"BADANIE ELEMENTÓW
OPTOELEKTRONICZNYCH"
Jerzy Fąfara RZESZÓW
Andrzej Pączek 96-12-03
Piotr Stachowicz
ELEMENTY OPTOELEKTRONICZNE
Badanie transoptora:
Transoptory są to półprzewodnikowe przyrządy optoelektroniczne,których obwód wejściowy stanowi dioda elektroluminescencyjna, a obwód wyjściowy fotodetektor (najczęściej fotorezystor lub fotodioda). Dioda LED oraz fotorezystor są umieszcone w jednej obudowie. Cechą wyróżniającą transoptory spośród innych tego typu urządzeń jest całkowity brak sprzężenia elektrycznego pomiędzy obwodem wejściowym i wyjściowym. Wyeliminowano w ten sposób jakiekolwiek oddziaływanie obwodu wejściowego na wyjściowy, czyli zaistnienia szkodliwego sprzężenia zwrotnego. Jest to więc przyrząd o działaniu całkowicie jednokierunkowym. Do innych zalet transoptora mażna zaliczyć jego szybkość działania. Przekazywanie sygnału odbywa się w światłowodzie z prędkością światła czyli praktycznie bez opóźnień.
1. Wyznaczanie charakterystyk dla układu:
mA mA
- +
Zasilacz V V Zasilacz
+ -
Tabele pomiarów
R=8MΩ
Uf[V] |
0.00 |
1.00 |
1.12 |
1.15 |
1.18 |
1.22 |
1.23 |
1.24 |
1.25 |
1.26 |
||||||||||||||||||||
If[mA] |
0.10 |
0.40 |
3.70 |
7.20 |
14.9 |
24.0 |
29.3 |
34.5 |
41 |
44 |
||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Uce=5[V] |
||||||||||||||||||||||||||||||
If[mA] |
0.40 |
0.80 |
1.70 |
2.60 |
3.00 |
8.80 |
16.5 |
23.0 |
31.0 |
39.0 |
||||||||||||||||||||
Ic[mA] |
0.02 |
0.13 |
0.47 |
0.96 |
1.20 |
5.38 |
11.5 |
17.0 |
23.2 |
29 |
||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
If=1[mA] |
||||||||||||||||||||||||||||||
Uce[V] |
0.10 |
1.30 |
3.05 |
5.50 |
10.0 |
12.0 |
14.0 |
15.0 |
|
|
||||||||||||||||||||
Ic[mA] |
0.06 |
0.15 |
0.17 |
0.17 |
0.17 |
0.175 |
0.175 |
0.175 |
|
|
||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
If=5[mA] |
||||||||||||||||||||||||||||||
Uce[V] |
0 |
0.58 |
5 |
8 |
10 |
12.5 |
15 |
|
|
|||||||||||||||||||||
Ic[mA] |
0.001 |
2.41 |
2.53 |
2.61 |
2.72 |
2.85 |
2.86 |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
If=20[mA] |
||||||||||||||||||||||||||||||
Uce[V] |
0 |
0.50 |
1.00 |
3.00 |
5.00 |
8.50 |
11.1 |
13.0 |
15 |
|
||||||||||||||||||||
Ic[mA] |
0 |
13.14 |
13.5 |
14.2 |
14.4 |
15.2 |
15.8 |
15.9 |
16.1 |
|
||||||||||||||||||||
2.Wyznaczenie zależności napięcia obciążonego złącza kolektorowego fototranzystora z
transoptora przy odłączonym emiterze tego tranzystora, od prądu wejściowego
transoptora.
mA
+
Zasilacz V V
-
Tebele pomiarów:
R=10Ω
Ucb[V] |
0.09 |
0.29 |
0.50 |
0.54 |
0.56 |
0.57 |
0.58 |
0.59 |
If[mA] |
1.00 |
2.00 |
5.00 |
10.0 |
16.0 |
21.0 |
30.0 |
40.0 |
3.Wyznaczenie charakterystyki prądowo-napięciowej fotoogniwa (Układ jak wyżej).
Tabele pomiarów:
R=10^5+150Ω
If=1[mA]
Ucb[V] |
0.10 |
0.28 |
0.50 |
0.57 |
Ic[mA] |
1*10^-3 |
2.8*10^-3 |
5*10^-3 |
5.7*10^-3 |
4. Wyznaczenie charakterystyki prądowo-napięciowej fotodiody(złącza kolektorowego
spolaryzowanego zaporowo przy odłączonym) emiterze fotorezystora.
mA mA
+ +
Zasilacz V V Zasilacz
- -
Tabele pomiarów:
If=1[mA] |
|||||
Ubc[V] |
1.00 |
2.60 |
5.00 |
10.00 |
19.95 |
Ic[mA] |
1.00 |
1.10 |
1.30 |
2.00 |
2.80 |
|
|
|
|
|
|
If=5[mA] |
|||||
Ubc[V] |
0.00 |
5.00 |
10.0 |
15.0 |
19.95 |
Ic[mA] |
0.01 |
0.118 |
0.12 |
0.128 |
0.13 |
|
|
|
|
|
|
If=20[mA] |
|||||
Ubc[V] |
0.00 |
5.50 |
10.0 |
15.0 |
19.95 |
Ic[mA] |
0.056 |
0.0568 |
0.058 |
0.0582 |
0.059 |
5. Wyznaczenie charakterystyki prądowo-napięciowej fotodiody(złącza kolektorowego
spolaryzowanego zaporowo). (Układ jak wyżej).
