光电实验课件

1、实验 一 光电二极管光电特性测试一、实验目的 1、了解光电二极管的工作原理和使用方法； 2、掌握光电二极管的光照度特性及其测试方法。 3、理解光电二极管的伏安特性并掌握其测试方法。二、实验仪器 1、光电探测原理实验箱 一台 2、连接导线 若干三、实验内容 1、光电二极管的光照度特性测试。 2、光电二极管的伏安特性测试。1四、实验步骤 实验装置原理框图如图2.4所示。 图 2.421、光电二极管的光照度特性测试（1）、负载RL选择RL1=2.4K。将面板上“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RL1任一端连接，RL1另一端与“光电二极管偏置电压输入”端相连，此时光电

2、二极管偏压为零。（2）、电流表档位调节至20A档，将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。打开电源开关，顺时针调节该旋钮，增大光照度值，分别记下不同照度下对应的光生电流值，填入表1.1。若电流表或照度计显示为“1”时说明超出量程，应改为合适的量程再测试。 表 1.1（3）、将“光照度调节”旋钮逆时针调节到最小值位置后关闭电源。（4）、作出零偏压下光电二极管的光照度电流曲线。3（5）、将电压表调到20V档，“幅度调节”旋钮逆时针调至最小值位置。将“直流电源0-12V”端与电压表“”端用导线连接，将“直流电源”的另一端（接地端）与电压表“”端相连。打开电源开关，顺时针调节“幅度调节”旋钮，直至

3、电压表显示为6.00V为止。关闭电源开关，拆掉电压表两端与“直流电源”两端之间的连线，拆掉电流表“”端与RL1之间的连线。（6）、将“直流电源0-12V”端（即图2.4中的Ui+端）与RL1相连，将“直流电源”接地端（即图2.4中的Ui-端）与电流表“”端用导线连接。将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置，打开电源开关，记下此时电流表的读数，即为暗电流值。（7）、重复步骤2,将数据填入表1.2中。作出在6V偏压下光电二极管的光照度电流曲线。 表 1.2（8）、比较两条曲线的区别。42、光电二极管的伏安特性测试（1）、负载RL选择RL1=2.4K。将“光电二极管偏置电压输入”端与电流表“”端

4、用导线连接，电流表“”端与RL1任一端连接，RL1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）、电流表档位调节至20A档，“光照度调节“旋钮逆时针调节至最小值位置。打开电源开关，顺时针调节照度调节旋钮，使照度值为50Lx，记下此时电流表读数，填入表3.1。关闭电源，拆掉电流表“”端与RL1之间的连线。（3）、电压表调到20V档，“幅度调节”旋钮逆时针调至最小值位置。将“直流电源0-12V”端与RL1连接，将“直流电源另一端（接地端）与电流表“”端连接。再将电压表“”端与“光电二极管偏置电压输入”端相连， “光电二极管偏置电压输入”接地端与电压表“”端相连。（4）、打

5、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时电流表的读数，填入表1.3。（5）、重复步骤4，分别记下反向偏压为4V、6V、8V和10V时的电流表读数，填入表1.3。关闭电源。 表 1.35（6）、作出50Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线。（7）、重复上述步骤。分别测量光电二极管在100Lx、200Lx和300Lx照度下，不同偏压下的光生电流值，并分别作出伏安特性曲线。比较四条伏安特性特性曲线有什么不同。（8）、实验完毕，拆除所有连线。将“幅度调节”和“光照度调节”旋钮都逆时针旋到底。五、实验注意事项 1、光电二极管偏压不要接反； 2、若

6、照度计或电流表显示为“1”时说明超出量程，应改为合适的量程再 测试； 3、连线之前要保证电源关闭。六、实验报告要求 1、根据实验测试记录，在坐标纸上画出不同偏压下的照度电流曲线图，并分析实验现象。 2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各伏安特性曲线图，并分析实验现象。 3、写出完成本次实验后的心得体会以及对本次实验的改进意见。6七、思考题 1,分析并比较零偏压和-6V偏压下光照度电流曲线的区别，分析区别产生的原因。 2,分析并比较四条伏安特性曲线的区别，分析区别产生的原因。7实验 二 光电池光电特性测试一、实验目的 1、了解光电池的工作原理和基本使用方法； 2、掌握光电池的伏安特性及其测试方法

7、; 3、掌握光电池开路电压短路电流特性测试。二、实验仪器 1、光电探测原理实验箱 一台 2、连接导线 若干三、实验内容 1、光电池的开路电压特性测试； 2、光电池的短路电流特性测试； 3、光电池的伏安特性测试。8四、实验步骤1、开路电压特性测试实验装置原理框图如图2.1所示。9（1）将“光电池电压输出”端与电压表“”端相连，“光电池电压输出”端与电 压表“”端相连。电压表档位调至2V档，“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。（2）打开电源开关 。顺时针调节“光照度调节”旋钮，逐渐增大光照度，记下不同光照度下的开路电压值，填入表2.1。表 2.1（3）关闭电源开关，照度值调至最小，拆除所有连

