2023年光電探測(cè)實(shí)驗(yàn)講義

光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)講義

--光電探測(cè)部分

目錄

實(shí)驗(yàn)a光電倍增管的靜態(tài)和時(shí)間特性的測(cè)試....................（2）

實(shí)驗(yàn)b光電探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試............................（9）

驗(yàn)a光電倍增管的靜態(tài)和時(shí)間特性的測(cè)試

光電倍增管是一種基于外光電效應(yīng)（光電發(fā)射效應(yīng)）的器件，由于其內(nèi)部具有電子倍增系

統(tǒng)，所以具有很高的電流增益，從而可以檢測(cè)到極薄弱的光輻射。光電倍增管的另一大優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速

度不久，因此其時(shí)間特性的描述和測(cè)量都與其它光電器件有所不同。此外，光電倍增管的光電線性好,

動(dòng)態(tài)范圍大，因而被廣泛應(yīng)用于各種精密測(cè)量?jī)x器和裝備中。由于光電發(fā)射需要一定的光子能量，所以

大多數(shù)光電倍增管工作在紫外和可見光波段，目前在近紅外波段也有應(yīng)用.由于使用面廣，現(xiàn)已有多種

結(jié)構(gòu)、多種特性的管子可供選擇。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）熟悉光電倍增管的靜態(tài)特性和時(shí)間特性，掌握光電倍增管的對(duì)的使用方法。

（2）學(xué)習(xí)光電倍增管的基本特性測(cè)量方法。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）測(cè)量光電倍增管靜態(tài)特性參數(shù)；

（2）測(cè)量光電倍增管時(shí)間特性參數(shù)。

三、基本原理

1.光電倍增營(yíng)的重要特性和參數(shù)光電倍增管的特性參數(shù)，有靈敏度、電流增益、光電特性、陽(yáng)

極特性、暗電流等效噪聲功率和時(shí)間特性等。下面介紹本實(shí)驗(yàn)涉及到的特性和參數(shù)。

（1）靈敏度靈敏度是標(biāo)志光電倍增管將光輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)能力的一個(gè)參數(shù)，一般指積分靈

敏度，即白光靈敏度，單位取口A/lm。通常，光電倍增管的使用說明書中都分別給出了它的陰極靈敏度

和陽(yáng)極靈敏度，有時(shí)還需要標(biāo)出陰極的藍(lán)光、紅光或紅外靈敏度。

①陰極靈敏度Sk陰極靈敏度Sk是指光電陰極自身的積分靈敏度。測(cè)量時(shí)光電陰極為

一極，其它各電極連在一起為另一極，在其間加上100?300V電壓，如圖1—1所示。照在陰極上的光通

量通常選在10-9?io-21m的數(shù)量級(jí)，由于光通量過小會(huì)由于漏電流的影響而使光電流的測(cè)量準(zhǔn)確度下降，

而光通量過大也會(huì)引起測(cè)量誤差。

②陽(yáng)極靈敏度SA陽(yáng)極靈敏度SA是指光電倍增管在一定工作電壓下陽(yáng)極輸出電流與照在陰極面上光

通量的比值。它是一個(gè)通過倍增以后的整管參數(shù)，在測(cè)量時(shí)為保證光電倍增管處在正常的線性工作狀態(tài),

光通量要取得比測(cè)陰極靈敏度時(shí)小，一般在10」。?10寸m的數(shù)量

級(jí)。

由于倍增極材料的3值是所加電壓的函數(shù)，所以光電倍增管的陽(yáng)極靈敏度與整管工作電壓有關(guān)。在

使用時(shí)，往往標(biāo)出在指定的陽(yáng)極靈敏度下所需的整管工作電壓。

(2)放大存數(shù)(電流增益)在一定的工作電壓下，光電倍增管的陽(yáng)極信號(hào)電流和陰極信號(hào)電流的比

值稱為該管的放大倍數(shù)或電流增益，以符號(hào)G表達(dá)，則

G=IA/IK(1-1)

