r. akad. 00/01	L A B O R A T O R I U M Z F I Z Y K I
nr ćwicz. 48	Charakterystyka fotoopornika
wydział: Mecjaniczny grupa: R02	imię i nazwisko: Marcin Kasprzyk
data wykonania:	Ocena		data zaliczenia	podpis
	teoria
		sprawozdanie

1. 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, którego skutkiem jest zmiana przewodności fotoopornika.

2. Schemat układu pomiarowego

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów

W pomiarach zostały wykorzystane następujące urządzenia:

- amperomierz (k = 1,5) :

- ΔI = 0,045 [mA] dla zakresu 3 [mA]

- ΔI = 0,009 [mA] dla zakresu 0,6 [mA]

- ΔI = 0,002 [mA] dla zakresu 0,15 [mA]

- woltomierz (k = 0,5),

- ΔU = 0,15 [V] dla zakresu 30 [V]

- błąd miary, którą mierzono odległość wynosi:

Δr = 0,005 m

4. Tabele pomiarowe

Tabela 1

r [m]	U [V]	I [mA]	R [kΩ]
0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40	2 4 6 8 10 12 14 16 18 20	0,12 0,23 0,35 0,47 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,15	16,67 17,39 17,14 17,02 16,67 17,14 17,50 17,78 18,00 17,39	0,60 0,12 0,13 0,25 0,60 0,13 0,23 0,51 0,73 0,12
			17,27	3,42
				0,34

Tabela 2

r [m]	U [V]	I [mA]	R [kΩ]
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50	2 4 6 8 10 12 14 16 18 20	0,04 0,08 0,12 0,16 0,21 0,26 0,30 0,35 0,40 0,44	50,00 50,00 50,00 50,00 47,62 46,15 46,67 45,71 45,00 45,45	2,34 2,34 2,34 2,34 0,04 1,51 0,99 1,95 2,66 2,21
			47,66	18,72
				1,87

Tabela 3

U [V]	I [mA]	r [m]		R [kΩ]	ΔR [kΩ]
5 5 5 5 5 5 5 5 5	0,95 0,50 0,30 0,16 0,10 0,06 0,05 0,03 0,02	0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70	11,11 8,16 6,25 4,94 4,00 3,31 2,78 2,37 2,04	5,26 10,00 16,67 31,25 50,00 83,33 100,00 166,67 250,00	0,41 1,20 3,00 2,70 6,00 15,00 7,00 16,11 32,5	0,37 0,23 0,16 0,11 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03

Tabela 4

U [V]	I [mA]	r [m]		R [kΩ]	ΔR [kΩ]
7 7 7 7 7 7 7 7 7	1,40 0,65 0,35 0,21 0,13 0,07 0,06 0,05 0,03	0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70	11,11 8,16 6,25 4,94 4,00 3,31 2,78 2,37 2,04	5,00 10,77 20,00 33,33 53,85 100,00 116,67 140,00 233,33	0,27 0,97 3,00 2,13 4,86 4,96 6,35 8,54 20,50	0,37 0,23 0,16 0,11 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03

5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej

a) Opór obliczono z prawa Ohma ze wzoru :

- przykładowe obliczenie dla danych z tabeli 1 pozycja nr 1:

b) obliczenie średniej wartości rezystancji ze wzoru:

- przykładowe obliczenie średniej wartości rezystancji w tabeli 1:

c) Oświetlenie jest proporcjonalne do kwadratu odwrotności odległości źródła światła od fotoopornika.

- przykładowe obliczenie dla danych zawartych z tabeli 3 pozycja nr 1

6. Rachunek błędów

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

- przykładowe obliczenie błędu przeciętnego rezystancji z tabeli 1:

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

- przykładowe obliczenie dla danych zawartych w tabeli 3 pozycja nr 1:

c) obliczenie błędu oświetlenia metodą różniczki logarytmicznej:

- przykładowe obliczenie dla danych zawartych w tabeli 3 pozycja nr 1:

7. Zestawienie wyników pomiarów

- dla r = 0,40 [m]

R = (17,27 ± 0,34) [kΩ]

- dla r = 0,50 [m]

R = (47,66 ± 1,87) [kΩ]

Tabela 3

Dla U = 5 [V]

r [m]	R [kΩ]
0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70	5,26 ± 0,41 10,00 ± 1,20 16,67 ± 3,00 31,25 ± 2,70 50,00 ± 6,00 83,33 ± 15,00 100,00 ± 7,00 166,67 ± 16,11 250,00 ± 32,5	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 2,37 ± 0,04 2,04 ± 0,03

Dla U = 7 [V]

r [m]	R [Ω]
0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70	5,00 ± 0,27 10,77 ± 0,97 20,00 ± 3,00 33,33 ± 2,13 53,85 ± 4,86 100,00 ± 4,96 116,67 ± 6,35 140,00 ± 8,54 233,33 ± 20,5	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 2,37 ± 0,04 2,04 ± 0,03

8. Wnioski

Podczas wykonywania ćwiczenia zaobserwowano, że przy stałym napięciu wraz ze zmniejszaniem się odległości r tzn. źródła światła od fotoopornika wzrasta 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 tak zróżnicowane.

Błąd mógł również wyniknąć z niedokładności odczytu wartości natężenia prądu jak również z niedokładności ustawienia woltomierza.

---