8、线。（4）作出光照度开路电压特性曲线。102、短路电流特性测试 实验装置原理框图如图2.2所示。11（1）将“光电池电压输出”端与电流表“”端相连，“光电池电压输出”端与电流表“”端相连。电流表档位调至20A档，“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。（2）打开电源开关。顺时针调节“光照度调节”旋钮，逐渐增大光照度，记下不同光照度下的短路电流值，填入表2.2。（3）关闭电源开关，照度值调至最小，拆除所有连线。（4）作出光照度短路电流特性曲线。123、伏安特性测试 实验装置原理框图如图2.3所示。13（1）、负载选择RL1=2.4K。将“光电池电压输出”端与电阻RL1任一端连接，电阻RL1另一

9、端与电流表“”端相连，电流表“”端与“光电池电压输出”端相连，再将电压表两端与“光电池电压输出”两端用导线相连接（注意极性不要接反）。“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。将电压表选择2V档，电流表选择200A档。（2）、打开电源，将光照度调节至50Lx，记录电流表和电压表读数，填入表2.3。（3）、将负载换成分别换成RL2、RL3、R1和R2，阻值分别为5.6 K、10 K、51K和100 K，重复步骤1和2，分别记录电流表和电压表的读数，填入表2.3。关闭电源。表2.3（4）、作出光电池的光生电流和光生电压随负载变化的V-I曲线。（5）、改变光照度为100Lx、200Lx、300Lx，

10、重复上述步骤，分别填写表2.4、2.5和2.6。（6）、比较四条曲线有什么不同，并分析原因。1415 （7）、实验完毕，关闭电源，拆除所有连线。五、实验注意事项1、当电压表和电流表显示为“1”是说明超过量程，应更换为合适量程；2、连线之前保证电源关闭；3、做伏安特性实验时电压表选择2V档，电流表选择200A档。六、实验报告要求1、根据实验测试记录，在坐标纸上画出光照度开路电压特性曲线和光照度短路电流特性曲线图，并分析实验现象。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各伏安特性曲线图，并分析实验现象。3、写出完成本次实验后的心得体会以及对本次实验的改进意见。七、思考题1、比较光照度-开路电压和光照度

11、-短路电流曲线的异同，并对两条曲线进行分析。2、对不同照度下的四条伏安特性曲线进行分析比较，看看有什么区别？产生这些区别的原因是什么？ 16实验 三 CCD驱动实验一、实验目的1、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动器各路脉冲的频率、幅度、周期和相位关系的测量方法。2、通过测量CCD驱动脉冲之间的相位关系，掌握二相线阵CCD的基本工作原理。3、通过测量典型线阵CCD的输出脉冲信号与驱动脉冲的相位关系，掌握CCD的基本特征。二、实验内容1、CCD驱动频率观测；2、积分时间测量。三、实验仪器1、双踪同步示波器（20MHz以上） 1台2、CCD原理应用实验箱 1台17四、实验步骤 打开CCD原理

12、与应用实验箱的电源开关，观察积分时间显示窗口和驱动频率显示窗口的显示数据，并用积分时间设置按钮调整积分时间档为0档（按红色按钮依次由01230），用频率设置按钮调整频率为0档（按红色按钮依次由01230）。然后打开示波器的电源开关，用双踪示波器检查CCD驱动器的各路脉冲波形是否正确（参考实验箱面板上时序图）。如符合，则继续进行以下实验；否则，应请指导教师进行检查。1、驱动频率观测 1）打开示波器的电源开关，将CH1和CH2的扫描线调至适当位置，将示波器同步选择器开关调至CH1位置（用CH1做同步信号）。打开CCD原理与应用实验箱的电源开关。 2）用CH1探头测试转移脉冲SH，并调节使之同步，使

13、SH脉宽适当以便于观测。 3）用探头CH2分别测试1、2等信号。观察各信号的相位是否符合实验箱面板所示的波形（特别要注意各信号之间的相位关系）。 4）用探头CH1测试1并使之同步。用CH2分别测试2、R等信号。看其是否符合 实验箱面板所示的波形。 5）驱动频率的测量：分别测出1、2、R的周期、频率、幅度，填入表1-1中。改 变频率选择开关，再测出1、2、R周期、频率、幅度，也填入表1-1。 6）关机结束。关闭CCD原理应用实验箱电源，关闭示波器电源。18192、 积分时间的测量 1）将频率设为0（档），积分时间设为0（档），用CH1观测SH脉冲周期，并将SH的周期（即积分时间），填入表1-2中

