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时间:2015-04-23 09:57来yuan:林肯娱乐仪器 zuozhe:林肯娱乐网络点击:

硅光dian池特性实验

一、实验目de

1、了解光dian池de工zuoyuan理、使用fang法和应用;

2、掌握光dian池de光照特性及其测试fang法;

3、掌握光dian池de伏安特性及其测试fang法;

4、掌握光dian池de光谱特性及其测试fang法;

5、掌握硅光dian池de时间xiang应特性及其测试fang法。

二、实验内容

1、硅光dian池短路dian流de测量;

2、硅光dian池kai路dian压de测量;

3、ling偏、反偏时光照-dian流特性测量;

4、硅光dian池光dian特性测量;

5、硅光dian池伏安特性测量;

6、硅光dian池光谱特性测量;

7、硅光dian池时间xiang应特性测量。

三、实验仪器

光dian技术chuang新综合实验仪                                    一tai

硅光dian池实验mo块                                          一块

光yuanshuchu及测量实验mo块                                    一块

连接导线                                                  若干

四、实验yuan理

1、光dian池de结构和yuan理

光dian池是一zhong直接将光能转换为dian能de光dian器件。光dian池在有光线zuo用时实质就是dianyuan,dian路zhong有了这zhong器件就不需要外加dianyuan。

光dian池de工zuoyuan理是基yu“光sheng伏特效应”de,它实质shang是一个大mian积dePN结,当光照射到PN结de一个mian,例如Pxingmian蔮ao艄庾幽芰看髖uban导体材料de禁dai宽度,那mePxing区每xishou一个光子就产sheng一对自由dian子和空穴, dian子-空穴秠uan颖韒ian向内迅速扩散,在结dian场dezuo用下,最后建立一个与光照强度有关dedian动势。图1是硅光dian池yuan理图,其zhong(a)为结构示意图,(b)为等效dian路。

 

 
  硅光dian池yuan理图

图1 硅光dian池yuan理图

 

2、光dian池de特性参数

2.1 光照特性  

这里讨论光dian池de光照特性,用入射光强-dian流dian压特性和入射光强-fu载特性来描述。

入射光强-dian流dian压特性描述de是kai路dian压VOC和短kai路dian流ISC随入射光强变化de规lv,如下图所示。 

光dian池de入射光强-dian流dian压特性曲线

图2 光dian池de入射光强-dian流dian压特性曲线

VOC随入射光强按对数规lv变化,ISC与入射光强硈hang咝怨叵怠

光dian池用zuo探测器蔮ao╟hang是以dian流yuan形式使用,总要接fu载dian阻RL,这时dian流记zuo,它与入射光强不再硈hang咝怨叵迪喽怨鈊ian池内阻越大,线性fan围越小,如下图所示:

光dian池de入射光强-dian流-fu载特性曲线

图3 光dian池de入射光强-dian流-fu载特性曲线

入射光强-fu载特性描述de是在相同照度下,shuchudian压、shuchudian流、shuchu功率随fu载变化de规lv。如下图所示:

 光dian池de入射光强-fu载特性曲线

图4 光dian池de入射光强-fu载特性曲线

当RL<<Rd蔮ao蒵in似看做短路,shuchudian流为ISC,与入射光强成zhengbi,RL越小,线性度越好,线性fan围越大。

当RL为∞蔮ao蒵in似看做kai路,shuchudian压为VOC。

随zhouRLde变化,shuchu功率也变化,当蔮ao瑂huchu功率,RMchenfu载。

2.2 光谱特性

光dian池de光谱特性取决yu所采用de材料。硒光dian池在可jian光谱fan围内有较高de灵敏度,峰值bo长在540nm附jin,它适宜yu测量可jian光。如guo硒光dian池与适当de滤光片配合,它de光谱灵敏度与人yanhen接jin,可用它客观de决定照度。硅光dian池可以应用defan围是400~1100nm。峰值bo长在850nm附jin。光dian池de光谱峰值位置不仅与制zao光dian池de材料有关,也和制zao工yi有关,并且随使用wen度de不同而有所移动。

