Вопросы к лабораторной работе № 3
1. В чем заключается явление фотопроводимости?
2. Объясните принцип работы фоторезистора. Где могут применяться фоторезисторы?
3. Какие основные достоинства и недостатки фоторезисторов.
4. Перечислить возможные механизмы фотопроводимости.
5. Какова роль поверхностной рекомбинации в явлении фотопроводимости?
6. Каков механизм образования фото-ЭДС при освещении p-n перехода?
7. Что такое инерционность фотодиодов и фотоэлементов?
8. Какие основные характеристики и параметры фотоэлементов и фотодиодов?
9. В чем отличие фотодиодного и фотогальванического режимов работы фотодиода?
10. Где используются полупроводниковые диоды?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Исследование барьерного фотоэффекта и снятие вольтамперной характеристики фотодиода
Цель работы:снять экспериментально вольт-амперные характеристики фотодиода диодной оптопары в генераторном и диодном режимах при нескольких значениях входного тока (освещённости).
Общие сведения и описание лабораторной установки
Барьерный или вентильный фотоэффект заключается в возбуждении ЭДС на границе раздела двух разнородных полупроводников под действием света. Для иллюстрации этого явления в данной работе используется диодная оптопара.
Диодная оптопара может работать в генераторном и фотодиодном режиме. Семейство вольтамперных характеристик при различных освещённостях показано на рис. 2.4.1. В генераторном режиме при облучении оптронного фотодиода в нём возникает генерация неосновных носителей заряда – пар электронов и дырок. Свободные электроны и дырки
|
|
разделяются электрическим полем перехода и заряжают р – область положительно, а п – область отрицательно. Потенциальный барьер р-n перехода уменьшается и на выходных зажимах оптрона появляется фото-ЭДС 0.7...0,8 В. В фотогенераторном режиме зависимость фото-ЭДС от интенсивности освещения (входного тока оптопары) нелинейна, так как фото-ЭДС не может превышать контактной разности потенциалов 0,5...0,8 В.
Если к фотодиоду приложено обратное напряжение больше 0,5 В, то электроны и дырки, генерированные излучением увеличивают обратный ток. Это фотодиодный режим. Величина обратного фототока практически линейно возрастает с увеличением силы света излучающего диода. В раОоте снимаются экспериментально вольтамперные характеристики фотодиода в генераторном и фотодиодном режимах при нескольких значениях входного тока (освещённости).
Принципиальная схема лабораторной установки показана на рис. 2.4.2, а схема соединений на рис. 2.4.3. Для изучения явления барьерного (вентильного) фотофотоэффекта в данной работе используется диодная оптопара (миниблок ЗОДЮ1Б). Для питания источника облучения используется регулируемый источник постоянного напряжения из блока генераторов напряжений. Для снятия вольтамперной характеристики используется USB осциллограф. Для этого к фотодиоду через сопротивление 1 кОм подводится синусоидальное напряжение от генератора. На вертикальный вход осциллографа (Канал2,У) подаётся сигнал с резистора 1 кОм, пропорциональный току, а на горизонтальный вход (Канал 1, Х)подаётся напряжение с фотодиода. Таким образом, на дисплее формируется кривая I(U). Для отображения вольтамперных характеристик как показано на рисунке 4.1 сигнал горизонтального канала X надо инвертировать.
|
|
Рисунок 4.1 – Вольтамперная характеристика
Рисунок 4.2 – Принципиальная схема для снятия вольтамперной характеристики фотодиода оптопары
Рисунок 4.3 – Схема соединений для снятия вольтамперной характеристики фотодиода оптопары
Таблица 4.1 – Перечень аппаратуры
Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
G1 | Однофазный источник питания | 218 | -220 В /16 А |
G2 | Блок генераторов напряжений с наборным полем | 213.2 | ±15 В, 0...+13 В, -0...12В, 0,2 Гц...200 кГц |
PP1 | Мультиметр | 1416 | Цифровой мультиметр MY60T |
A1 | Набор миниблоков «Электротехнические материалы» | 600.18.1 | Миниблоки «3ОДЮ1Б» и «Резистор 1 кОм» |
|
|
Указания по проведению эксперимента:
1. Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.
2. Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений (рисунок 4.3).При подключении осциллографа аттенюаторы пробников-делителей установите в положение xl. Для подключения пробников-делителей к цепи испольхзуйте подпружиненные штыри из комплекта аксессуаров.
3. Ручку регулирования выходного напряжения 0...15 В генератора постоянного напряжения G2 (213.2) поверните против часовой стрелки до упора.
4. На мультиметре выберите режим измерения постоянного напряжения 2 В.
5. Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.
6. Подключите кабель USB к осциллографу и к ноутбуку. При работающем компьютере подключайте кабель USBсначала к осциллографу, а затем, к ноутбуку.
7. Включите ноутбук и активизируйте программу осциллограф. (Ярлык DSO- 2090USB на рабочем столе).
8. Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжений G2. Включите питание мультиметра.
|
|
9. Осуществите холостой ход фотодиода в генераторном режиме. Для этого разомкните цепь фотодиода, вынув из гнёзд наборного поля имниблок «Резистор 1 кОм». Подайте ток в светодиод термопары, повернув ручку регулятора постоянного напряжения вправо. Пронаблюдайте на дисплее за появлением фотоЭДС по изменению показания вольтметра. Заметьте максимальное значение ЭДС при максимальном входном токе оптопары.
10. Вставьте на место миниблок «Резистор 1 кОм».
11. Установите частоту синусоидального сигнала 0,5 кГц и включите режим X-YиБВосциллографа, поставив метку в окне X-Y панели «EasyControl». Выведите изображение точки (при отсутствии входных сигналов) в центр экрана осциллографа.
12. Поверните регулятор амплитуды сигнала вправо до упора (максимальная амплитуда) и вращайте ручку регулятора
13. входного тока влево – вправо. Наблюдайте за изменением вольтамперной характеристики фотодиода.
14. Три характеристики (при нулевом входном токе среднем и максимальном) перерисуйте по точкам в отчёт (рисунок 4.4), либо сохраните соответствующие файлы.
15. Закройте окно виртуального осциллографа, нажав на кнопку х.
16. Закройте все окна и выключите ноутбук, используя кнопку «ПУСК».
17. Разберите цепь.
Рисунок 4.4 – Вольтамперные характеристики
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 667; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!