Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 6a

Transkrypt

1 Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 6a Temat: Charakterystyki i parametry półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych. Cel ćwiczenia: Zapoznać z budową, zasadą działania, charakterystykami i parametrami wybranych półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych. I. Wymagany zasób wiadomości. Do poprawnego wykonania ćwiczenia niezbędne jest opanowanie wiadomości na temat: 1. Absorbcja i emisja promieniowania świetlnego w półprzewodniku. 2. Zewnętrzne i wewnętrzne zjawisko fotoelektryczne. 3. Energetyczne modele pasmowe półprzewodników w funkcji wektora falowego. 4. Podział półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych. 5. Fotodetektory i fotoogniwa. 6. Źródła światła i wskaźniki optoelektroniczne. 7. Właściwości elektryczne, charakterystyki prądowo-napięciowe: fotorezystora, fotodiody, fotoogniwa, fototranzystora. II. Wykonanie ćwiczenia. Na stanowisku laboratoryjnym znajduje się przystawka służąca do pomiaru charakterystyk statycznych dyskretnych półprzewodnikowych elementów optoelektronicznych. Podczas ćwiczenia dokonywane są pomiary charakterystyk prądowo-napięciowych diod elektroluminescencyjnych oraz badania wpływu oświetlenia na charakterystyki fotorezystora, fotodiody, fotoogniwa i fototranzystora. 1. Pomiar charakterystyk statycznych diod elektroluminescencyjnejnych. 1

2 Pomiaru charakterystyk statycznych diod elektroluminescencyjnych dokonuje się w układzie pomiarowym, którego schemat przedstawiony jest na rys. 1. Przed wykonywaniem pomiarów podłączyć zasilania +15 V do zacisków wejściowych przystawki. Rys. 1. Schemat elektryczny układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk statycznych diod elektroluminescencyjnych Pomiar charakterystyk w kierunku przewodzenia. 1. Ustawić przełącznik polaryzacji w położeniu do pomiarów w kierunku przewodzenia. 2. Wcisnąć przełącznik wybierający diodę przeznaczoną do pomiarów. 3. Podłączyć przyrządy pomiarowe w miejscach oznaczonych na płycie czołowej. 4. Dla zakresu napięcia U F od zera do wartości przy której płynie prąd I Fmax, zdjąć charakterystykę statyczną I F = f(u F ). 5. W ten sam sposób pomierzyć charakterystykę następnej diody elektroluminescencyjnej. 2. Pomiar charakterystyk statycznych fotorezystora. Pomiaru charakterystyk statycznych fotorezystora dokonuje się w układzie pomiarowym którego schemat przedstawiony jest na rys. 2. 2

3 W czasie wykonywania pomiarów element badany powinien znajdować się w układzie optycznym. Rys. 2. Schemat elektryczny układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk fotorezystora Pomiar charakterystyk statycznych. 1. Podłączyć żarówkę do regulatora źródła światła. 2. Badany fotorezystor dołączyć do układu pomiarowego. 4. Dla wartości napięcia U od U = 0 V do wartości, przy której spełniona będzie zależność I U < P Max (praktycznie I 10 ma, U 5 V) zdjąć charakterystykę I = f(u), przy E v const dla kilku wybranych wartości natężenia oświetlenia Pomiar charakterystyk sterowania. 1. Podłączyć żarówkę do regulatora źródła światła. 2. Badany fotorezystor dołączyć do układu pomiarowego. 4. Dla wartości natężenia oświetlenia E ν od E ν = 0 lx do wartości, przy której spełniona jest zależność I U<P Max (praktycznie I 10 ma, U 5 V) zdjąć charakterystykę I= f(e ν ), dla wybranych wartości napięcia (np. U = 1 V i U = 5 V). 3. Pomiar charakterystyk statycznych fotodiody w układzie fotoogniwa. Pomiar charakterystyk statycznych fotoogniwa dokonuje się w układzie pomiarowym, którego schemat przedstawiony jest na rys. 3. 3

