TOST - Badanie właściwości statycznych transoptora

CEL: Poznanie właściwości statycznych i podstawowych parametrów transoptora

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Pomiary właściwości statycznych transoptora

1.1. Oględziny

Dokonać oględzin transoptora, określając jego:

• oznaczenie,

• rodzaj fotoemitera i fotodetektora,

• topologię wyprowadzeń,

• typ obudowy.

Zapoznać się z danymi katalogowymi badanego transoptora.

UWAGA: Karta katalogowa transoptora znajduje się na końcu instrukcji.

1. Charakterystyka wejściowa

Zdjąć charakterystykę wejściową transoptora I_in=f(U_in) metodą punkt po punkcie w układzie pomiarowym jak na rys.1. Zmieniać za pomocą zasilacza DC1 wartość napięcia
i odczytywać wartość napięcia U_in (woltomierz V₁) oraz prądu I_in (amperomierz A₁). Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 1.

UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V₁ → 2V, amperomierz A₁ → 20 mA.

Rys.1. Schemat układu pomiarowego do badania charakterystyki wejściowej transoptora

Tabela 1. Charakterystyka wejściowa transoptora

Iin [mA]	0,0	0,1	0,3	0,5	1,0	5,0	10,0	14,0
Uin [V]	0,0

2. Charakterystyka wyjściowa

Zdjąć charakterystykę wyjściową transoptora I_out=f(U_out) przy I_in = const. w układzie pomiarowym jak na rys.2. Ustawić za pomocą zasilacza DC1 stałą wartość prądu I_in (amperomierz A₁) zgodnie z tabelą 2.. Zmieniać za pomocą zasilacza DC2 wartość napięcia wyjściowego U_out (woltomierz V₂) i odczytywać wartość prądu I_out (amperomierz A₂). Wyniki pomiarów zanotować w tabeli 2.

UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V₂→ 20V, amperomierz A₁ , A₂ → 20 mA.

Rys.2. Schemat układu pomiarowego do badania charakterystyki wyjściowej transoptora

Tabela 2. Charakterystyka wyjściowa transoptora

Iin	Uout [V]	0,0	0,1	0,3	0,5	1,0	5,0	10,0	14,0
5mA	Iout [mA]	0,0
10mA	Iout [mA]	0,0
14mA	Iout [mA]	0,0

3. Charakterystyka przenoszenia

Zdjąć charakterystykę prądową przenoszenia transoptora I_out=f(I_in) przy U_out = const. w układzie pomiarowym jak na rys.1. Zmieniać za pomocą zasilacza DC1, regulując napięcie U₁, wartość prądu wejściowego I_in (amperomierz A₁) i odczytywać wartość prądu wyjściowego I_out (amperomierz A₂) utrzymując w czasie pomiarów za pomocą zasilacza DC2 stałą wartość napięcia U_out (woltomierz V₂). Wyniki pomiarów zanotować w tabeli 3.

Tabela 3. Charakterystyka przenoszenia transoptora

Uout	Iin [mA]	0,0	0,5	1,0	3,0	5,0	7,0	10,0	14,0
5,0V	Iout [mA]
10,0V	Iout [mA]
15,0V	Iout [mA]

4. Prąd ciemny I₀

Zmierzyć prąd ciemny transoptora I₀ w układzie jak na rys.3. Odłączyć zasilacz DC1. Woltomierz V₂ włączyć przed amperomierzem A₂ od strony zasilacza DC2 (układ poprawnego pomiaru prądu). Amperomierz A₂ nastawić na najmniejszy zakres pomiarowy np. 20 μA. Za pomocą zasilacza DC2 nastawić U_out=10V (woltomierz V₂). Odczytać wartość prądu ciemnego transoptora I₀ (amperomierz A₂). Prąd ciemny I₀ jest prądem generacji termicznej fototranzystora. Wyniki zapisać w tabeli 4.

UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V₂→ 20V, amperomierz A₂ → 20 μA

Rys.3. Schemat układu do pomiaru prądu ciemnego I0 transoptora

Tabela 4. Prąd ciemny transoptora I₀

I0 [μA]

2. Obliczanie wybranych parametrów transoptora

1. Przekładnia stałoprądowa CTR

Na podstawie pomiarów charakterystyki przenoszenia transoptora zawartych w tab. 3 obliczyć wartość przekładni stałoprądowej procentowej CTR (α_%) ze wzoru

przy U_out = const.

Wyniki obliczeń zanotować w tabeli 5. Na ich podstawie wykreślić rodzinę charakterystyk przekładni stałoprądowej CTR α_%=f(I_in) przy U_out = const.