式中IA為陽(yáng)極信號(hào)電流；IK為陰極信號(hào)電流。放大倍數(shù)G重要取決于系統(tǒng)的倍增能力，因

比它也是工作電壓的函數(shù)。上述的陽(yáng)極靈敏度就包含了放大倍數(shù)的奉獻(xiàn)，于是放大倍數(shù)也可

由在一定工作電壓下陽(yáng)極靈敏度和陰極靈敏度的比值來擬定，即

G=SA/SK(1-2)

(3)陽(yáng)極伏妾特性當(dāng)光通量①一定期，光電倍增管陽(yáng)極電流IA和陽(yáng)極與陰極間的總電VH之間的關(guān)

系為陽(yáng)極伏安特性，如圖1—2所示。由于光電倍增管的增益G與二次倍增極電壓E之間的關(guān)系為

G=(bE)11

其中n為倍增極數(shù)b為與倍增極材料有關(guān)的常數(shù)。所以陽(yáng)極電流IA隨總電壓增長(zhǎng)而急劇上升，使用管子

時(shí)應(yīng)注意陽(yáng)極電壓的選擇。此外由陽(yáng)極伏安特性可求增益G的數(shù)值。

(4J賠電流當(dāng)充電倍增管完全與光照隔絕，在加上工作電壓后陽(yáng)極仍有電流輸出，其輸出電流的

直流成份稱為該管的暗電流，光電倍增管的最小可測(cè)光通量就取決于這個(gè)暗電流的大小。

引起暗電流的重要因素有；歐姆漏電、熱電子發(fā)射、反饋效應(yīng)（離子反饋和光反饋）、場(chǎng)致發(fā)射、放

射性同位素的核輻射及宇宙射線的切侖可夫輻射。

圖1—3示出了931—A型光電倍增管的暗電流各分量與極問電壓的關(guān)系。在50V/級(jí)以下的低電壓

下，暗電流事實(shí)上所有為電極問的歐姆漏電流。當(dāng)電壓升到100—110V/級(jí)，即在光電倍增管的正常工

作范圍內(nèi)暗電流的重要成份是光電陰極和前級(jí)倍增極的熱發(fā)射電流。電壓繼續(xù)升高時(shí)就出現(xiàn)了離子反饋、

10，

暗電流/A

10-8

IO?

1O10

020406080100120140

i?同由序八，

圖1-2典型陽(yáng)極特性曲線圖1-3931-A型光電倍增管的暗電流分量

與極間電流的關(guān)系

1—通過放大后的熱發(fā)射電流；

?一漏由流.2—暗由潘的曲和.

光反饋甚至場(chǎng)致發(fā)射等導(dǎo)致不穩(wěn)定狀態(tài),這也就是使用電壓的極限值。

由于光電倍增管的暗電流是工作電壓的函數(shù)，所以在給出某管的暗電流時(shí)，必須說明是在達(dá)成某一

給定的陽(yáng)極靈敏度所需的多大工作電壓下測(cè)得的。

（5J時(shí)間特性光電倍增管的渡越時(shí)間定義為光電子從光電陰極發(fā)射通過倍增極上陽(yáng)極的時(shí)間。由

于電子在倍增過程的記錄性質(zhì)以及電子的初速效應(yīng)和軌道效應(yīng)，從陰極同時(shí)發(fā)

出的電子到達(dá)陽(yáng)極的時(shí)間是不同的，即存在渡越時(shí)間分散。因此，當(dāng)輸入信號(hào)為8函數(shù)形式

的光脈沖時(shí)，陽(yáng)極輸出的電脈沖是展寬的。在閃爍計(jì)數(shù)應(yīng)用中，假如入射射線之間的時(shí)間間隔極短，則

因這種展寬將使輸出脈沖發(fā)生重疊而不能被分辨。因此對(duì)輸出脈沖波形的時(shí)間特性要用以下幾個(gè)參數(shù)表

達(dá)（見圖1—4）：

①脈沖上升時(shí)間tr定義為用8函數(shù)光脈沖照射整個(gè)光電陰極時(shí)，從陽(yáng)極輸出脈沖幅度

的0.1上升至脈沖幅度的0.9所需要的時(shí)間（ns）。

②脈沖響應(yīng)寬度f(wàn)n即脈沖半寬度，指陽(yáng)極輸出脈沖半幅度點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。