2.3 伏安特性

无光照蔮ao鈊ian池伏安特性曲线与普通ban导体二极管相同。有光照蔮ao瑈andian流轴fang向平移,平移幅度与光照度成zhengbi。曲线与dian压轴交点chen为kai路dian压VOC,与dian流轴交点chen为短路dian流ISC。

图5给chu了硅光dian池de伏安特性曲线。它表示fu载为dian阻蔮ao芄庹丈鋎e硅光dian池shuchudian压与dian流de关系。fu载de斜率由fu载dian阻决定,fu载线与伏安特性曲线de交点M为工zuo点。fu载dian阻RL从硅光dian池获dede功率为Pm=Im·Um。

图5 光dian池de伏安特性曲线

图5 光dian池de伏安特性曲线

wu、实验注意事项

1、连线之qian要baozhengdianyuan关闭;

2、dakaidianyuan之qian,将“光照度调节”旋niuni时针调至最小值;

3、若照度计、dian流表huodian压表显示为“1_”时薲e鞒琧hu量程,应gai为合适de量程再测试。

六、实验步zhou

组zhuang好光yuan、遮光筒和硅光dian池结构件探头,如下图所示:

图6 光耭ang峁故疽馔

图6 光耭ang峁故疽馔

1、硅光dian池短路dian流de测量

图6 光耭ang峁故疽馔

图7 偏置dian路

1)dakai实验箱dianyuan,调节照度计“调ling”旋niu,至照度计显示为“000.0”为zhi,关闭实验箱dianyuan;

2)卤素灯光yuantao筒红黑插孔fen别与实验仪主ban卤素灯供dian0—12V1和GND1相连,0—12V1和GND1fen别连接实验箱shangdian压表dezhengfu插孔;

3)将硅光dian池探头红黑插孔接到实验箱de光照度红黑插縵i希

4)dakai实验箱dianyuan,调节光照度调节旋niu,使照度计显示50Lx。拔去硅光dian池探头与照度表连接de红黑导线,将硅光dian池探头红黑插孔fen别连接硅光dian池mo块deJ1、J2插孔。J1连接dian流表dezheng极,J2连接dian流表defu极,测chu50Lx照度下de短路dian流(dian路图如下图所示);

 

 

 
  短路dian流测量dian路

图8 短路dian流测量dian路

 

5)重fu以shangfang法,测chu照度为100Lx……400Lx时de硅光dian池de短路dian流,将数据填入表1;

表1

光照度(Lx)

50

100

150

200

300

400

光shengdian流(μA)

 

 

 

 

 

 

6)关闭dianyuankai关,照度值调至最小,zuochu光照度—短路dian流特性曲线。

2、硅光dian池kai路dian压de测量

硅光dian池kai路dian压de测量

图9 fang大dian路

fang大dian路

图10调lingdian路

1)dakai实验箱dianyuan,调节照度计“调ling”旋niu,至照度计显示为“000.0”为zhi,关闭实验箱dianyuan;

2)卤素灯光yuantao筒红黑插孔fen别与实验仪主ban卤素灯供dian0—12V1和GND1相连,0—12V1和GND1fen别连接实验箱shangdian压表dezhengfu插孔;

3)将硅光dian池探头红黑插孔fen别连接硅光dian池mo块deJ1、J2插孔,将J14接GND;

J6连接J13,将光照度调为0。按下kai关K1和K2,用示bo器测量TP3点dedian压,调节W1使TP3点dian压为0;

4)将硅光dian池探头红黑插孔接到实验箱de光照度红黑插縵i稀akai实验箱dianyuan,调节光照度调节旋niu,使照度计显示50Lx。将硅光dian池探头红黑插孔fen别连接硅光dian池mo块deJ1、J2插孔,将J14接GND,J6连接J13。按下kai关K1和K2,用示bo器测量TP3点dedian压U;

