8

POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki

INSTRUKCJA NR6 MD, 2006/7

RANSOPTOR

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z działaniem i podstawowymi charakterystykami transoptora jako zy rządu półprzewodnikowego będącego połączeniem diody elektroluminescencyjnej (LED) i fototranzystora. astosowanie transoptora z wyprowadzoną bazą pozwala na dokładne pomiary charakterystyk obu elementów •az wykorzystanie złącz tranzystora do realizacji fotodiody i fotoogniwa.

) Zadania do samodzielnego opracowania przed zajęciami: Zapoznanie się z tTeścią poniższej instrukcji, ipoznanie się z teoretycznymi podstawami działania optoelementów, przygotowanie - narysowanie i przemyśle-e schematów pomiarowych.

) WPROWADZENIE

Fotodioda: Przez złącze p-n spolaryzowane w kierunku zaporowym płynie prąd J_n praktycznie niezależny od wartości przykładanego kierunku zaporowym napięcia Jest to prąd nośników mniejszościowych. Wartość koncentracji nośników mniejszościowych jest wstanie vnowagi wielkością stałą - ustaloną w trakcie domieszkowania. Możemy ją zmieniać poprzez np wzrost temperatury lub oświetlenie Iprzewodnika Po oświetleniu półprzewodnika fotonami o energii E=hv większej niż szerokość przerwy zabronionej E, dojdzie do gene-:ji nośników, przepływający prąd wzrośnie o czynnik If wskutek wygenerowania nośników nadmiarowych 1=1, +I_r

s. 1. a) Rodzina charakterystyk fotodiody b) typowy przebieg ch-ki widmowej (Cj-czułość, X-długośc fali promieniowania)

Fototranzy stor: Jest to tranzystor bipolarny, w którym zmianę prądu bazy powoduje zmiana oświetlenia. Odsłonięta dla promie-wania baza umożliwia generację nadmiarowych par elektron-dziura,

Fototranzystor to najczęściej element 2-końcówkowy, czasem jednak posiada także wyprowadzony na zewnątrz zacisk bazy (kolt ne). Zasadnicze zalety: duża wartość P i czułość większa niż fotodiody; możliwość ustalenia punktu pracy w wersjach z wyprowadzoną ą. Wada wolniejszy w stosunku do fotodiod.

I ranSOptOr: Izolowana od siebie elektrycznie para dioda LED-fototranzystor/fotodioda, zamknięte we wspólnej obudowie Charak-styka wejściowa - określona przez diodę LED - wyjściowa - np. przez charakterystykę fototranzystora. Właściwości izolacja galwanicz-vejścia od wyjścia - wyjścia, możliwość pracy przy różnych poziomach składowych stałych na wejściu i wyjściu. Różnica napięć może hodzić do kV. Rezystancja pomiędzy we/wy - gigaomy

Współczynnik transmisji K=lf/1<: przy Uo-const

. 3. Schemat struktury transoptora

B)    POMIARY

1.    PRZED PRZYSTĄPIENIEM DO POMIARÓW ZAPOZNAĆ SIĘ Z PARAMETRAMI KATALOGOWYMI BADANEGO ELEMENTU (zazwyczaj transoptor CNY 17).

2.    PRZESTRZEGAĆ BEZPIECZNYCH WARUNKÓW POMIARÓW Z UWZGLĘDNIENIEM PARAMETRÓW DOPUSZCZALNYCH ELEMENTÓW I ZAKRESÓW MIERNIKÓW. PRZED WŁĄCZENIEM ZASILACZY SPRA WDZIĆ CZY POTENCJOMETR Y REGULACYJNE SĄ USTAWIONE NA ZEROWE NAPIĘCIE WYJŚCIOWE.

3.    KAŻDA CHARAKTER YSTYKA POWINNA ZA WIERAĆ MIN. 15 PKT. POMIAROWYCH.

1.    W układzie jak na rys. 4 wyznaczyć:

a)    zależność prądu wyjściowego I_c transoptora od napięcia wyjściowego U_Ce: Ic(Uce) lF=eonst dla przynajmniej 4 różnych wartości I_F w tym dla I_F = 0 . Z uwagi na wyznaczanie sprawności przy opracowaniu wyników należy również odnotowywać wartości napięcia wejściowego diody LED

b)    charakterystykę prądowo napięciową diody elektroluminescencyjnej z transoptora I₍{U_F) dla If= 0 .. 50mA (opcjonalnie za zgodą prowadzącego - także w kierunku zaporowym).

c)    zależność prądu wyjściowego Ic od wejściowego Ic(I _F) przy Uce = const (3 wartości, w tym dla Uce ⁼ 5V), I_F = 0..50mA. Z uwagi na późniejsze wyznaczanie sprawności w opracowaniu wyników należy również odnotowywać wartości napięcia wejściowego diody LED.

2.    Wyznaczyć zależność napięcia nicobciążonego złącza kolektorowego fototranzystora z transoptora (złącze to, bez zewnętrznej polaryzacji, można traktować jak fotoogniwo), przy odłączonym emiterze tego tranzystora, od prądu wejściowego transoptora Ucb(I f) dla 1_F = 0...50mA. Należy zwrócić uwagę na niewielką wartość mocy fotoogniwa z czym związana jest konieczność stosowania znacznych wartości rezystancji obciążeń!

3.    Wyznaczyć charakterystykę prądowo napięciową Ic (Ucb) przy I_F = const fotoogniwa, jako parametr przyjąć wartości prądu wejściowego z pkt 1). Zależność tę należy zbadać zmieniając rezystancję obciążenia fotoogniwa. Podobnie jak w pkt lc) z uwagi na późniejsze wyznaczanie sprawności należy odnotowywać również wartości napięcia wejściowego diody LED.

4.    Pomiary z punktu 3 powtórzyć w odniesieniu do złącza BE.

5. Wyznaczyć charakterystykę prądowo napięciową fotodiody (zrealizowanej z wykorzystaniem złączy transoptora) Ic(Ucb) przy I_F = const w tym dla I_F = 0 . Przyjąć wartości prądu diody LED jak w pkt. 1). Pomiary wykonać w zakresie Ucb = 0..30V, z uw<agi na niewielką moc stosować duże wartości rezystancji obciążenia. W trakcie pomiarów odnotowywać wartości napięcia wejściowego diody LED.

6.    Wyznaczyć charakterystykę prądowo-napięciową fotodiody Ic(I_F) przy Ucb = const (trzy wartości z zakresu zmienności 5...30V), dla Ip=0..50mA.

C)    Wartości Podstawowych parametrów transoptora CNY 17:

I Fm» = 60mA.    U^„ = 3V, IouTm.* = lOOmA , U₀urm«x = 70 V, P_ut = 150mW

D) Propozycje układów pomiarowych:

Rys. 4

2