CN201016842Y - 光电探测原理实验仪 - Google Patents

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邓标华
王晓玲
艾锋
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Abstract

本实用新型提供一种光电探测原理实验仪，包括光路部分、电路部分，光路部分是包括光源和光探测器的光路组件；电路部分包括电源模块(5)、光源驱动模块(6)、照度计模块(7)、电压表模块(8)、电流表模块(9)；电路部分和光路部分集成在一个箱体中；箱体上的实验面板上安装与对应模块连接的照度计表头(10)、电压表表头(11)、电流表表头(12)及各自的调档旋钮(10－1)、(11－1)、(12－1)，电压表表头(11)、电流表表头(12)的输出插口(11－2)、(12－2)，直流电源输出插口(5－1)、光探测器的硅光电池和硅光电二极管输出的标准接口(4－1)和(3－1)、实验中所需选择电阻的连接口(13)、可变电阻器旋钮(13－1)、直流电源调节旋钮(5－2)、光照度调节旋钮(6－1)、照度表调零旋钮(7－1)设在实验面板上。

Description

光电探测原理实验仪
技术领域
本实用新型涉及一种光电探测原理实验仪，用于光照度及其测量基本知识、光电二极管和光电池的功能、工作原理，光照特性参数的定量测定及其应用的实验。
背景技术
光电探测的功能是完成光信号到电信号的转换，光电池和光电二极管是两种光电转换器件。光电池是利用光生伏特效应制成的无偏压光电转换器件，可用作光电探测器件，将光信号转变为电信号。光电二极管是在反向偏压下工作的光伏器件，由于它是光敏器件，与普通二极管比较，在结构上有其特殊之处，光电二极管的工作原理与光电池的工作原理基本相同，都是以光伏效应为基础，光照射会产生感应电动势。但光电二极管工作在加反向偏压的条件下，因而在工作特性方面，两种器件之间有一些差别。目前，教学中急需一种试验装置给学生作实验，使学生将理论与实际结合，通过测试硅光电二极管和硅光电池的输出与光照度的关系以及它们的光照特性，来了解和熟悉光电二极管和光电池的工作原理。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种光电探测原理实验仪，可方便的测试硅光电二极管和硅光电池的输出与光照度的关系以及它们的光照特性，来了解和熟悉光电二极管和光电池的工作原理。
本实用新型的方案是：本实用新型的光电探测原理实验仪包括光路部分、电路部分，光路部分是包括光源和光探测器的光路组件1；电路部分包括电源模块5、光源驱动模块6、照度计模块7、电压表模块8、电流表模块9；电路部分和光路部分集成在一个箱体中；箱体上的实验面板上安装与对应模块连接的照度计表头10、电压表表头11、电流表表头12及各自的调档旋钮10-1、11-1、12-1，电压表表头11、电流表表头12的输出插口11-2、12-2，直流电源输出插口5-1、光探测器的硅光电池和硅光电二极管输出的标准接口4-1和3-1、实验中供选择的电阻组13的连接口13-2、可变电阻器旋钮13-1、直流电源调节旋钮5-2、光照度调节旋钮6-1、照度表调零旋钮7-1设在实验面板上。
所述的光电探测原理实验仪，其光路组件包括光源1-1、照度计探头2、硅光电二极管3、硅光电池4及组件壳体1-3；光源1-1通过底座1-2固定在壳体1-3内，照度计探头2、硅光电二极管3、硅光电池4由固定板1-4固定在壳体1-3一侧端口，光源1-1与照度计探头2位于同一轴线上，壳体四周密封紧密。
所述的光电探测原理实验仪，照度计探头2包括余弦校正器2-1、V(λ)校正器2-2和硅光电池2-3；硅光电池2-3通过底座2-5固定在套筒2-7内，在硅光电池之前光入射口内分别放置余弦校正器2-1和V(λ)校正器2-2，该接口采用护套插座，用二号迭插头对连接线连接至照度计模块，套筒一端是光入射口2-6，套筒另一端上有硅光电池的输出接口2-4。
所述的光电探测原理实验仪，光电二极管、光电池、照度计探头由固定板固定，三者位于一平面上，光源部分采用高亮LED作为光源，高亮LED通过底座固定在密封紧密的方形盒体中，盒体一侧紧接照度计探头底板，并与之密封紧密，高亮LED高度与照度计探头位于同一水平线上，光源驱动模块和光源通过导线连接，进而驱动光源。
所述的光电探测原理实验仪，实验部分主要包括光电二极管和光电池的输出光电流与入射光的照度的关系测量；光电二极管和光电池的伏安特性测试；光电二极管和光电池的暗电流测试。