③渡越時(shí)間分散由于它是導(dǎo)致陽(yáng)極輸出脈沖展寬的重要因素，所以有時(shí)就用它來代表時(shí)間分辨

率。定義為當(dāng)用反復(fù)的3函數(shù)光脈沖照射到管子的陰極時(shí)，在陽(yáng)極回路中所產(chǎn)生的諸輸出脈沖上某一

指定點(diǎn)（如半幅點(diǎn)）出現(xiàn)時(shí)間的變動(dòng)，測(cè)量時(shí)通過時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器把時(shí)間變動(dòng)量轉(zhuǎn)換成具有一定幅度的

時(shí)間譜，取其半寬度來表達(dá)時(shí)間分辨率，單位為ns。

進(jìn)行光電倍增管的時(shí)間參數(shù)測(cè)試時(shí)，需要運(yùn)用8函數(shù)脈沖光源。

6函數(shù)脈沖光源指的是可以提供具有有限積分光通量和無限小寬度的光脈沖光源光，在進(jìn)行光電倍

增管的時(shí)間參數(shù)測(cè)試時(shí)，只要光源的上升時(shí)間和下降時(shí)間和半寬度FWHM均不超過管子輸出脈沖的相應(yīng)

時(shí)間參數(shù)的三分之一，則該光源即可稱為6函數(shù)脈沖光源。目前可作為6函數(shù)脈沖光源的有發(fā)光二極管、

激光二極管、汞濕式火花光源、切侖可夫光源和鈕鋁石榴石鎖模激光器等.

2.供電電路

（1）電

源的連接方

式光電倍增

管的供電方

式有兩種，即

負(fù)高壓接法

（陰極接電

源負(fù)高壓，電

圖Id光電倍增管的時(shí)間特性示意圖

源正端接地）

和正高壓接法（陽(yáng)極接電源正高壓，而電源負(fù)端接地）。

正高壓級(jí)法的特點(diǎn)是可使屏蔽光、磁、電的屏蔽罩直接與管子外殼相連，甚至可制成一體，因而屏

蔽效果好，暗電流小，噪聲水平低。但這時(shí)陽(yáng)極處在正高壓，會(huì)導(dǎo)致寄生電容增大。假如是直流輸出則

不僅規(guī)定傳輸電纜能耐高壓，并且后級(jí)的直流放大器也處在高電壓，會(huì)產(chǎn)生一系列的不便；假如是交流

輸出測(cè)需通過耐高壓、噪聲小的隔直電容。

負(fù)高壓接法的優(yōu)點(diǎn)是便于與后面的放大器連接且既可以直流輸出，又可以交流輸出，操作安全方便。

缺陷在于因玻殼的電位與陰極電位相接近，屏蔽罩應(yīng)至少離開管子玻殼1—2cm。這樣系統(tǒng)的外形尺寸就

增大了。否則由于靜電屏蔽的寄生影響，暗電流與噪聲都會(huì)增大。

（2）分壓器光電倍增管極間電壓的分派一般是由如圖1—5所示的電阻鏈分壓來完畢的。最佳的

極間電壓分派取決于三個(gè)因素，即陽(yáng)極峰值電流、允許的電壓波動(dòng)以及允許的非線性偏離

\7..