5)重fu以shangfang法,测chu照度为100Lx……400Lx时TP3点dedian压U,将数据填入表2;

 

 

表2

光照度(Lx)

50

100

150

200

300

400

U(mV)

 

 

 

 

 

 

6)关闭dianyuankai关,照度值调至最小,zuochu光照度—kai路dian压特性曲线。

3、ling偏、反偏时光照-dian流特性测量

1)dakai实验箱dianyuan,调节照度计“调ling”旋niu,至照度计显示为“000.0”为zhi,关闭实验箱dianyuan;

2)卤素灯光yuantao筒红黑插孔fen别与实验仪主ban卤素灯供dian0—12V1和GND1相连,0—12V1和GND1fen别连接实验箱shangdian压表dezhengfu插孔;

3)将硅光dian池探头红黑插孔接到实验箱de光照度红黑插縵i希

4)dakai实验箱dianyuan,调节光照度调节旋niu,使照度计显示200Lx。拔去硅光dian池探头与照度表连接de红黑导线,将硅光dian池探头红黑插孔fen别连接硅光dian池mo块deJ1、J2插孔。将光yuan与测量mo块插入主ji箱体de插槽zhong,硅光dian池mo块deJ1插孔连接dian流表dezheng极,dian流表defu极chuan接一个5.6Kdian阻(光yuan及测量mo块fu载dian阻zhongdeRL1)到J2。将结guo记录到表3zhong;

5)拆掉dian流表fu极和RL1de连接,将dian流表fu极连接实验仪主ban可调dian压deGND2插孔,0-12V2插孔与RL1相连。dian压表zhengfu极fen别与0-12V2插孔、GND2插孔相连。顺时针旋转dian压调节旋niu,使其为2V,记录该偏压下硅光dian池de光dian流值,填入表3zhong;

ling偏、反偏dian路

图11 ling偏、反偏dian路

6)重fu以shangfang法,测chu偏压fen别为4V、6V、8V、10V时硅光dian池de光dian流,将数据填入表3;

表3 

偏压(V)

0

-1

-2

-3

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

光shengdian流(μA)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7)关闭dianyuankai关,照度值调至最小,zuochu200 Lx光照度下de光dian流-偏压曲线;

4、硅光dian池光照特性测量

1)dakai实验箱dianyuan,调节照度计“调ling”旋niu,至照度计显示为“000.0”为zhi,关闭实验箱dianyuan;

2)卤素灯光yuantao筒红黑插孔fen别与实验仪主ban卤素灯供dian0—12V1和GND1相连,0—12V1和GND1fen别连接实验箱shangdian压表dezhengfu插孔;

3)将硅光dian池探头红黑插孔接到实验箱de光照度红黑插縵i希

4)dakai实验箱dianyuan,调节光照度调节旋niu,使照度计显示50Lx。拔去硅光dian池探头与照度表连接de红黑导线,将硅光dian池探头红黑插孔fen别连接硅光dian池mo块deJ1、J2插孔。将光yuan与测量mo块插入主ji箱体de插槽zhong,硅光dian池mo块deJ1插孔chuan接一个5.6Kdian阻(光yuan及测量mo块fu载dian阻zhongdeRL1)再chuan接dian流表到J2。将结guo记录到表4zhong;

硅光dian池光照特性dian路

图12 硅光dian池光照特性dian路

5)将fu载R换成fen别换成RL2、RL3、RL4,fen别记录dian流表de读数,填入表4;

6)重fu以shangfang法,fen别测量光照度为100 Lx、200 Lx、300 Lx下de光dian流值,并记录。关闭dianyuan;

 

 

 

 

表4

               

dian流值      fu载

 

照度值

5.6K(RL1)

10K(RL2)

51K(RL3)

100K(RL4)

50Lx

 

 

 

 

100Lx

 

 

