发布时间 : 星期日 文章音频信号光纤传输技术实验讲义20150918更新完毕开始阅读
区内，电场强度很弱，光生载流子只有扩散运动，它们在向空间电荷区扩散的途中因复合而被消失掉，故不能形成光电流。形成光电流的主要靠空间电荷区的光生载流子，因为在空间电荷区内电场很强，在此强电场作用下，光生电子—空穴对将以很高的速度分别向n区和p区运动，并很快越过这些区域到达电极沿外电路闭合形成光电流，光电流的方向是从二极管的负极流向它的正极，并且在无偏压短路的情况下与入射的光功率成正比，因此在光电二极管的p-n结中，增加空间电荷区的宽度对提高光电转换效率有着密切关系。为此目的，若在p-n结的p区和n区之间再加一层杂质浓度很低以致可近似为本征半导体（用i表示）的i层，就形成了具有p-i-n三层结构的半导体光电二极管，简称PIN光电二极管, PIN光电二极管的p-n结除具有较宽空间电荷区外，还具有很大的结电阻和很小的结电容，这些特点使PIN管在光电转换效率和高频响应特性方面与普通光电二极管相比均得到了很大改善。根据文献，光电二极管的伏—安特性可用下式表示：
I = I0〔1—e x p（q v / k T）〕+ IL （6）
其中I0是无光照的反向饱和电流，V是二极管的端电压（正向电压为正，反向电压为负），q为电子电荷，k为波耳兹曼常数，T是结温，单位为K，IL是无偏压状态下光照时的短路电流，它与光照时的光功率成正比。（6）式中的Io和IL均是反向电流，即从光电二极管负极流向正极的电流。根据（6）式，光电二极管的伏安特性曲线如图5所示，对应图4a所示反偏工作状态，光电二极管的工作点由负载线与第三象限的伏安特性曲线交点确定。由图5可以看出：
图5 光电二极管的伏安特性曲线及工作点的确定
1.光电二极管既使在无偏压的工作状态下，也有反向电流流过，这与普通二极管只具有单向导电性相比有着本质的差别，认识和熟悉光电二极管的这一特点对于在光电转换技术中正确使用光电器件具有十分重要意义；
2.反向偏压工作状态下，在外加电压E和负载电阻RL的很大变化范围内，光电流与入照的光功率均具有较好的线性关系；无偏压工作状态下，只有RL较
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小时光电流才与入照光功率成正比，RL增大时，光电流与光功率呈非线性关系；无偏压短路状态下，短路电流与入照光功率具有很好的线性关系, 这一关系称为光电二极管的光电特性，这一特性在I—P坐标系中的斜率：
R≡△I / △P（μA/μW） （7）
定义为光电二极管的响应度，它是表征光电二极管光电转换效率的重要参数。光电二极管的响应度R值与入照光波的波长有关。本实验中采用的硅光电二极管，其光谱响应波长在0.4～1.1μｍ之间、峰值响应波长在0.8～0.9μｍ范围内。在峰值响应波长下，响应度R的典型值在0.25～0.5μA /μW的范围内。
3.在光电二极管处于开路状态情况下，光照时产生的光生载流子不能形成闭合光电流，它们只能在p-n结空间电荷区的内电场作用下，分别堆积在p-n结空间电荷区两侧的n层和p层内，产生外电场，此时光电二极管表现出有一定的开路电压。不同光照情况下的开路电压就是图5示伏安特性曲线与横坐标轴交点所对应的电压值。由图5可见,光电二极管开路电压与入照光功率也是呈非线性关系。
4.反向偏压状态下的光电二极管，由于在很大的动态范围内其光电流与偏压和负载电阻几乎无关，故在入照光功率一定时可视为一个恒流源；而在无偏压工作状态下光电二极管的光电流随负载电阻变化很大，此时它不具有恒流源性质，只起光电池作用。 [实验仪器]
本实验使用的仪器是为YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪它由以下三部分组成：
一、YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（发送器） 二、YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（接收器） 三、含光源器件LED和SPD光电探头的光纤信道 各部分的布局分别由图6、图7和图8所示。
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图6. YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（发送器）前面板布局
图7. YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（接收器）前面板布
图8 光纤信道
[实验内容]
一、LED电光特性的测定
该项实验只需发送器、光纤信道，连接如图9所示。
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图9 LED电光特性的测定
操作与测定：
1． 用两端均为单声道插头的电缆连接线把光纤信道内的光源器件LED接入
发送器前面板的“LED插孔”中；
2． 把SPD光电探头一端插入光纤信道出光端的插座内，另一端的两个红、黑
香蕉插头插入光功率计的“SPD”插孔内，红黑对应。
3．逆时针调节“输入衰减”旋钮使信号源的幅值为零。调节“偏流调节”电位器使直流毫安表的读数为零。在此情况下光功率计的指示应为零，若不为零，记下这一读数，在数据处理时作为零点扣除。
4． 调节“偏流调节”电位器使直流毫安表的指示从零开始增加，每增加4mA
读取一次光功率数据，数据表格见表1.2。以LED的电流为自变数，光功率为因变数，绘制LED的电光特性曲线。
表1.2 LED电光特性测定实验数据记录
电流（mA） 光功率（μW） 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 二、SPD反向伏安特性的测定 测量方法及原理
测定光电二极管反向伏安特性的电路如图10所示。其中LED是发光中心波
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