廖11.S小由傳播筲的分壓由感

①.級(jí)間電壓分派光電倍增管的極間電壓可按前級(jí)區(qū)、中間級(jí)、和末級(jí)區(qū)加以考慮。前級(jí)區(qū)的收集電

壓必須足夠高，以使第一倍增級(jí)有高的收集效率和大的次級(jí)發(fā)射系數(shù)。中間級(jí)區(qū)的各級(jí)間通常具有均勻

分布的級(jí)間電壓，以使管子給出最佳的增益。由于末級(jí)區(qū)各級(jí)特別是末級(jí)支取較大的電流，所以末級(jí)區(qū)

各級(jí)間電壓不能過低，以免形成空間電荷效應(yīng)而使管子失去應(yīng)有的直線性。

②分壓電流當(dāng)陽(yáng)極電流增大到與分壓器相比擬時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致末級(jí)區(qū)各級(jí)間電壓的大幅度下降，從而

使光電倍增管出現(xiàn)嚴(yán)重的非線性。為防止級(jí)間電壓的再分派以保證增益穩(wěn)定，分壓器電流至少為最大陽(yáng)

極平均電流的20倍。對(duì)于直線性規(guī)定很高的應(yīng)用場(chǎng)合，分壓器電流應(yīng)至少為最大陽(yáng)極平均電流的100?

500倍。

③分壓電阻擬定了分壓器電流就可以根據(jù)光電倍增管的最大陽(yáng)極電壓算出分壓器的總電阻再按

照適當(dāng)?shù)募?jí)間電壓分派，由總電阻求出各分壓電阻的阻值。

(3)輸出電路光電倍增管的輸出是電荷，且其陽(yáng)極幾乎可作為一個(gè)抱負(fù)的電流發(fā)生器來考慮。因此

輸出電流與負(fù)載阻抗無關(guān)。但事實(shí)上，對(duì)負(fù)載的輸入阻抗卻存在著一個(gè)上限，由于負(fù)載電阻上的電壓

降明顯地減少了末級(jí)倍增極與陽(yáng)極之間的電壓，因而會(huì)減少放大倍數(shù)，致使光電特性偏離線性。

①直流輸出電路對(duì)于直流信號(hào)，光電倍增管的陽(yáng)極能產(chǎn)生達(dá)數(shù)十伏的輸出電壓，因此可使用大的

負(fù)載電阻。檢流計(jì)或電子微電流計(jì)可直接接至陽(yáng)極，此時(shí)就不再需要串接負(fù)載電阻。

②脈沖輸出電路光電倍增管輸出電壓的相應(yīng)等效電路是電流源與負(fù)載電阻的RL和輸出電容Q并聯(lián)

的電路，如圖1—6所示。

陽(yáng)極電路對(duì)地的電容CL起著RL的旁路作用，從而使輸出波形畸變，對(duì)于寬度很窄的脈沖，時(shí)間常

圖1-6光電倍增管輸出等效電路

四、實(shí)驗(yàn)裝置

光電倍增管靜態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置靜態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置如圖1—7所示。這是一個(gè)光屏蔽的暗

箱，分光源室和測(cè)試室兩部分。

圖1—7光電倍增管特性參數(shù)測(cè)試裝置

白熾燈放置在光源室中，位于透鏡的焦點(diǎn)上。白熾燈燈光通過透鏡后成為平行光射入測(cè)試室中，在

平行光路里放置了若干抽插式的中性衰減片。最后照射到光電倍增管的陰極面上。光電倍增管的輸出電

流可有檢流計(jì)測(cè)出，也可由數(shù)字電壓表測(cè)量負(fù)載的電壓得到。

本實(shí)驗(yàn)選用GDB-24型光電倍增管，它的管腳和名稱見附錄。

五、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

1.測(cè)陰極伏安特性

(1)將光電倍增管插入陽(yáng)極特性測(cè)試所用的分壓器中，其特性是以陰極作陰極，以第一倍增極做陽(yáng)極,

其余倍增極和陽(yáng)極與第一倍增極連接一起。

(2)把光電倍增管放入測(cè)試室中，并連接好電源線及輸出線。抽出衰減片，檢查光屏蔽。

(3)在與陽(yáng)極測(cè)量時(shí)同樣的光強(qiáng)下，接通直流穩(wěn)壓電源，測(cè)量陰極電流與電壓的關(guān)系。假如采用標(biāo)準(zhǔn)