 

 

200 Lx

 

 

 

 

300 Lx

 

 

 

 

7)zuochu光dian池dedian流随fu载变化dedian流-fu载特性曲线。

5、硅光dian池伏安特性测量

1)dakai实验箱dianyuan,调节照度计“调ling”旋niu,至照度计显示为“000.0”为zhi,关闭实验箱dianyuan;

2)卤素灯光yuantao筒红黑插孔fen别与实验仪主ban卤素灯供dian0—12V1和GND1相连,0—12V1和GND1fen别连接实验箱shangdian压表dezhengfu插孔;

3)将硅光dian池探头红黑插孔接到实验箱de光照度红黑插縵i希

4)dakai实验箱dianyuan,调节光照度调节旋niu,使照度计显示50Lx。拔去硅光dian池探头与照度表连接de红黑导线,将硅光dian池探头红黑插孔fen别连接硅光dian池mo块deJ1、J2插孔。将光yuan与测量mo块插入主ji箱体de插槽zhong,硅光dian池mo块deJ1插孔chuan接一个5.6Kdian阻(光yuan及测量mo块fu载dian阻zhongdeRL1)再chuan接dian流表到J2。dian压表zheng极连接J1,fu极连接J2。记下50Lx光照度下de光shengdian压值和光shengdian流值,填入表5;

图13 硅光dian池伏安特性dian路   

图13 硅光dian池伏安特性dian路

5)重fu以shangfang法,测量照度fen别为100Lx、200 Lx、300 Lx下de光shengdian压值和光shengdian流值,填入表5;

表5

光照度(Lx)

50

100

200

300

dian流(μA)

 

 

 

 

dian压(mV)

 

 

 

 

6)zuochu光dian池在fu载阻值为5.6KΩ时deV-I曲线;

7)gai变fu载大小RL2、RL3、RL4,fen别记录dian压表和dian流表de读数,并填入表6、7、8、9;

8)zuochu这四zhong不同fu载下硅光dian池deV-I特性曲线,bi较四tiao曲线de不同,并加以fen析;

 

 

 

 

表6

光照度(Lx)

50

100

200

300

dian流(μA)

 

 

 

 

dian压(mV)

 

 

 

 

表7

光照度(Lx)

50

100

200

300

dian流(μA)

 

 

 

 

dian压(mV)

 

 

 

 

表8

光照度(Lx)

50

100

200

300

dian流(μA)

 

 

 

 

dian压(mV)

 

 

 

 

   (9)实验完毕,关闭dianyuan,拆chu所有连线。

6、硅光dian池光谱特性测量

实验fang法与短路dian流测试fang法基本一样,不同点就是光yuan采取全彩灯光yuan,光yuan及测量mo块de航空插座FLED-IN与全彩灯光yuantao筒后端盖航空插座对应插接。dakai光yuan及测量实验mo块dianyuankai关K1,将光yuan及测量实验mo块deS1,S2,S3kai关向下拨,通guokong制K2、K3、K4kai关,调节光yuan颜色和光强大小。在相同照度(100 Lx)下,测de光dian流,填入表9,并zuochu曲线。实验完毕,拆chu所有连线。将光照度调节旋niu都ni时针旋到底。

 

表9

 光yuan颜色

光dian流I(μA)

 

照度(Lx)

绿

100

 

 

 

 

 

 

7、硅光dian池时间xiang应特性测量

硅光dian池mo块J1插孔连接硅光dian池zheng极,J2插孔连接硅光dian池fu极和GND。将RL4(100K)并lian到J1、J2两端,dakai光yuan及测量实验mo块dianyuankai关K1,将光yuan及测量实验mo块deS1,S2,S3kai关向shang拨,光yuan及测量实验mo块deJ16与J17,18,J19插座相连接。将光yuande颜色设置为皕i踓ha光yuan及测量实验mo块deJ16点bo形和硅光dian池实验mo块J1点bo形,fen析硅光dian池de时间xiang应特性。

