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.

1. Schemat obwodu:

1. 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.

1. 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: P = 1, 8V • 0, 3mA = 0, 54mW

Moc w punkcie, w którym dioda świeci wyraźnie: P = 1, 962V • 3, 1mA = 6, 0822mW

1. 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: P = 1, 778V • 1, 1mA = 1, 9558mW

Moc w punkcie, w którym dioda świeci wyraźnie: P = 1, 967V • 10, 18mA = 20, 02406mW

1. 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: P = 2, 451V • 0, 24mA = 0, 58824mW

Moc w punkcie, w którym dioda świeci wyraźnie: P = 2, 766V • 4, 02mA = 11, 11932mW

1. 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.

1. 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

1. Światłowód (HFBR-1521 – HFBR-2521)

Iwe [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
Uwe [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
Iwy [mA]	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Uwy [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

1. Badanie właściwości statycznych: Transoptor (6N137)

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

Iwe [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
Uwe [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
Iwy [mA]	0	0,01	0,02	0,07	0,21	0,65	1,02	1,590	3,75	4,90	6,00	6,48
Uwy [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. 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.

1. 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.