14、。改变积分时间的档位，分别测出不同档位下的积分时间。 2）再改变驱动频率，测出不同档位的积分时间，填入表1-2中。 3）关机结束。关闭CCD原理应用实验箱电源，关闭示波器电源。20五、实验思考题1、说明TCD1200D的基本工作原理。2、在本实验中，CCD驱动信号频率取多少为好？高些或低些会影响什么？太高或太低又会如何？3、如用手遮盖部分CCD，示波器中波形怎样变化？21 实验四 电光调制一、实验目的1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法;2、学会用简单的实验装置测量晶体半波电压，以及电光常数的测量方法；3、实现模拟光通讯。二、实验仪器1、光学导轨及滑动座 1套2、起偏器 1个3、检偏器 1个4

15、、1/4波片 1个5、ZY607氦氖激光器 1台6、光电探测器 1个7、ZY605电光调制器 1只8、ZYEOM-SS信号源 1台8、双踪示波器 1台9、音频信号源（收音机等） 1台22三、实验步骤1.按照系统连接方法将激光器，电光调制器，光电探测器等部件连接到位。系统连接方法如图1，其中电光调制器的滑动座是二维移动平台，与其他的滑动座有所不同。其中，信号源面板如图2。在信号源面板上，“波形切换”开关用于选择输出正弦波或是方波，“信号输出”口用于输出晶体调制电压，若“高压输出开关”打开，那么输出的调制电压上就会叠加一个直流偏压，用于改变晶体的调制曲线，“音频选择”开关用于选择调制信号为正弦波还

16、是外接音频信号，“探测信号”口接光电探测器的输出，对探测器输入的微弱信号进行处理后通过“解调信号”口输出，连接至有源扬声器上。在具体的连接中，“信号输出”接一根一端为BNC头另一端为鳄鱼夹的连接线，ZY605电光晶体上也接一根同样的连接线，将这两根线的相对应颜色的鳄鱼夹咬合连接。在观察电光调制现象时，需要使用一个带衰减的探头，连接时，探头的黑色鳄鱼夹连接至前面两根线的黑色鳄鱼夹，探针接红色鳄鱼夹（在测量时，探头应10倍衰减）。硅光电探测器通过一根两端都是BNC头的连接线连接至示波器上。在进行音频实验时，则不需要示波器，且硅光电探测器连接至信号源“探测信号”口，“解调信号”接至有源音箱。“音频输

17、入”接外加音频信号。 23图1 系统连接方法激光器起偏器电光晶体1/4波片检偏器光电探测器示波器激光器电源ZYEOM-SS信号源24图2 信号源面板252.光路准直。打开激光器电源，调节光路，保证光线沿光轴通过。在光路调节过程中，先将波片，起偏器和检偏器移走，调整激光管，电光晶体和探测器三者的相对位置，使激光能够从晶体光轴通过；调整好之后，再将波片，起偏器和检偏器放回原位，再调节它们的高度和位置。调节完毕后，锁紧滑动座和固定各部件。3.将信号源输出的正弦波信号加在晶体上，并将探测器输出的信号接到示波器上，调节波片，观察输出信号的变化，记下调节最佳时输出信号的幅值；改变信号源输出信号的幅值与频率

18、，观察探测器输出信号的变化；去掉1/4波片，加上直流偏压，改变其大小，观察输出信号的变化，并与加波片的情况进行比较。4.测量透过率曲线（即TU曲线），并由此求出半波电压。测量晶体的半波电压的方法有两种：（1）极值法，即晶体上只加直流电压，不加交流信号，把直流电压从小到大逐渐改变，输出的光强将会出现极大极小值，相邻极大极小值之间对应的直流电压之差就是半波电压；具体步骤是：去掉1/4波片，调节检偏器使输出光强最小，然后将信号源中正弦波的输出幅度调节至零，打开高压开关，分别记下在直流电压为20-400V时的输出电压值。 根据测得的数据在实验纸上描出直流电压与输出电压之间的曲线，曲线上输出电压达到最大

19、值时所对应的直流电压即为晶体的半波电压。根据晶体的尺寸就可以计算出其电光常数。（2）调制法，即晶体上直流电压与交流电压同时加上，当出现第一次倍频现象时，继续加大电压，直到出现第二次倍频现象。出现两次倍频现象之间的电压之差即为半波电压。此法虽然精度很高，但是需要精确进行调节。注意：在加直流偏压的时候，一定要先从零开始慢慢增加电压！2627 5.电光调制与光通讯实验演示将音频信号输入到本机的“音频输入”插座,光电探测器输出口接到信号源“探测信号”口，将有源扬声器输入端插入“解调信号”插座,加晶体偏压或旋转波片使电光晶体进入调制特性曲线的线性区域，即可以使扬声器播放音频节目。改变偏压或旋转波片试听扬声器音量与音质的变化。用不透光物体遮住激光光线，声音消失，说明音频信号是调制在激光上的，验证光通讯。四、注意事项1.本实验使用的晶体根据其绝缘性能最大安全电压约为500V,超值易损坏晶体. 2.本实验仪所采用的激光器电源两极有千伏高压，在使用时要注意安全！3.在实验过程中，应避免激光直射到人眼，