可以方便地观测到光敏电阻在弱、强两种辐射情况下的时间响应特性。 用平台自动测量方式图2.3-5 时间相应测量软件界面采用光电综合实验平台很

38、容易测量光敏电阻的时间响应特性。实验步骤也应该包含搭建实验电路，调出“光电综合实验平台主界面”，并在主界面的菜单选项中选择“时间响应实验”菜单，然后，再从时间响应实验栏的“采样频率”选项中设置适当的频率，最后，采用两个示波探头CH1与CH2分别接在电阻Re端测量方波输入脉冲和光敏电阻变换电路的输出信号Uo上，然后点击“采集数据”菜单，将弹出如图2.3-5所示的“时间相应测量结果的界面”，界面分为两部分，上部显示加在光敏电阻上的输入方波脉冲的波形，其横轴为时间坐标，显示以方波脉冲光作用到光敏电阻上，下部分为光敏电阻变化电路的输出信号，对比上下两部分波形，不难看出光敏电阻的时间响应特性。从两个波形

39、对应点的时间，例如上部方波脉冲上升时刻的时间（在界面上将鼠标放到上升沿点左键）可以测量出此刻的时间，然后，在下部找出对应时刻，看输出波形（将鼠标放到对应点后点击左键），观察它们之间的时间延迟关系。可以看出光敏电阻变换电路在较强辐射作用下，上升时间较短，而下降时间非常大。通过调整LED光源供电电路的电阻Re（三极管射极电阻）的阻值，阻值增大，流过LED的电流减小。当减小电阻Re时，流过发光管LED的电流增大，使加到光敏电阻光敏面上照度增强，能够完成光敏电阻在强、弱两种辐射作用下时间响应特性的测量实验。如图2.3-5所示波形显然是强辐射作用下时间响应的情况，它具有强辐射的特征，输出信号的上升时间很

40、短而下降时间拖得很长。光敏电阻时间响应测量的另一种方法是用示波功能来完成的，用示波输入端CH1与CH2分别接到输入Ui与输出Uo上，然后执行主界面的“示波器”菜单，用示波器能够在一个屏上观测时间响应特性曲线。改变Re的阻值，使提供给LED的电流降低而发出很微弱的光脉冲，在微弱光脉冲的作用下光敏电阻表现出如图2.3-6所示的弱辐射作用下的时间响应特性。图2.3-6 弱辐射作用下光敏电阻的时间响应点击鼠标右键，界面上会弹出测量坐标线，用其可以观测或测量出光敏电阻的上升时间常数r与下降时间常数f。上述两种测量时间响应的方法都可以用来观测其他光电传感器的时间响应特性。关机与结束： 将所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新补作上述实验；若合理，可以进行关机； 将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱； 将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。