8、设计应用实验

(1)硅光dian池光照度计设计实验

实验步zhou:

1)dakai实验箱dianyuan,调节照度计“调ling”旋niu,至照度计显示为“000.0”为zhi,关闭实验箱dianyuan;

2)卤素灯光yuantao筒红黑插孔fen别与实验仪主ban卤素灯供dian0—12V1和GND1相连,0—12V1和GND1fen别连接实验箱shangdian压表dezhengfu插孔;

3)将硅光dian池探头红黑插孔fen别连接硅光dian池mo块deJ1、J2插孔,J5连接J13,将光照度调为0。按下kai关K1和K3,用示bo器测量TP3点dedian压,调节W1使TP3点dian压为0;

4)将硅光dian池探头红黑插孔接到实验箱de光照度红黑插縵i稀akai实验箱dianyuan,调节光照度调节旋niu,使照度计显示50Lx。将硅光dian池探头红黑插孔fen别连接硅光dian池mo块deJ1、J2插孔,J5连接J13。按下kai关K1和K3,用示bo器测量TP3点dedian压U。(调节W2可gai变shuchudian压de大小)。

图14 dian压fang大dian路

图14 dian压fang大dian路

图15 调lingdian路

图15 调lingdian路

二次kai发实验

1)利用二次kai发实验mo块自行搭建dian路,dian路如图16所示;

2)参考dian路yuan理图自行jin行调试;

图16 调lingdian路

图16

3)参考tai阳能dian池照度表实验de实验步zhoujin行二次kai发实验,观cha实验xianxiang是否和mo块实验xianxiang一致。

(2)tai阳能充dian器设计实验

图17 降压dian路

图17 降压dian路

图18 充diankong制dian路

图18 充diankong制dian路

此dian路可以蔳ou鋎ian器工zuoyu恒流与恒压两zhongmo式,并有恒流恒压指示灯指示。

实验步zhou:

1)J7连接实验仪主ban0—12V2,实验仪主banGND2与J8相连。12V2、GND2fen别连接实验箱shangdian压表dezhengfu插孔,J9连J11,J10连J12。用示bo器测量D2二极管zheng极dian压,调节可调dianyuan使D2二极管zheng极dian压达到5V以shang,观chaLED4亮mie情况。(本实验调试guo程zhong,用可调dian詂huang鎡ai阳能dian池ban在光照下dedian压shuchu,如guo使用tai阳能dian池ban做调试,须将J7连接tai阳能dian池bande+极,J8连接tai阳能dian池bande-极。使用时将tai阳能dian池banfang在光照下,baozhengtai阳能dian池banshuchudian压在6V以shang);

2)调节测试gouTP4shangfangde可调dian位器(W4),当LM358deshuchu脚1脚为低dian平蔮ao踓haLED3de亮mie状态,此时充dian器处yu恒流充dianmo式,U5芯片zhong间第2脚dedian压与充diandian池zheng端dedian压应该相等,当LM358deshuchu脚1脚为高dian平蔮ao踓haLED3de亮mie状态,此时充dian器处yu恒裧ou鋎ianmo式,U6芯片zhong间第2脚dedian压与充diandian池zheng端dedian压应该相等。

二次kai发实验

1)利用二次kai发实验mo块自行搭建dian路,dian路如图19所示;

2)参考dian路yuan理图自行jin行调试;(Q1是jingzha管xing号为2P4M)

 

 

图19充diankong制dian路

图19

3)参考tai阳充dian器设计实验de实验步zhoujin行二次kai发实验,观cha实验xianxiang是否和mo块实验xianxiang一致。

七、思考ti

1、bi较光照度-kai路dian压和光照度-短路dian流曲线deyi同,并对两tiao曲线jin行fen析。

2、tai阳能dian池照度表dian路设计fang案还有哪些需要gaijin之处,薲e鱵uanyin,试做gaijin。