本实用新型的优点：光电探测原理实验仪箱体内所有引出口都通过连接线连接到实验面板上，可供学生配合其它元件自己动手搭建实验之用，提高学生地动手动脑能力；实验部分从了解和熟悉光电二极管和光电池的角度出发，讨论关于光电二极管和光电池的主要技术问题，主要知识点包括光照度及其测量基本知识，光电池的结构、工作原理和光照特性及其应用，光电二极管的结构、工作原理和光照特性及其应用等。
学生做实验时只需要简单连线即可，连线、调节、观察和记录都很方便。可以非常方便地通过实验仪上的各种调节装置来对光电二极管和光电池的各种参数进行精确和快速的测定。
将光路组件部分安装在一个封闭的壳体里面，可以很好的阻止外部光强对光电元件的影响，使实验精度得以保证；在显示输出电压和电流值时，采用专用数字电压表和数字电流表，可以分别在mV级、V级和μA级、mA级间换档，确保显示精度。本实用新型注重理论与实践的紧密结合，突出实用性，可起到使学生将理论与实际结合，从本质上了解和熟悉光电二极管和光电池的结构和工作原理等的作用。
附图说明
图1本实用新型的总体原理连接图；
图2是本实用新型的面板示意图；
图3是光路组件结构示意图；
图4是照度计探头结构示意图；
图5是使用本实用新型作实验1电路原理图；
图6是使用本实用新型作实验2电路原理图。
具体实施方式
如图1、图2：本实用新型的光电探测原理实验仪包括光路部分、电路部分、实验面板和箱体，光路部分包括光源部分1和光探测器部分2；电路部分包括电源模块5、光源驱动模块6、照度计模块7、电压表模块8、电流表模块9，电路部分和光路部分集成在一个箱体中；箱体内所有引出口都通过连接线连接到实验面板上。如实验面板上安装照度计表10、电压表11、电流表12及各自的调档旋钮10-1、11-1、12-1，电压表11和电流表12的输入输出插口11-2、12-2；直流电源输出插口5-1、直流电源调节旋钮5-2，硅光电池和硅光电二极管输出的标准接口3-1和4-1、可供选择实验电阻组13的连接口13-2、电阻中的两个可变电阻器旋钮13-1、光照度调节旋钮6-1、照度计调零旋钮7-1。
图3是光路组件结构示意图：光路部分由光路组件组成，光路组件包括光源1-1、照度计探头2、硅光电二极管3、硅光电池4及组件壳体1-3；光源1-1位于一密封紧密的半方形壳体1-3内，光源1-1通过底座1-2固定在壳体1-3内，照度计探头2、硅光电二极管3、硅光电池4由固定板1-4固定在壳体1-3一侧端口，光源1-1与照度计探头2位于同一轴线上。
图4是照度计探头结构示意图：照度计探头2包括硅光电池2-3、余弦校正器2-1和V(λ)校正器2-2。硅光电池2-3通过底座2-5固定在套筒2-7内，套筒一端是光入射口2-6，套筒另一端上有硅光电池的输出接口2-4，在硅光电池之前光入射口内分别放置余弦校正器2-1和V(λ)校正器2-2。光入射口2-6与光源1-1相对，套筒上的硅光电池输出接口2-4，采用护套插座，用连接线连接至照度计模块。
实验面板上有硅光电池和硅光电二极管输出的标准接口、照度计、电压表和电流表的显示单元、各种调节单元、实验中所需电阻的连接口、0～12V可调的直流电压源，箱体内所有引出口都通过连接线连接到实验面板上，面板上所有插孔都采用二号台阶插座，学生做实验时只需要在上述几个模块之间简单连线，连线、调节、观察和记录都很方便。
实验包括：光电二极管和光电池的输出光电流与入射光的照度的关系测量、光电二极管和光电池的伏安特性测试、光电二极管和光电池的暗电流测试等。
使用本实用新型作实验1：光电二极管反向伏安特性的测量。
实验电路原理图如图5：将硅光电二极管3与电压表11、电流表12、实验电阻RL(选一个)13、直流电源5按电路图通过各自的输出插口连接成电路；光源驱动模块6与光路组件的连接在仪器内连接好，光源1-1、照度计表10、硅光电二极管3之间关系原理如图所示。旋转面板上的照度调节旋钮10-1，使得光照度为一定值时，首先不接入直流电源时，观察电流表的读数，然后旋转直流电源调节旋钮5-2，分别给光电二极管接入不同的反偏电压，再观察电流表的读数。选择四组不同的光照度重复上述步骤，这样通过绘制四组不同照度下伏安特性曲线既可观察光电二极管反向伏安特性。
使用本实用新型作实验2：光电池照度-电流特性测试
实验电路原理图如图6：将硅光电池4与电流表12、实验电阻(选一个)13中的一个RL，按电路图通过各自的输出插口连接成电路；光源驱动模块6与光路组件的连接在仪器内连接好，光源1-1、照度计表10、硅光电池4之间关系原理如图所示。旋转照度调节旋钮10-1，分别测出不同光照度和不同负载下的光生电流，作出光照度-电流特性曲线，对曲线进行分析既可得知光电池的照度-电流特性。

