Politechnika Śląska, Gliwice, wydz. Elektryczny

Elektrotechnika sem. III gr. 1 sekcja 9

Laboratorium podstaw elektroniki

Temat ćwiczenia: Elementy optoelektroniczne.

Piotr Brzoza

Zbigniew Gawron

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami półprzewodnikowych elementów optoelektronicznych, oraz obserwacja wpływu promieniowania świetlnego na ich charakterystyki prądowo-napęciowe.

2. Program ćwiczenia

1. Fototranzystor

-Dokonaliśmy pomiaru rezystancji w funkcji natężenia promieniowania

-Dokonaliśmy pomiaru napięcia i natężenia prądu dla czterech wartości natężenia promieniowania

2. Fotodioda

-Dokonaliśmy pomiaru napięcia i natężenia prądu dla czterech wartości natężenia promieniowania

3. Fototranzystor

-Dokonaliśmy pomiaru napięcia i natężenia prądu dla czterech wartości natężenia promieniowania

4. Transoptor

-Dokonaliśmy pomiaru napięcia i natężenia prądu dla dwóch wartości napięcia U_CE

3. Schematy pomiarowe

1. Fotorezystor

2. Fotodioda

3. Fototranzystor

4. Transoptor

4. Tabele pomiarowe

1. Fotorezystor

E	R
[Lx]	[kΩ]
3	1070
7	37,6
21	16
37	10,3
57	8,3
76	6,8
145	2,4
228	2,1
311	1,9
342	1,9

E=7[Lx]		E=22[Lx]		E=61[Lx]		E=243[Lx]
U	I	U	I	U	I	U	I
[V]	[mA]	[V]	[mA]	[V]	[mA]	[V]	[mA]
0	0	0	0	0	0	0	0
1	0,02	1	0,06	1	0,11	1	0,46
2	0,05	2	0,12	2	0,23	2	0,93
3	0,07	3	0,18	3	0,34	3	1,4
4	0,1	4	0,24	4	0,46	4	1,88
5	0,13	5	0,3	5	0,58	5	2,35
6	0,15	6	0,36	6	0,7	6	2,82
8	0,21	8	0,48	8	0,93	8	3,77
10,5	0,27	10,5	0,63	10,5	1,23	10,4	4,9

2. Fotodioda

E=8[Lx]		E=23[Lx]		E=62[Lx]		E=253[Lx]
U	I	U	I	U	I	U	I
[V]	[mA]	[V]	[mA]	[V]	[mA]	[V]	[mA]
0	0	0	0,002	0	0,005	0	0,043
1	0,001	1	0,002	1	0,005	1	0,044
2	0,001	2	0,002	2	0,006	2	0,044
3	0,001	3	0,002	3	0,006	3	0,044
4	0,001	4	0,002	4	0,006	4	0,045
5	0,001	5	0,002	5	0,006	5	0,045
6	0,001	6	0,003	6	0,006	6	0,045
7	0,001	7	0,003	7	0,006	7	0,045
8	0,001	8	0,003	8	0,006	8	0,045
9	0,002	9	0,003	9	0,006	9	0,046
10,5	0,002	10	0,003	10	0,006	10	0,046

3. Fototranzystor

E=8[Lx]		E=23[Lx]		E=61[Lx]		E=254[Lx]
U	I	U	I	U	I	U	I
[V]	[mA]	[V]	[mA]	[V]	[mA]	[V]	[mA]
0	0	0	0	0	0	0	0
0,1	0,001	0,1	0,004	0,05	0,002	0,05	0,011
0,15	0,008	0,15	0,025	0,1	0,014	0,1	0,191
0,2	0,023	0,2	0,074	0,15	0,08	0,15	0,384
0,25	0,03	0,25	0,108	0,2	0,21	0,2	0,88
0,3	0,032	0,3	0,112	0,25	0,312	0,25	1,233
0,5	0,032	0,35	0,114	0,3	0,33	0,3	1,369
1	0,032	0,6	0,115	0,35	0,335	0,35	1,442
1,5	0,033	1	0,115	0,5	0,337	0,4	1,499
2,5	0,033	1,5	0,116	0,7	0,338	0,45	1,556
5	0,034	2	0,117	1	0,34	0,5	1,595
7,5	0,034	5	0,119	2,5	0,345	0,55	1,623
9	0,035	9	0,122	5	0,351	0,6	1,653
				10	0,36	0,65	1,669
						0,7	1,68
						0,75	1,688
						0,8	1,69
						2	1,718
						5	1,767
						10	1,82

4. Transoptor

Uce=3V		Uce=10V
Io	Ii	Io	Ii
[mA]	[mA]	[mA]	[mA]
0	0	0	0
0,006	0,1	0	0,1
0,11	0,5	0,02	0,2
0,334	1	0,11	0,5
0,62	1,5	0,34	1
0,942	2	0,63	1,5
1,28	2,5	0,97	2
3,28	5	1,75	3
5,07	7	2,61	4
7,51	9,58	3,54	5
		4,52	6
		4,96	6,41

5. Charakterystyki i obliczenia

Czułość fotodiody

Przy wartości napięcia zasilani U=3[V]

Czułość fotranzystora

Przy wartości napięcia zasilani U=5[V]

Przekładnia prądowa:

Statyczna

Dynamiczna

Uce=3V				Uce=10V
Io	Ii	N	η	Io	Ii	N	η
[mA]	[mA]	[-]	[-]	[mA]	[mA]	[-]	[-]
0	0	0	-	0	0	0	-
0,006	0,1	0,06	0,06	0	0,1	0	0
0,11	0,5	0,22	0,26	0,02	0,2	0,1	0,2
0,334	1	0,334	0,448	0,11	0,5	0,22	0,3
0,62	1,5	0,413333	0,572	0,34	1	0,34	0,46
0,942	2	0,471	0,644	0,63	1,5	0,42	0,58
1,28	2,5	0,512	0,676	0,97	2	0,485	0,68
3,28	5	0,656	0,8	1,75	3	0,583333	0,78
5,07	7	0,724286	0,895	2,61	4	0,6525	0,86
7,51	9,58	0,783925	0,945736	3,54	5	0,708	0,93
				4,52	6	0,753333	0,98
				4,96	6,41	0,773791	1,073171

5. Wnioski

1. Fotorezystor

Wzrost natężenia promieniowania E powoduje zmniejszanie się wartości rezystancji. Im wyższe natężenie promieniowania tym większe natężenie prądu przy tych samych wartościach napięcia.

2. Fotodioda

Wzrost natężenia promieniowania E powoduje proporcjonalny wzrost prądu fotoelektrycznego mającego kierunek prądu wstecznego złącza półprzewodnikowego. Czułość fotodiody użytej w ćwiczeniu wynosi:

3. Fototranzystor

Wzrost natężenia promieniowania E powoduje wzrost natężenia prądu kolektora, a więc promieniowanie działa sterująco jak prąd bazy w tranzystorze bipolarnym. Czułość fototranzystora użytego w ćwiczeniu wynosi:

4. Transoptor

Zmiana napięcia Uce powoduje zmianę nachylenia charakterystyki. Charakterystyki przekładni prądowej zarówno statycznej jak i dynamicznej są silnie nieliniowe i dążą do wartości N=η=1 .