光源或直接測(cè)出光通量則可同時(shí)輸出靈敏度。

2.測(cè)陽(yáng)極伏安特性

(1)點(diǎn)亮白熾燈，并記下此時(shí)的光源電壓；

(2)打開光電倍增管電源，測(cè)出倍增管陽(yáng)極電流和倍增管電壓的關(guān)系；

(3)斷開光電倍增管電源，并關(guān)端白熾燈。

在啟動(dòng)擊壓電源時(shí)請(qǐng)注意:：

在啟動(dòng)開關(guān)前，一方面要檢查各輸出旋鈕是否已調(diào)到最小。打開電源開關(guān)，一定要預(yù)熱1分鐘后再

輸出高壓。關(guān)機(jī)程序和開機(jī)相反。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

(1)作出暗電流與陽(yáng)極電壓之間的關(guān)系曲線

(2)作出某一光強(qiáng)下陽(yáng)極電流與陽(yáng)極電壓之間的關(guān)系曲線。

(3)作出與第(3)項(xiàng)同樣光照下，陰極電流和外加電壓的關(guān)系曲線。

表1-1極限工作條件(GDB-24)

序號(hào)工作條件內(nèi)容單位最小值最大值

1陽(yáng)極電壓V1000

2直流輸出電流PA100

3陰極受照光通量Im

4光譜響應(yīng)范圍nm4001150

5環(huán)境溫度℃-3060

6環(huán)境相對(duì)濕度%90

表1-2重要參數(shù)

陰極參數(shù)陽(yáng)極參數(shù)

光照靈敏度/(UA?1m-1)紅外響應(yīng)光照靈敏度/陽(yáng)極電壓/V暗電流/A

/nA(1.06(A?1m")

um處)

33.3251120090

注：測(cè)試陰極紅外響應(yīng)(1.06口m處)采用如下標(biāo)準(zhǔn)：

①光源色溫為2859K；②陰極有效直徑由25mm；③在陰極和光源之間加一紅外濾光片(濾光片特

定標(biāo)準(zhǔn)，中心波長(zhǎng)為1.06口ni),在規(guī)定積分光通量下，陰極的直流輸出電流即為陰極紅外響應(yīng)。

表2-3管腳說明

管腳號(hào)電極名稱符號(hào)

1空腳NC

2第三倍增極D3

3第五倍增極D5

4第七倍增極D7

5第九倍增極D9

6第十一倍增極D11

7陽(yáng)極A

8第十倍增極D10

9第八倍增極D8

10第六倍增極D6

11第四倍增極D4

12第二倍增極D2

13陰極K

14第一倍增極D1

極間電壓分派:

K-DID1-D2D2-D3D3-D4。。。D9-D10D10-D11DI1-A

RRRRRRRR

1n整肚n

使用注意事項(xiàng)：

(1)光電倍增管對(duì)光的響應(yīng)極為靈敏，因此在沒有完全隔絕外界干擾光的情況下切勿對(duì)管子施加工作電

壓，否則會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)倍增極的損壞。

(2)使管子處在非工作狀態(tài)，也要盡也許減少光電陰極和倍增極的不必要的曝光，以免對(duì)管子導(dǎo)致不良

的影響。

(3)光電陰極的端面是一塊粗糙度數(shù)值極小的玻璃片，要妥善保護(hù)。

(4)使用時(shí)必須預(yù)先在暗處邀見一段時(shí)間管基要保持清潔干燥同的要滿足規(guī)定的環(huán)境條件，切勿超過所

規(guī)定的電壓最大值。

(5)管子導(dǎo)電片與管腳應(yīng)接觸良好插上、拔下時(shí)務(wù)必要用力于膠木管基，否則易導(dǎo)致松動(dòng)

或炸裂.

