ELEKTRONIKA – LABORATORIUM

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Temat ćwiczenia: Elementy optoelektroniczne i ich zastosowania (ćw. 3)

Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z budową, charakterystyką i właściwościami fotorezystora, diod LED,

transoptora oraz łącza światłowodowego.

Mechatronika

Grupa IV zespół 3

Jakub Michałka
Piotr Ostrowski

Damian Szypulski

Michał Tobolewski

Witold Zieliński

1. Przebieg ćwiczenia:

Na początku zajęć zespół zajął się badaniem diod elektroluminescencyjnych i fotorezystora według
układu przedstawionego w skrypcie. Zmieniano ustawienie potencjometru w całym zakresie
rezystancji, a następnie zmierzono prądy i napięcia w układzie. W trakcie badań fotorezystora
dokonano trzech pomiarów: w stanie ciemnym (zasłoniliśmy fotorezystor palcem), przy oświetleniu
naturalnym oraz przy oświetleniu skupionym (oświetliliśmy fotorezystor latarką). Następnie
obliczono rezystancję dla każdego przypadku.

Drugą częścią ćwiczenia było badanie własności statycznych transoptorów i łącza światłowodowego.
Ponownie w trakcie zmian ustawienia potencjometru w zakresie zmian rezystancji zmierzono prądy i
napięcia obwodu wejściowego i wyjściowego badanego elementu. W układzie wyznaczyliśmy
charakterystyki: I

wy

=f(I

we

) oraz U

wy

=f(U

we

).

Ostatnim zadaniem było zbadanie własności dynamicznych transoptorów i łącza światłowodowego,
przeprowadzone przy skrajnym położeniu potencjometru, przy którym prąd osiąga największą
wartość. W generatorze ustawiono prostokątny przebieg napięcia wyjściowego. Zmieniając
częstotliwość obserwowaliśmy przebieg sygnału wejściowego układu oraz przebieg napięcia
wyjściowego. Określiliśmy opóźnienie sygnału wyjściowego względem wejściowego dla obydwu
zboczy (wznoszenia i opadania). Dla badanego transoptora wyznaczyliśmy częstotliwość, przy
których sygnał był w znacznym stopniu tracony.

2. Schemat obwodu:

3. Wyniki pomiarów:

Dla pomiarów własności diod podkreślone wyniki oznaczają punkty, w których dioda zaczynała emitować
światło, natomiast pogrubione wyniki – punkty, w których dioda świeciła z nominalną jasnością.

a) Zielona dioda LED (HB8A-438ABCA)

U [V]

1,800 1,825 1,845 1,861 1,874 1,886 1,897 1,907 1,916 1,924 1,933 1,940

I [mA]

0,3

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

1,952 1,962 1,976 1,999 2,013 2,062 2,086 2,148 2,226
2,81

3,1

3,5

4,0

4,74

6,56

7,48

10,05 13,47

Moc w punkcie, w którym dioda zaczyna świecić:

Moc w punkcie, w którym dioda świeci wyraźnie:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

N

atę

żeni

e

[mA]

Napięcie [V]

Charakterystyka I=f(U)

I=f(U)

b) Żółta dioda LED (HB3B-143)

U [V]

1,714 1,737 1,755 1,767 1,778 1,788 1,796 1,805 1,812 1,818 1,824 1,831

I [mA]

0,31

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

1,839 1,847 1,856 1,867 1,881 1,913 1,928 1,967

2,023

2,82

3,11

3,5

4,0

4,75

6,55

7,53

10,18

14,53

Moc w punkcie, w którym dioda zaczyna świecić:

Moc w punkcie, w którym dioda świeci wyraźnie:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

N

atę

żeni

e

[mA]

Napięcie [V]

Charakterystyka I=f(U)

I=f(U)

c) Biała dioda LED (DLC2-6SRD)

U [V]

2,451 2,480 2,511 2,543 2,570 2,591 2,609 2,628 2,646 2,662 2,673 2,685

I [mA]

0,24

0,35

0,5

0,7

0,91

1,1

1,29

1,51

1,75

1,98

2,14

2,33

2,697 2,713 2,727 2,746 2,766 2,792 2,850 2,877 2,936
2,54

2,84

3,12

3,55

4,02

4,72

6,54

7,54

10,08

Moc w punkcie, w którym dioda zaczyna świecić:

Moc w punkcie, w którym dioda świeci wyraźnie:

d) Czerwona dioda LED (L-113YDT)

Dla diody czerwonej dokonano tylko pomiaru wizualnego. Zaobserwowano, że dioda w całym
zakresie zmian rezystancji nie świeci z jasnością uznaną na nominalną.

e) Fotorezystor (M996011A)

Rodzaj oświetlenia

I [mA] U [V] R=U/I [kΩ]

Brak oświetlenia

1,22

4,739 3,884

Światło naturalne

9,6

3,020 0,315

Światło sztuczne (latarka) 21,32 0,573 0,0269

0

2

4

6

8

10

12

N

atę

żeni

e

[mA]

Napięcie [V]

Charakterystyka I=f(U)

I=f(U)

f) Światłowód (HFBR-1521 – HFBR-2521)

I

we

[mA]

0,34

0,50

0,70

0,90

1,10

1,30

1,49

1,71

1,91

2,12

2,30

2,50

U

we

[V]

1,486 1,500 1,512 1,520 1,527 1,532 1,537 1,541 1,545 1,548 1,550 1,553

I

wy

[mA]

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

U

wy

[V]