Tabele pomiarów:
Ucb=10[V] |
||||||
Ic[mA] |
0.009 |
0.012 |
0.0273 |
0.0425 |
0.0578 |
0.0830 |
If[mA] |
1.00 |
5.00 |
10.0 |
15.0 |
20.0 |
30.0 |
|
|
|
|
|
|
|
Ucb=20[V] |
||||||
Ic[mA] |
0.003 |
0.013 |
0.028 |
0.06 |
0.08 |
0.115 |
If[mA] |
1.00 |
5.00 |
10.0 |
20.0 |
30.0 |
40.0 |
Obliczenia do zbadanych charakterystyk:
Transmitancja prądowa.
α(If)=Ic(If)/If
Ucb=10[V] |
|
Ucb=20[V] |
α(If)=0.00900 |
|
α(If)=0.00300 |
α(If)=0.00240 |
|
α(If)=0.00260 |
α(If)=0.00273 |
|
α(If)=0.00280 |
α(If)=0.00284 |
|
α(If)=0.00300 |
α(If)=0.00289 |
|
α(If)=0.00277 |
α(If)=0.00277 |
|
α(If)=0.002875 |
α(Uce)=Ic(Uce)/If
If=1[mA] |
|
If=5[mA] |
|
If=20[mA] |
α(Uce)=0.060 |
|
α(Uce)=0.0002 |
|
α(Uce)=0.657 |
α(Uce)=0.150 |
|
α(Uce)=0.4820 |
|
α(Uce)=0.675 |
α(Uce)=0.170 |
|
α(Uce)=0.5060 |
|
α(Uce)=0.710 |
α(Uce)=0.170 |
|
α(Uce)=0.5220 |
|
α(Uce)=0.720 |
α(Uce)=0.170 |
|
α(Uce)=0.4400 |
|
α(Uce)=0.760 |
α(Uce)=0.175 |
|
α(Uce)=0.5700 |
|
α(Uce)=0.790 |
α(Uce)=0.175 |
|
α(Uce)=0.5720 |
|
α(Uce)=0.795 |
α(Uce)=0.175 |
|
|
|
α(Uce)=0.805 |
Uf/If=ctgη
η=arctg m
gdzie "m" jest to współczynnik kierunkowy prostej w wyniku aproksymacji charakterystyki prądowo-napięciowej wykonanej w następującym układzie współrzędnych:
Skala prądu logarytmiczna, zaś skala napięcia liniowa.
Taki przyjęcie osi współrzędnych wynika z tego, że rezystancja szeregowa diody powoduje odchylenie od linii prostej.
Uf/If=m
m=34.841
η=88.356
η-współczynnik złącza
m-współczynnik nachylenia wykresu wzg. osi współrzędnych.
If/Ic=1.332
η(If/Ic)=53.103
gce=Ic/Uce
If=1[mA] |
|
If=5[mA] |
|
If=20[mA] |
gce=0.60000 |
|
gce=∞ |
|
gce=0.0000 |
gce=0.11540 |
|
gce=4.15500 |
|
gce=26.280 |
gce=0.05570 |
|
gce=0.50600 |
|
gce=13.500 |
gce=0.03090 |
|
gce=0.32625 |
|
gce=4.7340 |
gce=0.01700 |
|
gce=0.27200 |
|
gce=2.8800 |
gce=0.01460 |
|
gce=0.22800 |
|
gce=1.7880 |
gce=0.01250 |
|
gce=0.19070 |
|
gce=1.4234 |
gce=0.01167 |
|
|
|
gce=1.2231 |
|
|
|
|
gce=1.0740 |
Wnioski:
W ćwiczeniu dokonano pomiarów charakterystyk transoptora, który składał się z diody elektroluminescencyjnej i fotodiody.Przy stałym zasilaniu fotodiody , wraz ze wzrostem prądu w diodzie LED liniowo wzrasta prąd w detektorze.Natomiast dla stałych wartości generatora promieniowania prad Ic wzrasta liniowo ze wzrostem napięcia kolektor-emiter.Za pomocą napięcia diody LED można sterować natężenie promieniowania (ilość, wysłanych kwantów-hν),które wpływa na prąd w fotodiodzie uwarunkowany, również od przyłożonego do jej końców napięcia.Podczas ćwiczenia zauważono również, że transoptory,są bardzo szybkimi przyrządami co stanowi stanowi jedną z ich głównych zalet.