(6)在有磁場(chǎng)影響的場(chǎng)合，應(yīng)當(dāng)用高導(dǎo)磁金屬進(jìn)行磁屏蔽。

(7)與光電陰極區(qū)的外殼相接觸的任何物體應(yīng)處在光電陰極電位。

(8)該管用電阻分壓器對(duì)各電極供電，典型分壓器示于表1—4。對(duì)于每一個(gè)具體管子，若在典型分壓器的

基礎(chǔ)上再仔細(xì)地調(diào)節(jié)前級(jí)和末級(jí)兒個(gè)分壓電阻的數(shù)值，可獲得最佳分壓狀。

實(shí)驗(yàn)b光電探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試

通常，光電探測(cè)器的輸出的電壓信號(hào)在時(shí)間上都要落后于作用在其上的光信號(hào)，即光電探測(cè)器的輸

出相對(duì)于輸入的光信號(hào)要發(fā)生沿時(shí)間軸的擴(kuò)展。擴(kuò)展的程序可由響應(yīng)時(shí)間來描述。光電探測(cè)器的這種響

應(yīng)落后于作用信號(hào)的特性稱為惰性。由于惰性的存在，會(huì)使先后作用的信號(hào)在輸出端互相交疊，從而減

少了信號(hào)的凋制度。假如探測(cè)器觀測(cè)的是隨時(shí)間快速變化的物理量，則由于惰性的影響會(huì)導(dǎo)致輸出嚴(yán)重

畸變。因此，進(jìn)一步了解探測(cè)器的時(shí)間響應(yīng)特性是十分必要的。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)了解光電探測(cè)器的響應(yīng)度不僅與信號(hào)光的波長(zhǎng)有關(guān)，并且與信號(hào)光的調(diào)制頻率有關(guān)；

(2)掌握發(fā)光二極管的電流調(diào)制法；

(3)熟悉測(cè)量探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)用探測(cè)器的脈沖響應(yīng)特性測(cè)量響應(yīng)時(shí)間

(2)運(yùn)用探測(cè)器的幅頻特性擬定其響應(yīng)時(shí)間。

三、基本原理

表達(dá)時(shí)間響應(yīng)特性的方法重要有兩種，一種是脈沖響應(yīng)特性法，另一種是幅頻特性法。

1.脈沖響應(yīng)響應(yīng)落后于作用信號(hào)的現(xiàn)象稱為弛豫。對(duì)于信號(hào)開始作用時(shí)的弛豫稱為

上升弛豫或起始弛豫，信號(hào)停止作用時(shí)的弛豫稱為衰減弛豫。弛豫時(shí)間的具體定義如下：

如用階躍信號(hào)作用于器件，則起始弛豫定義為探測(cè)器的響應(yīng)從零上升為穩(wěn)定值的(1-1/e)(即63%)時(shí)

所需的時(shí)間。衰減弛豫定義為信號(hào)撤去后，探測(cè)器的響應(yīng)下降到穩(wěn)定值的1/e(即37%)所需的時(shí)間。這

類探測(cè)器有光電池、光敏電阻及熱電探測(cè)器等。另一種定義弛豫時(shí)間的方法是起始弛豫為響應(yīng)值從穩(wěn)態(tài)

值的10%上升到90%時(shí)所用的時(shí)間；衰減弛豫為響應(yīng)從穩(wěn)態(tài)值的90%下降到10%時(shí)所用的時(shí)間。這種