Tabela 5. Charakterystyka przekładni stałoprądowej CTR transoptora

Uout	Iin [mA]	0,0	0,5	1,0	3,0	5,0	7,0	10,0	15,0
5,0V	α% [%]
10,0V	α% [%]
15,0V	α% [%

2. Określenie rodzaju diody LED

Z tabeli 1 odczytać wartość napięcia wejściowego
dla prądu wejściowego I_in=10mA. Za pomocą tabeli 6 określić:

• Materiał, z którego zbudowana jest dioda elektroluminescencyjna LED,

• długość i barwę emitowanej fali elektromagnetycznej.

Odczytane parametry zapisać w tabeli 6.

Tabela 6. Właściwości diody LED transoptora

Uin [V]	Długość fali [nm]	Barwa	Materiał	Symbol
1,1...1,5	900	podczerwień	arsenek galu	GaAs
1,6...1,8	655	czerwona	arsenkofosforek galu	GaPAs
2,0...2,2	590	żółta
2,2...2,4	565	zielona	fosforek galu	GaP
3,0...5,0	490	niebieska	azotek galu	GaN
Badana dioda LED transoptora

Sprawozdanie

I. Część formalna:

1. temat ćwiczenia laboratoryjnego,

2. skład zespołu laboratoryjnego,

3. imię i nazwisko prowadzącego zajęcia,

4. data wykonania ćwiczenia.

II. Część pomiarowa:

1. schemat układu pomiarowego,

2. dane katalogowe statyczne fotoemitera i fotodetektora oraz transoptora,

3. schemat transoptora wraz z opisem wyprowadzeń ( z katalogu ),

4. wykaz przyrządów pomiarowych,

5. wyniki pomiarów zestawione w tabelach.

III. Część wynikowa:

1. charakterystyki badanego transoptora:

• wejściowa I_in = f(U_in),

• wyjściowa I_out = f(U_out),

• przejściowa I_out = f(I_in),

• przekładni stałoprądowej CTR α_%=f(I_out);

2. prąd ciemny I₀ i rodzaj diody LED transoptora,

3. oszacowanie dokładności stosowanych metod pomiarowych.

IV. Wnioski dotyczące:

• charakterystyk wejściowej, wyjściowej, przejściowej i przekładni CTR,

• porównania prądu ciemnego I₀ z danymi katalogowymi,

• porównania przekładni stałoprądowej CTR z danymi katalogowymi,

V. Karta pomiarowa z podpisem prowadzącego

Wymagania

• budowa i zasada działania transoptora,

• oznaczenia, rodzaje obudów i rozwiązania konstrukcyjne transoptorów,

• parametry statyczne charakterystyczne i graniczne:

• fotoemitera transoptora;

• fotodetektora transoptora;

• parametry transoptorów:

• przekładnia stałoprądowa CTR;

• napięcie przebicia między wejściem, a wyjściem transoptora;

• rezystancja wejściowa i wyjściowa;

• separacja galwaniczna,

• uszkodzenia i sprawdzanie poprawności działania transoptorów,

• proste obliczenia dotyczące::

• rozpływu prądów i napięć transoptorów;

• parametrów transoptorów z wykorzystaniem danych katalogowych;

• zastosowanie transoptorów,

• prądy ciemne w elementach optoelektronicznych,

• budowa, zasada działania oraz parametry charakterystyczne fotoemiterów:

• diody elektroluminescencyjnej LED;

• diody laserowej LD;

• charakterystyka widmowa i przestrzenna promieniowania fotoemiterów,

• obliczenia związane z parametrami fotoemiterów,

• zastosowanie fotoemiterów,

• znajomość układów pomiarowych z ćwiczenia TOST.

Literatura

1. Świt A., Półtorak J.: „Przyrządy półprzewodnikowe” (rozdz.16). Warszawa, WNT 1979.

2. Polowczyk M.: „Elementy i układy optoelektroniczne”

3. Rusek M., Pasierbiński J.: „Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach” (rozdz. 5). Warszawa, WNT 1991.

4. Katalogi firmowe fotoemiterów, fotodetektorów i transoptorów.

5. Instrukcja do ćwiczenia TOST. Strona internetowa www.semi.ps.pl

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Zakład Telekomunikacji Optycznej i Fotoniki - Politechnika Szczecińska

TOST - Badanie właściwości statycznych transoptora

dr inż. Mirosław Puc © e-mail: [e-mail]

---