rok akademicki 1998/99	L A B O R A T O R I U M Z F I Z Y K I
nr ćwiczenia: 48	Charakterystyka fotoopornika
wydział: mechaniczny kierunek: mechanika i budowa maszyn grupa: pierwsza	imię i nazwisko: Cezary Jastrzębski
^data wykonania ćw.: 22.10.1998	Ocena		data zaliczenia	podpis
		teoria
		sprawozdanie

• Wprowadzenie

Fotoopornik jest elementem półprzewodnikowym, w którym pod wpływem oświetlenia następuje wzmożona przewodność elektryczna, przy czym nie zależy ona od kierunku przyłożonego napięcia.

Budowa fotoopornika :

1) materiał światłoczuły

2) elektrody

3) odprowadzenia

Jako materiał światłoczuły w fotooporniku wykorzystuje się siarczek kadmu aktywowany miedzią lub chlorem. Elektrody wykonuje się ze złota, lub cyny. Materiały te nie tworzą na styku z półprzewodnikiem warstwy zaporowej. Siarczek kadmu, gdy aktywowany jest miedzią staje się półprzewodnikiem typu p, natomiast aktywowany chlorem staje się półprzewodnikiem typu n.

Cechą charakterystyczną dla fotooporników jest zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne (tzw. fotoprzewodnictwo), którego skutkiem jest zmiana przewodności fotoopornika.

Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.

Do pomiarów wykorzystano następujące urządzenia:

• amperomierz (K_A=1.5)

• woltomierz (K_V=0.5)

Błędy urządzeń obliczono ze wzoru:

gdzie: B_M - błąd miernika, K - klasa miernika, Z - poszczególne zakresy,

na których dokonywano pomiarów

Z powyższego wzoru wyliczono błąd woltomierza i amperomierza :

- K_v=0.5; Z_V=30 [V]

U_K=0.15 [V]

- K_A=1.5

Z_A= 0.15 [mA] I = 0.00225 [mA]

Z_A= 0.3 [mA] I = 0.00450 [mA]

Z_A= 3 [mA] I = 0.04500 [mA]

gdzie Z_A - zakres pomiaru

• błąd w mierzeniu odległości wynosił: r = 0.005 [m]

• Schemat układu pomiarowego

• Tabele pomiarowe

Tabela nr 1
r [m]	U [V]	I [mA]	R [kΩ]
0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60	2,25 4,25 6,25 8,25 10,25 12,25 14,25 16,25 18,25 20,25	0,0150 0,0250 0,0375 0,0475 0,0625 0,0725 0,0900 1,0500 1,1750 1,3250	150.000 170.000 160.667 173.684 164.000 168.966 158.333 154.762 155.319 152.830
			161.4561

Tabela nr 2
r [m]	U [V]	I [mA]	R [kΩ]
0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30	2.25 4.25 6.25 8.25 10.25 12.25 14.25 16.25 18.25 20.25	0.125 0.220 0.335 0.445 0.565 0.675 0.800 0.900 1.050 1.150	18.000 19.318 18.657 18.539 18.142 18.148 17.813 18.056 17.381 17.609
			18.1662

Tabela nr 3
U [V]	I [mA]	r [m]		R [kΩ]	ΔR [kΩ]
4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25	0.1950 0.1150 0.0750 0.0500 0.0400 0.0215 0.0150	0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60	11,111 8,163 6,250 4,938 4,000 3,306 2,778	21.795 36.957 56.667 85.000 106.250 197.674 283.333	1.02 2.03 3.70 6.83 9.73 27.66 52.50	0.37 0.23 0.16 0.11 0.08 0.06 0.05

Tabela nr 4
U [V]	I [mA]	r [m]		R [kΩ]	ΔR [kΩ]
8.25 8.25 8.25 8.25 8.25 8.25 8.25	0.380 0.215 0.135 0.090 0.060 0.045 0.030	0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60	11,111 8,163 6,250 4,938 4,000 3,306 2,778	21.711 38.372 61.111 91.667 137.500 183.333 275.000	0.52 1.10 2.13 3.96 7.66 12.50 25.63	0.37 0.23 0.16 0.11 0.08 0.06 0.05

• Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej

a) opór obliczono z prawa Ohma ze wzoru :

I =
*U  R=

- przykładowe obliczenie oporu dla danych z tabeli nr 1:

R =
=
= 150.00 [k

b) obliczenie średniej wartości rezystancji ze wzoru:

=

- przykładowe obliczenie średniej wartości rezystancji w tabeli nr 1:

3. oświetlenie „E” jest proporcjonalne do kwadratu odwrotności odległości źródła światła

od fotoopornika i równe
.

• przykładowe obliczenie dla danych zawartych z tabeli nr 3 :

• Rachunek błędów

a) obliczenie średniej wartości oporu w tabelach nr 1 i nr 2 ze wzoru:

- obliczenie błędu przeciętnego rezystancji
z tabeli nr 1:

b) obliczenie błędu oporu ΔR z tabel nr 3 i nr 4 metodą różniczki

logarytmicznej

c) obliczenie błędu oświetlenia
metodą różniczki logarytmicznej:

• Zestawienie wyników pomiarów

- dla r = 0,6 [m]

R =
= (161.46 ± 7,56) [kΩ]

- dla r = 0,3 [m]

R = (18,17 ± 0,40) [kΩ]

dla U = 4.25 [V]	Tabela 3a
r [m]	R [kΩ]
0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60	21.80 ± 1.02 36.96 ± 2.03 56.67 ± 3.70 85.00 ± 6.83 106.25 ± 9.73 197.67 ± 27.66 283.33 ± 52.50	11,11 ± 0,37 8,16 ± 0,23 6,25 ± 0,16 4,94 ± 0,11 4,00 ± 0,08 3,31 ± 0,06 2,78 ± 0,05

dla U = 8.25 [V]	Tabela 4a
r [m]	R [Ω]
0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60	21.71 ± 0,52 38.37 ± 1.10 61.11 ± 2.13 91.67 ± 3.96 137.50 ± 7.66 183,33 ± 12.50 275,00 ± 25.63	11,11 ± 0,37 8,16 ± 0,23 6,25 ± 0,16 4,94 ± 0,11 4,00 ± 0,08 3,31 ± 0,06 2,78 ± 0,05

• Wnioski

Podczas wykonywania ćwiczenia zaobserwowano, że przy stałym napięciu wraz ze zmniejszaniem się odległości „r” tzn. źródła światła od fotoopornika wzrastało natężenie prądu.

Wynika z tego, że natężenie prądu zależy od odległości źródła światła od fotoopornika.

Pomiar ten przeprowadzany był przy różnych zakresach amperomierza, dlatego obliczone błędy oporności są dosyć zróżnicowane.

Błędy mogły również wynikać z tego, że na fotoopornik mogło padać dodatkowe światło, które w pewnym stopniu także miało wpływ na wynik pomiaru.

1

2

---