4 W czasie wykonywania pomiarów element badany powinien znajdować się w układzie optycznym. Rys. 3. Schemat elektryczny układu pomiarowego do wyznaczania parametrów fotoogniwa Pomiar charakterystyk sterowania. 2. Badane fotoogniwo dołączyć do układu pomiarowego. 4. Dla wartości natężenia oświetlenia E ν od 0 lx do 10 klx, zdjąć charakterystykę I P = f(e ν ) przy R = const. dla wybranych wartości R (w tym R= 0 i R= ) Pomiar charakterystyk obciążenia. 2. Badane fotoogniwo dołączyć do układu pomiarowego. 4. Dla kilku wybranych wartości E ν zdjąć charakterystykę obciążenia I P = f(r) przy E ν = const. 4. Pomiar charakterystyk statycznych fotodiody. Pomiaru charakterystyk fotodiody dokonuje się w układzie pomiarowym, którego schemat przedstawiony jest na rys Pomiar charakterystyk statycznych. 2. Badaną fotodiodę dołączyć do układu pomiarowego. 4

5 4. Dla kilku wartości natężenia oświetlenia E ν (w tym dla E ν =0 lx), zdjąć charakterystykę statyczną fotodiody I R = f(u R ) przy E ν = const. w zakresie napięć U R od zera do wartości przy której spełniona jest zależność IR UR < Pa d (praktycznie U 10 R V ) W czasie wykonywania pomiarów element badany powinien znajdować się w układzie optycznym. Rys. 4. Schemat elektryczny układu pomiarowego do wyznaczania parametrów fotodiody Pomiar charakterystyk sterowania. 2. Badaną fotodiodę dołączyć do układu pomiarowego. 4. Dla kilku wartości U R zdjąć charakterystykę sterowania fotodiody I R = f(e ν ) przy U R = const. 5. Pomiar charakterystyk statycznych fototranzystora. Pomiaru charakterystyk fototranzystora dokonuje się w układzie pomiarowym którego schemat przedstawiony jest na rys. 5. Rys. 5. Schemat elektryczny układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk fototranzystora. 5

6 W czasie wykonywania pomiarów element badany powinien znajdować się w układzie optycznym Pomiar charakterystyk statycznych. 2. Badany fototranzystor dołączyć do układu pomiarowego. 4. Przełącznik obciążenia ustawić w wybranym położeniu (np. bez obciążenia). 5. Dla kilku wartości natężenia oświetlenia E ν (w tym dla E ν = 0 lx), zdjąć charakterystyki statyczne fototranzystora I C = f(u CE ) przy E ν =const. (U CE 5V, I C 10 ma) Pomiar charakterystyk sterowania. 2. Badany fototranzystor dołączyć do układu pomiarowego. 4. Przełącznik obciążenia ustawić w wybranym położeniu (np. bez obciążenia). 5. Dla kilku wartości U CE zdjąć rodzinę charakterystyk sterowania I C = f(e ν ) przy U CE = const. (U CE 5 V, I C 10 ma) Pomiar charakterystyk roboczych. 2. Badany fototranzystor dołączyć do układu pomiarowego. 4. Dla wybranej wartości napięcia zasilania U CC i stałych wartości rezystancji obciążenia R L zdjąć rodzinę charakterystyk roboczych fototranzystora, I C = f(e ν ) przy U CC = const. i rezystancji obciążenia R L = R 1, R 2, R 3, przy U CE 5V oraz I C 10mA. III. Opracowanie wyników. 1. Wykreślić charakterystyki I F = f(u F ) dla kilku diod o różnych barwach świecenia. 2. Wykreślić rodzinę charakterystyk I = f(u) fotorezystora. 3. Na podstawie charakterystyk statycznych obliczyć rezystancję R fotorezystora, przy kolejnych wartościach natężenia oświetlenia E ν. 6

7 4. Wykreślić charakterystyki sterowania I = f(e ν ) zbadanego fotorezystora. 5. Wykreślić rodzinę charakterystyk sterowania zbadanego fotoogniwa I P = f(e ν ). 6. Wykreślić rodzinę charakterystyk obciążenia I P = (R) zbadanego fotoogniwa. 7. Wykreślić rodzinę charakterystyk I R = f(u R ) fotodiody. 8. Korzystając z charakterystyk statycznych wyznaczyć statyczną czułość fotodiody. 9. Wykreślić rodzinę charakterystyk sterowania I R = f(e ν ) zbadanej fotodiody. 10. Wykreślić rodzinę charakterystyk wyjściowych zbadanego fototranzystora I C = f(u CE ). 11. Wykreślić rodzinę charakterystyk sterowania zbadanego fototranzystora I C = f(e ν ). 12. Korzystając z charakterystyk sterowania wyznaczyć czułość zbadanego fototranzystora. 13. Wykreślić rodzinę charakterystyk roboczych fototranzystora I C = f(e ν ). 7