Claims (3)

1.一种光电探测原理实验仪，包括光路部分、电路部分，其特征在于：光路部分是包括光源和光探测器的光路组件；电路部分包括电源模块(5)、光源驱动模块(6)、照度计模块(7)、电压表模块(8)、电流表模块(9)；电路部分和光路部分集成在一个箱体中，光源驱动模块(6)与光路组件连接好；电源模块(5)与照度计模块(7)、电压表模块(8)、电流表模块(9)连接好；箱体上的实验面板上安装与对应模块连接的照度计表头(10)、电压表表头(11)、电流表表头(12)及各自的调档旋钮(10-1)、(11-1)、(12-1)，电压表表头(11)和电流表表头(12)的输出插口(11-2)、(12-2)，直流电源输出插口(5-1)、光探测器的硅光电池和硅光电二极管输出的标准接口(4-1)和(3-1)、实验中供选择的电阻组(13)的连接口(13-2)、可变电阻器旋钮(13-1)、直流电源调节旋钮(5-2)、光照度调节旋钮(6-1)、照度表调零旋钮(7-1)设在实验面板上。
2.根据权利要求1所述的光电探测原理实验仪，其特征在于：光路组件包括光源(1-1)、照度计探头(2)、硅光电二极管(3)、硅光电池(4)及组件壳体(1-3)；光源1-1通过底座(1-2)固定在壳体(1-3)内，照度计探头(2)、硅光电二极管(3)、硅光电池(4)由固定板(1-4)固定在壳体(1-3)一侧端口，光源(1-1)与照度计探头(2)于同一轴线上，壳体四周密封紧密。
3.根据权利要求2所述的光电探测原理实验仪，其特征在于：照度计探头(2)包括余弦校正器(2-1)、V(λ)校正器(2-2)和硅光电池(2-3)；硅光电池(2-3)通过底座(2-5)固定在套筒(2-7)内，套筒一端是光入射口(2-6)，套筒另一端上有硅光电池的输出接口(2-4)，在硅光电池之前光入射口内分别放置余弦校正器(2-1)和V(λ)校正器(2-2)。
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