LABORATORIUM OPTOELEKTRONIKI
Natalia Tekiela Wojciech Siwicki	Ćwiczenie 9: Detektory optoelektroniczne.	Data wykonania 6.V.1999 r.

1. Wstęp.

Zadaniem, którym zajmowaliśmy się na ostatnim w naszym życiu laboratorium z optoelektroniki, były detektory optoelektroniczne. Podczas ćwiczenia badaliśmy fotodetektory, czyli elementy umożliwiające zamianę strumienia świetlnego na prąd elektryczny. Zjawisko to nazwane zostało procesem fotodetekcji polegającym na optycznej absorpcji fotonów w materiale półprzewodnikowym. W wyniku tego procesu powstaje prąd zwany fotoprądem lub na okładkach fotodetektora napięcie fotowoltaiczne.

2. Obliczenia.

Zadaniem naszym było wykreślenie następujących charakterystyk:

- zmiany rezystancji fotorezystora od oświetlenia (rysunek 1)

- U/I fotodiody dla różnych wielkości oświetlenia (rysunek 2)

- prądu fototranzystora I_C od oświetlenia (rysunek 3).

Na podstawie pomiarów, które przeprowadziliśmy w laboratorium należało m.in. obliczyć rezystancję wewnętrzną fotoogniwa w funkcji oświetlenia. Zależność ta została przedstawiona na wykresie (rysunek 4). Skorzystaliśmy z następującego wzoru:

przykładowe obliczenia:

Wszystkie wyżej wymienione charakterystyki zostały dołączone do sprawozdania.

3. Wnioski.

Fotorezystory są to elementy światłoczułe, w których pod wpływem oświetlenia następuje zmiana przewodności. Fotorezystory wykonywane są z jednego półprzewodnika w postaci rezystora. Dzięki występującemu tutaj zjawisku fotoelektrycznemu wewnętrznemu, rezystancja takiego elementu maleje, gdy pada na niego strumień fotonów. Zachowanie to potwierdzają nasze pomiary dokonane w laboratorium, gdzie rezystancja opada w sposób wykładniczy wraz ze wzrostem oświetlenia.

Fotodiody to elementy półprzewodnikowe z pojedynczym złączem p-n spolaryzowanym zaporowo przez zewnętrzne źródło zasilania, w którym pod wpływem oświetlenia wzrasta prąd wsteczny. Obszar pracy fotodiody wypada w III ćwiartce charakterystyki I-U złącza p-n. Przy braku oświetlenia charakterystyka I-U wygląda identycznie jak w zwykłej diodzie.

Z naszych rysunków można zauważyć, że I ćwiartka praktycznie nie zależy od oświetlenia, natomiast III zmienia się i to znacznie. Gdy zwiększaliśmy natężenie oświetlenia prąd fotoelektryczny malał.

Fototranzystor jest to element półprzewodnikowy z dwoma złączami p-n, przeznaczony do detekcji promieniowania optycznego, działający tak jak konwencjonalny tranzystor, z tą tylko różnicą, że prąd kolektora zależy od natężenia oświetlającego go promieniowania, a nie od prądu bazy.

W naszym przypadku otrzymaliśmy liniową zależność prądu kolektora od oświetlenia. Spowodowane jest to małymi natężeniami oświetlenia, które wykorzystywaliśmy w laboratorium (8 - 35
).

Fotoogniwo to element półprzewodnikowy z pojedynczym złączem p-n, w którym pod wpływem oświetlenia wytwarzana jest siła elektromotoryczna. Fotoogniwo pracuje bez dodatkowego zewnętrznego napięcia polaryzującego, czyli obszar jego pracy przypada na IV ćwiartką charakterystyki I-U złącza p-n.

Z naszych pomiarów wynika, iż rezystancja wewnętrzna fotoogniwa wykładniczo maleje ze wzrostem oświetlenia, a to pociąga za sobą wzrost prądu.

Z obserwacji odpowiedzi impulsowej elementów optoelektronicznych zauważyliśmy, że najszybszym elementem jest fotodioda, następny jest fototranzystor, zaś najwolniejszy fotorezystor. Fototranzystor jest jednak bardziej czuły niż dioda. Okupione jest to jednak prędkością działania oraz niższym napięciem między złączami. W praktyce dość często nie jest ważna prędkość działania tylko czułość elementów, w takim przypadku używa się fototranzystora zamiast fotodiody.

---