Nr ćwiczenia 5	Data 14.06.2007	Imię i nazwisko Tomasz Barczykowski	Wydział Elektryczny	Semestr IV	Grupa ćwiczeniowa E-1
Temat:Badanie parametrówstatycznych ogniwa fotoelektrycznego.			Przygotowanie	Wykonanie	Ocena ostateczna

Zagadnienia teoretyczne.

Ogniwo fotoelektryczne jest półprzewodnika źródło prądowe sterowane światłem. Wydajność ogniwa określa wyrażenie na jego fotoelektryczny prąd źródłowy
:

gdzie: S - czułość statyczna ogniwa,

E - natężenie oświetlenia na powierzchni światłoczułej ogniwa.

Rysunek 1 Schemat zastępczy fotoogniwa.

Występujące na zaciskach zewnętrznych
napięcie
oraz płynący w obwodzie zewnętrznym prąd
osiągają wartości uzależnione od wartości natężenia oświetlenia oraz rezystancji obciążenia
. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowy przebieg charakterystyki prądowo-napięciowej ogniwa.

I_Z = f(U_Z) | _Rz=const .

Rysunek 2 Charakterysryka prądowo-napięciowa fotoogniwa.

Szczególnymi wartościami U_Z i I_Z są odpowiednio:

• napięcie źródłowe U_E = U_zmax (dla R_Z = ∞),

• prąd zwarciowy I_zw = I_zmax (dla R_Z = 0).

Rezystancje
i
są nieliniowe i składają się na rezystancje wewnętrzną ogniwa
. W praktyce dla przeważającej liczby ogniw można przyjąć
, natomiast rezystancja równoległa
osiąga znaczne wartości w stanie ciemnym (E=0) i maleje w miarę oświetlenia i obciążenia ogniwa. W zależności od aktualnej wartości rezystancji
określona część
prądu fotoelektrycznego
zamyka się w obrębie struktury wewnętrznej ogniwa.

Obiekt badania i zakres ćwiczenia.

Pomiarowi podlegają wybrane parametry statyczne półprzewodnikowego ogniwa fotoelektrycznego. W czasie pomiarów wyznacza się następujące parametry ogniwa:

• czułość statyczną S,

• napięcie źródłowe U_E dla określonego E = const,

• optymalną w danych warunkach oświetlenia E = const wartość rezystancji R_zopt, dla której ogniwo posiada najwyższą sprawność, czyli największą moc wyjściową,

• rezystancję równoległą R_r w warunkach optymalnego obciążenia rezystancyjnego.

Przebieg ćwiczenia.

Schemat pomiarowy do badania ogniwa fotoelektrycznego.

l_k

U_{ZAS max} = 12 [V]

1)Pomiar napięcia Uz dla wybranych wartości natężenia oświetlenia i rezystancji obciążenia Rz.

Tabela pomiarowa.

Lp.	E	RZ	UZ	σ UZ	IZ	σ IZ
		[lx]	[Ω]	[mV]	[%]	[μA]	[%]
1	100	500	75	3,375	150	3,425
2	200			125	3,625	250	3,675
3	300			167	3,835	334	3,885
4	400			204	4,02	408	4,07
5	500			237	4,185	474	4,235
6	600			267	4,335	534	4,385
7	700			295	4,475	590	4,525
8	800			321	4,605	642	4,655
9	100		1000	152	3,76	152	3,81
10	200			250	4,25	250	4,3
11	300			328	4,64	328	4,69
12	400			375	4,875	375	4,925
13	500			397	4,985	397	5,035
14	600			409	5,045	409	5,095
15	700			418	5,09	418	5,14
16	800			424	5,12	424	5,17
17	100		5000	410	5,05	82	5,1
18	200			432	5,16	86,4	5,21
19	300			443	5,215	88,6	5,265
20	400			449	5,245	89,8	5,295
21	500			455	5,275	91	5,325
22	600			458	5,29	91,6	5,34
23	700			461	5,305	92,2	5,355
24	800			464	5,32	92,8	5,37

Przykładowe obliczenia.

Dla serii pomiarowej nr 1. Błąd R_Z:

Wzór:

Obliczenia:

Wzór:

Obliczenia:

Wzór:

Obliczenia:

Określenie czułości ogniwa fotoelektrycznego dla E1=550lx.

Wykres zależności:

2. Wyznaczenie przebiegu zależności E=f(U_zas):

Tabela pomiarowa.

L.P.
1	435	100	0,7174	2,6257
2	448	200	0,7179	2,6275
3	455	300	0,7182	2,6286
4	461	400	0,7184	2,6293
5	464	500	0,7186	2,6301
6	467	600	0,7186	2,6301
7	469	700	0,7187	2,6304
8	472	800	0,7188	2,6308

Przykładowe obliczenia.

Dla serii pomiarowej nr 1.

Wzór:

Obliczenia:

Wzór:

Obliczenia:

Wykres zależności:

3. Wyznaczenie mocy wyjściowej Pwy. Wyznaczenie optymalnej rezystancji Rzopt oraz sporządzenie charakterystyki Pwy=f(Rz)

Tabela pomiarowa.

L.P.
1	100	507,1	50,7	0,702	25,61	1,454
2	300	505,17	151	0,706	76,28	1,462
3	500	504,52	252	0,710	127,14	1,47
4	700	490,81	344	0,714	168,84	1,478
5	1000	403,05	403	0,716	162,43	1,482
6	1500	286,14	429	0,717	122,75	1,484
7	2000	219,67	439	0,718	96,44	1,486
8	3000	149,49	448	0,718	66,97	1,486
9	4000	113,18	453	0,718	51,27	1,486
10	5000	91,04	455	0,718	41,43	1,486

Obliczenie wartości rezystancji równoległej

Wykres zależności: Pwy=f(Rz).

4. Wyznaczenie wartości rezystancji
   dla
   .

Tabela pomiarowa.

L.P.
1	100	106	151	99	1070,7
2	200	177	253	187	946,5
3	300	237	339	321	738,3
4	400	287	410	470	610,6
5	500	330	471	629	524,6
6	600	364	520	801	455
7	700	387	553	987	392,1
8	800	402	574	1186	339

Spostrzeżenia i wnioski.

• Celem ćwiczenia było wyznaczenie wybranych parametrów statycznych ogniwa fotoelektrycznego OF typu BPYP 07.

• Wartość rezystancji równoległej osiąga znaczne wartości obciążenia w stanie ciemnym i maleje wraz ze wzrostem oświetlenia i obciążenia ogniwa.

• Skuteczność świetlna ogniwa fotoelektrycznego została wyznaczona na podstawie charakterystyk I_Z = f (E) poprzez poprowadzenie stycznej do tych wykresów. Wartość ta jest przybliżona i w dużej mierze zależy od jakości wykonanego wykresu.

• Jak wynika wykresach pomiarów przy wyznaczaniu R_r dla R_Zopt = 700 Ω, prąd zwarcia jest coraz większy wraz ze wzrostem natężenia oświetlenia.

• Na wykresach nie udało się zaznaczyć prostokątów błędów, ponieważ są one zbyt małe w stosunku do rozdzielczości wykresu.

• Na błędy pomiarowe miały wpływ niezerowe wartości rezystancji przewodów łączeniowych, niedokładne wartości parametrów rezystorów oraz same mierniki pomiarowe.

6

V

R_Z

VC

Kanał optyczny

Zasilacz

I_dop = 2,5 [A]

Źródło światła z radiatorem

OF

---