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报告者：1004520233余敏 同组人：1004520235张昕煜
1004520209 谢清楠
实验十PSD位置传感器实验
一、 实验目的：
了解PSD光电位置敏感器件的原理与应用
二、 基本原理：
PSD为一具有PIN三层结构的平板半导体硅片。其断面结构如图
10— 1所示，表面层P为感光面，在其两边各有一信号输入电极，底 层的公共电极是用与加反偏电压。当光点入射到PSD表面时，由于横 向电势的存在，产生光生电流I。，光生电流就流向两个输出电极，从 而在两个输出电极上分别得到光电流I1和I2，显然I^ I1 I2。而I1和 I2的分流关系则取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。 假设
PSD表面分流层的阻挡是均匀的，则 PSD可简化为图10—2所示的电 位器模型，其中R1、R2为入射光点位置到两个输出电极间的等效电 阻，显然R、R2正比于光点到两个输出电极间的距离。
射
输出电恢 光 榆岀电极
图 10-1
图 10-2
因为 打/12 =只2/尺 r(L -X)/(L X)
1 0 = 1 1 T 2
所以可得 11 =lo(L -X /2L)
丨2 =lo(L X/2L) X 二山 J/I°)L
当入射光恒定时，Io恒定，则入射光点与PSD中间零位点距离X 与丨2-11成线性关系，与入射光点强度无关。通过适当的处理电路， 就可以获得光点位置的输出信号。
三、需用器件与单元：
PSD传感器及位移装置、PSD传感器实验模板、主机箱
四、实验步骤:
1观察PSD结构，它有四只管脚，其中有一边为园弧状附近 脚（如图10—3）。PSD接线中黑线接Vf端，其中两个为输 出端可随意接入。
的管脚加反偏电压Vf，
的管脚加反偏电压Vf，
其对角线部位管脚为空
输出端1
PSD外形及管脚
图 10—3
2按图10-4接线，将实验模块的_15V和“丄”插孔与主机箱中
的-15V稳压电源和“丄”分别相连，再将实验 PSD传感器装
置中的半导体激光器的两个插孔与实验模板的激光电源的插 孔相应连接。实验模板的PSD 12接PSD传感器的蓝色插孔， vref基准源接PSD传感器的白色插孔，PSD I1接PSD传感器 的红色插孔。
3将PSD传感器实验模板单元电路连接起来，即V°1与Vi1接，V°2与
Vi2 接（注：V03、Vi3、Vi4、V05 不用接线）Vo4 与 Vi5 接，V06 与 Vi6 接，将实验模板上激光电源的“丄”与 -15V的“丄”及乂了输 出的“丄”连接起来。将主机箱的电压表接到实验模板的 V07
或“丄”上。
图 10— 4主机箱 电压表
图 10— 4
主机箱 电压表
主机箱
4 1 d*
4?打开主机箱电源，实验模板开始工作。转动测微头使激光光点在 PSDh的位置从一端移向另一端。此时电压变化可在 _4V之间，若未 达到此值，可调输出增量旋纽Vr3。
5.从PSD一端开始旋转测微头，使光点移动，取 厶X= 0.5mm，即转 动测微头一转，读取数显表示值。填入表 10 — 1
表10— 1 PSD传感器位移值与输出电压值
位移量（mm
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
输出电压（V）
-4.95
-4.77
-4.55
-4.33
-4.18
-4.04
-3.88
-3.74
-3.59
位移量（mm
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
输出电压（V）
-3.44
-3.29
-3.13
-2.98
-2.84
-2.69
-2.53
-2.38
-2.21
位移量（mm
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
输出电压（V）
-2.02
-1.85
-1.74
-1.64
-1.54
-1.36
-1.22
-1.05
-0.89
位移量（mm
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
6.6
6.8
7.0
输出电压（V）
-0.72
-0.58
-0.43
-0.25
-0.07
0.08
0.24
0.40
0.57
位移量（mm
7.2
7.4
7.6
7.8
8.0
8.2
8.4
8.6
8.8
输出电压（V）
0.74
0.88
1.06
1.22
1.39
1.56
1.73
1.88
2.05
位移量（mm
9.0
9.2
9.4
9.6
9.8
10
10.2
10.4
10.6
输出电压（V）
2.20
2.36
2.51
2.68
2.83
2.97
3.13
3.27
3.42
位移量（mm
10.8
11.0
11.2
11.4
11.6
11.8
12.0
12.2
输出电压（V）
3.58
3.76
3.90
4.05
4.21
4.34
4.46
4.48
输出电压与何移量的关系6.根据表
输出电压与何移量的关系
6.
根据表10-1所列的数据，计算中心量程
2mm 3mm 4mnfl寸的非
线性误差 答：模拟曲线为：y=0.7824x-4.8813
在位移量 x=2mm 时，y=-3.3165 ，
测得值--理论值-3.29 -（-3.3165）理论值3.3165在位移量x=3mm
测得值-
-理论值
-3.29 -（-3.3165）
理论值
3.3165
在位移量
x=3mm 时，
测得值-
-理论值
- 2.53-（-2.5341）
理论值
2.5341
在位移量
x=4mm 时，
测得值-
-理论值
-1.7^（-1.7517）
=0.8%
= 0.16%
理论值
y=-1.7517 ，
y=-2.5341 ，
1.7517
0.67%
五思考题
入射光点大小对测量有什么影响？
答：在一定范围内，光点大小对测量结果影响不大，如果入射
光点过大，则会影响测量的灵敏度，同时接收器上可能会产生较大的
误差，导致少许的非线性误差
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