5,014 5,014 5,014 5,014 5,014 5,014 5,014 5,014 5,014 5,014 5,014 5,014

2,82

3,10

3,52

4,02

4,72

5,56

5,77

5,91

6,03

6,14

6,31

6,63

7,00

7,32

1,557 1,560 1,564 1,568 1,573 1,577 1,578 1,579 1,579 1580

1,581 1,582 1,584 1,585

0

0

0

0,01

0,04

0,5

0,97

1,52

2,1

2,53

3,06

4,00

5,20

6,13

5,014 5,014 5,014 5,01

4,980 4,640 4,310 3,91

3,520 3,189 2,800 2,130 1,260 0,604

7,85

10,18 12,0

14,96 18,14 20,99 24,88 28,23 33,25 37,95 44,18

1,587 1,594 1,600 1,606 1,611 1,616 1,621 1,624 1,629 1,633 1,638
6,34

6,44

6,46

6,48

6,50

6,50

6,50

6,50

6,50

6,50

6,50

0,456 0,388 0,371 0,359 0,353 0,350 0,346 0,345 0,340 0,342 0,341

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

1

2

3

4

5

6

7

Napięcie U

we

N

atę

żeni

e

I

we

N

atę

żeni

e

I

wy

Napięcie U

wy

Charakterystyka I

we

=f(U

we

) oraz I

wy

=f(U

wy

)

Iwy=f(Uwy)

Iwe=f(Uwe)

0

1

2

3

4

5

6

7

N

atę

żeni

e

I

wy

Natężenie I

we

Charakterystyka I

wy

=f(I

we

)

Iwy=f(Iwe)

0

1

2

3

4

5

6

N

ap

ięcie

U

wy

Napięcie U

we

Charakterystyka U

wy

=f(U

we

)

Uwy=f(Uwe)

g) Badanie właściwości statycznych: Transoptor (6N137)

Podczas badania transoptora zwarto połączenia: JP1-1 i JP2-2

I

we

[mA]

0,36

0,50

0,69

1,10

1,31

1,47

1,6

1,87

2,44

3,7

5,06

6,81

U

we

[V]

1,256 1,268 1,279 1,288 1,295 1,305 1,296 1,313 1,323 1,339 1,353 1,366

I

wy

[mA]

0

0,01

0,02

0,07

0,21

0,65

1,02

1,590 3,75

4,90

6,00

6,48

U

wy

[V]

5,010 5,010 4,995 4,961 4,861 4,543 4,283 3,563 2,300 1,470 0,706 0,364

8,01

10,38 12,63 15,68 18,56 20,68 25,69 31,85 38,52 44,43

1,374 1,389 1,400 1,415 1,428 1,436 1,457 1,480 1,503 1,524
6,56

6,60

6,61

6,62

6,63

6,63

6,62

6,63

6,62

6,62

0,306 0,282 0,273 0,267 0,262 0,261 0,260 0,261 0,262 0,260

1,256

1,26

8

1,279

1,288

1,295

1,305

1,296

1,313

1,323

1,339

1,353

1,366

1,374

1,389

1,4

1,415

1,428

1,436

1,457

1,48

1,50

3

1,524

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

1

2

3

4

5

6

7

5,01

5,01

4,995

4,961

4,861

4,543

4,283

3,563

2,3

1,47

0,706

0,364

0,306

0,282

0,273

0,267

0,262

0,261

0,26

0,261

0,26

2

0,26

Napięcie U

wy

N

atę

żeni

e

I

wy

N

atę

żeni

e

I

wy

Napięcie U

wy

Charakterystyka I

we

=f(U

we

) oraz I

wy

=f(U

wy

)

Iwy=f(Uwy)

Iwe=f(Uwe)

0

1

2

3

4

5

6

7

0,36

0,5

0,69

1,1

1,31

1,47

1,6

1,87

2,44

3,7

5,06

6,81

8,01

10,38

12

,63

15,68

18,56

20,68

25,69

31,85

38,52

44,43

N

atę

żeni

e

I

wy

Natężenie I

we

Charakterystyka I

wy

=f(I

we

)

Iwy=f(Iwe)

0

1

2

3

4

5

6

1,256

1,268

1,279

1,288

1,295

1,305

1,296

1,313

1,323

1,339

1,353

1,366

1,374

1,389

1,4

1,415

1,428

1,436

1,457

1,48

1,503

1,524

N

ap

ięcie

U

wy

Napięcie U

we

Charakterystyka U

wy

=f(U

we

)

Uwy=f(Uwe)

h) Badanie właściwości dynamicznych: Transoptor (6N137)

Powyżej przedstawiono wykres napięcia transoptora od czasu, przy częstotliwości 350kHz dla której znaczna

część sygnału jest tracona. Opóźnienie narastania krzywej wynosi 375ns, a opadania 300ns.

4. Wnioski.

Wszystkie diody wykazują bardzo zbliżoną do siebie (wręcz identyczną) charakterystykę napięcia od
natężenia. Zgodnie z oczekiwaniami, początkowe wartości napięcia powodowały niewielki wzrost
natężenia, a przekroczenie pewnej granicy napięcia powodowało gwałtowny wzrost natężenia.

Fotorezystor przy braku oświetlenia przewodzi najmniejszy prąd, a przy oświetleniu skupionym (latarka)
największy, jego rezystancja zależy od padającego na nań światła.

Właściwości statyczne transoptora i światłowodu również są do siebie podobne, różnią się wartością
napięcia, przy której następuje wzrost natężenia wyjściowego. Połączenie optoelektryczne między
nadajnikiem a odbiornikiem jest zauważalne dopiero przy pewnej wartości natężenia, dla której element
emitujący daje wyraźne światło. Ilość światła emitowanego przez diodę LED jest proporcjonalna do jej
prądu, a prąd fototranzystora jest proporcjonalny do ilości odbieranego światła.