定義多用于響應(yīng)速度不久的器件如光電二極管、雪崩光電二極管和光電倍增管等。

若光電探測(cè)器在單位階躍信導(dǎo)作用下的起始階躍響應(yīng)函數(shù)為[l-exp(-〃s)],衰減響

應(yīng)函數(shù)為eXp(T/Tl),則根據(jù)第一種定義，起始弛豫時(shí)間為J衰減弛豫則間為T2。

此外假如測(cè)出了光電探測(cè)器的單位沖激響應(yīng)函數(shù)，則可直接用其半值寬度來表達(dá)時(shí)間持

性。為了得到具有單位沖激函數(shù)形式的信號(hào)光源，即6函數(shù)光源，可以采用脈沖式發(fā)光二極

管、鎖模激光器以及火花源等光源來近似。在通常測(cè)試中，更方便的是采用品有單位階躍函數(shù)形式亮度

分布的光源。從而得到單位階躍響應(yīng)函數(shù)，進(jìn)而擬定響應(yīng)時(shí)間。

2.幅頻特性由于光電探測(cè)器惰性的存在，使得其響應(yīng)度不僅與入射輻射的波長(zhǎng)有關(guān)，

并且還是入射輻射調(diào)制頻率的函數(shù)。這種函數(shù)關(guān)系還與入射光強(qiáng)信號(hào)的波形有關(guān)?通常定義

光電探測(cè)器對(duì)正弦光信號(hào)的響應(yīng)幅值同調(diào)制頻率間的關(guān)系為它的幅頻特性。許多光電探測(cè)器

的幅頻特性具有如下形式。

A(co)=1/(1+CO2T2)1/2(3-1)

式中A(3)表達(dá)歸一化后的幅頻特性；3=2兀/為調(diào)制圓頻率；/為調(diào)制頻率；T為響應(yīng)時(shí)間。

在實(shí)驗(yàn)中可以測(cè)得探測(cè)器的輸出電壓網(wǎng)3)為

V(?)=Vo/(l+(o2r2)l/2(3-2)

式中均為探測(cè)器在入射光調(diào)制頻率為零時(shí)的輸出電壓。這樣，假如測(cè)得調(diào)制頻率為力時(shí)的輸出信號(hào)電壓

匕和調(diào)制頻率為力時(shí)的輸出電壓信號(hào)V2,就可由下式擬定響應(yīng)時(shí)間

T=1/2(Mf2)2-(V￡)2)]1/2(3-3)

為減小誤差，-與L的取值應(yīng)相差10%以上。

由于許多光電探測(cè)器的幅頻特件都可出式(3—1)描述，人們?yōu)榱烁奖愕乇磉_(dá)這種特性，引出截止頻

率人。它的定義是中輸出信號(hào)功率降至超低頻一半時(shí)，即信號(hào)電壓降至超低頻信號(hào)電壓的70.7%時(shí)的調(diào)

制頻率。故人頻率點(diǎn)又稱為三分貝點(diǎn)或拐點(diǎn)。由式(3-1)可知

九=」(3T)

27TT

事實(shí)上，用截止頻率描述的時(shí)間特性是由式(4—1)定義的T參數(shù)的另一種形式。

在實(shí)際測(cè)量中，對(duì)入射輻射調(diào)制的方式可以是內(nèi)調(diào)制，也可以是外調(diào)制。外調(diào)制是用機(jī)械調(diào)制盤在

光源外進(jìn)行調(diào)制，因這種方法在使用時(shí)需要采用穩(wěn)頻措施，并且很難達(dá)成很高的調(diào)制頻率，因此不合用

于響應(yīng)速度不久的光電探測(cè)器，所以具有很大的局限性。內(nèi)調(diào)制通常采用快速響應(yīng)的電致發(fā)光元件作輻

射源。采用電調(diào)制的方法可以克服機(jī)械調(diào)制的局限性，得到穩(wěn)定度高的快速調(diào)制。

四、實(shí)驗(yàn)儀器

光電探測(cè)器時(shí)間常數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱；20M的雙蹤示波器；毫伏表。

在光電探測(cè)器時(shí)間常數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱中，提供了需測(cè)試兩個(gè)光電器件峰值波長(zhǎng)為900nm的光電二極管

