Описание лабораторной установки. Основой лабораторной установки является серийный прибор CHARACTERISCOPE-Z (типТР-4805), позволяющий снимать семейство вольтамперных характеристик (ВАХ) при

Основой лабораторной установки является серийный прибор CHARACTERISCOPE-Z (типТР-4805), позволяющий снимать семейство вольтамперных характеристик (ВАХ) при различных величинах светового потока.

На основе этих характеристик можно определить следующие параметры фотодиода:

- световую (энергетическую) характеристику в фотодиодном режиме;

- токовую чувствительность в фотодиодном режиме; зависимость тока короткого замыкания от светового потока в фотогальваническом режиме; зависимость напряжения холостого хода от светового потока в фотогальваническом режиме; оптимальное сопротивление нагрузки в фотогальваническом режиме; максимальную мощность, отдаваемую в нагруз­ку в фотогальваническом режиме.

Конструктивно фотодиод выполнен вместе со светоизлучателем в одном непрозрачном корпусе. В качестве светоизлучателя используется светодиод. К внешним электрическим цепям фотодиод и светоизлучатель подключаются тремя проводниками (один является выводом светодиода, второй – фотодиода, третий - общий).

Порядок проведения работы

Для исследования фотодиода необходимо собрать электрическую схему, показанную на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема подключения фотодиода и светодиода
к характериоскопу.

1. На приборе CHARACTERISCOPE установите ручки управления в сле­дующие положения:

- тумблер "OFF" в нейтральное положение;

- переключатель "НОR .VOLTS"в положение 0,1 В;

- переключатель "VERT. CURRENT "в положение (50 –100) мкА;

- - переключатель "BASE STEPS"в положение "6";

- тумблер "STEP POL"в положение ''+";

- кнопка "ONE CURVE"отжата;

- переключатель "STEP AMPLITUDE"в положение (5-10) мА.

2. Включите питание прибора ручкой "SCALE ILLUM"и установите удобный уровень освещенности шкалы. Время прогрева прибора не менее 5 минут.

3. После прогрева прибора (появление луча на экране) ручками "VERT.POS" и "HOR.POS"установите удобное положение начала координат ВАХ на экране прибора.

4. Тумблером "OFF"подключите фотодиод и светоизлучатель
к прибору.

5. Переключателями "VERT. CURRENT"и "STEP AMPLITUDE"установите удобный масштаб ВАХ по вертикали, соответствующий максимальному использованию экрана характериокопа. Ручкой "OFFSET”отрегулируйте положение начала координат для кривой семейства, соответствующей нулевому­ световому потоку Ф= 0 (до момента остановки).

6. Для регистрации прямых ветвей семейства ВАХ фотодиода пере­ключатель "COLLECTOR SUPPLY"установите в положение "-AC", для ре­гистрации обратных ветвей семейства - в положение "+AC".

Значения тока через светоизлучатель I₀ будут задаваться с ша­гом, соответствующим положению переключателя "STEP AMPLITUDE”.

Световой поток светоизлучателя определяется по формуле:

Ф = кI₀ ,

где к=100лм/мА; I₀ – ток через светоизлучаталь (светодиод).

7. Снимите семейство ВАХ фотодиода при Ф =const, сопрягая прямые и обратные ветви семейства, соответствующие одинаковым­ значениям светового потока Ф (см. рисунок 1.).

На семействе ВАХ фотодиодному режиму работы фотодиода соот­ветствует область "обратное напряжение - обратный ток" (Ш квад­рант).

8. Для фотодиодного режима выберите значения напряжения U_ОБР1 и графически постройте световую характеристику фотодиода I_ф =f(Ф) при U_ОБР = U_ОБР1(см. рисунок 2),гдеI_ф- фототок через фотодиод, совпадающий по на­правлению с I_ОБР(см. рисунок 1).

9. Для выбранной рабочей точки на световой характеристике
рассчитайте токовую чувствительность фотодиода S=ΔI_ф/ΔФ, (мкА/лм).

На семействе ВАХ фотогальваническому режиму работы фотодиода соответствует область "прямое напряжение - обратный ток" (IV квад­рант).

10. Для фотогальванического режима по ВАХ графически измерьте значения тока короткого замыкания в напряжения холостого хода фотодиода для различных значений светового потока и постройте графики I_КЗ= f(Ф) и U_ХХ = f(Ф) (см. рис. 2).

11. Для кривой семейства ВАХ, соответствующей максимальному световому потоку, рассчитайте положение оптимальной рабочей точки фотодиода. Критерием оптимальности является максимальная мощность, отдаваемая фотодиодом в нагрузку в фотогальваническом режиме. Для этого, перемещая положение точки А по ВАХ, соответствующей максимальной освещенности фотодиода (на рисунке 1 это соответствует
Ф = Ф4) и рассчитывая в каждой точке значения мощности Р= U_{ОБР *} I_ОБР, найдите максимальную мощность Р_макс, отдаваемую фотодиодом в нагрузку.

12. Для оптимальной рабочей точки рассчитайте оптимальное со­противление нагрузки R_{Н ОПТ}.Рассчитайте по ВАХ сопротивление

R = U_ХХ / I_КЗ и сравните его с R _{Н ОПТ} .

ОТЧЕТ

по лабораторной работе студент:

группа:

дата:

тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОДИОДОВ

1. Схема эксперимента.

2. Семейство вольт-амперных характеристик фотодиода.

1. Зависимости фототока I_ф, тока короткого замыкания I_кз и напряжения холостого хода U_хх от величины светового потока.

Токовая чувствительность фотодиода S=ΔI_ф/ΔФ=

1. Параметры оптимальной рабочей точки на ВАХ фотодиода.

Напряжение U_н=

Ток I_н=

Мощность P_н=U_н*I_н=

Сопротивление R_{н опт}=U_н/I_н=

Сравнение с R=U_хх/I_кз=