和可見光波段的光敏電阻。所需的光源分別由峰值波長(zhǎng)為900nm的紅外發(fā)光管和可見光(紅)發(fā)光管來提

供。光電二極管的偏壓與負(fù)載都是可調(diào)的，偏壓分5V、10V、15V三擋，負(fù)載分100毆姆、1k毆姆、

10k毆姆、50k毆姆和100k毆姻五檔。根據(jù)需要，光源的驅(qū)動(dòng)電源有脈沖和正弦波兩種，并且頻率可調(diào)。

圖3-1響應(yīng)時(shí)間測(cè)試裝置框圖

下面簡(jiǎn)要介紹CS-1022型示波器的外觸發(fā)工作方式和10%到90%的上升響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試方法。

1.外觸發(fā)同步工作方式當(dāng)示波器的觸發(fā)源選擇ext檔時(shí)，CS-1022型示波器右下角的外觸發(fā)輸入插

座上的輸入信號(hào)成為觸發(fā)信號(hào)。在很多應(yīng)用方面，外觸發(fā)同步更為合用于波形觀測(cè)，這樣可以獲得精確

的觸發(fā)而與饋送到輸入插座CH1和CH2的信號(hào)無關(guān)。因此，即使當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，也不需要再進(jìn)一步

觸發(fā)。

2.10%到90%的上升響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試

(1)將信號(hào)加到CH1輸入插座，置垂直方式于CH1。用VAiiv和微調(diào)旋鈕將波形

峰峰值調(diào)到6div?

(2)用▲/▼位旋鈕和其他旋鈕調(diào)節(jié)波形，使其顯示在屏幕垂直中心。將Z/div開關(guān)調(diào)到盡也許

快的檔位，能同時(shí)觀測(cè)10%和90%兩個(gè)點(diǎn)。將微調(diào)置于校準(zhǔn)檔。

(3)用＜/A位旋鈕調(diào)節(jié)10%點(diǎn)，使之與垂直刻度線重合，測(cè)量波形上10%到90%點(diǎn)之間的距

離(div).將該值乘以f/div,假如用“XI0擴(kuò)展”方式,再乘以1/10。

請(qǐng)對(duì)的使用10%、90%線。在CS-1022型示波器上，每個(gè)0%、10%、90%、100%測(cè)量點(diǎn)都標(biāo)記在

示波器屏幕上。

使用公式：上升響應(yīng)時(shí)間f產(chǎn)水平距離為4(div)X〃div檔位X“義10擴(kuò)展”的倒數(shù)(1/10)。

圖3-2上升響應(yīng)時(shí)間測(cè)量舉例

【舉例】

例如，水平距離為4div,f/div是2|_ts（見圖3-2）。帶入給定值：

上升響應(yīng)時(shí)間"=4.0（div）X2（gs）=82

五、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

1.用脈沖法測(cè)量光電二極管的響應(yīng)時(shí)間

一方面要將本實(shí)驗(yàn)箱面板上的“偏壓”檔和“負(fù)載”分別選通一組。然后將“波形選擇”開關(guān)

撥至脈沖檔，”探測(cè)器選擇”開關(guān)撥至光電二極管檔，此時(shí)在“輸入波形”的二極管處（黃導(dǎo)線）應(yīng)

可觀測(cè)到方波，由“輸出”處引出的輸出線（白導(dǎo)線）即可得到光電二極管的輸出波形，其頻率可通過

“頻率調(diào)節(jié)”處的方波旋鈕來調(diào)節(jié)。然后按照規(guī)定分別測(cè)量一定偏壓下不同負(fù)載時(shí)其響應(yīng)時(shí)間及一

定負(fù)載下不同偏壓時(shí)其響應(yīng)時(shí)間。

（I）選定負(fù)載為10kC,按照下表改變其偏壓。觀測(cè)并記錄在零偏（不選偏壓即

可）