Měření charakteristik fotocitlivých prvků

Podobné dokumenty
Studium fotoelektrického jevu

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Fotoelektrické snímače

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmětem jsou v tomto případě polovodičové diody, jejich údaje jsou uvedeny v tabulce:

Abstrakt. fotodioda a fototranzistor) a s jejich základními charakteristikami.

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě zenerova dioda její hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Grafické řešení: obvod s fotodiodou

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Praktikum II Elektřina a magnetismus

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě nízkofrekvenční nevýkonový tranzistor KC 639. Mezní hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Charakteristiky optoelektronických součástek

Charakteristika a mrtvá doba Geiger-Müllerova počítače

Úloha 5: Charakteristiky optoelektronických součástek

1. Stanovte a graficky znázorněte charakteristiky vakuové diody (EZ 81) a Zenerovy diody (KZ 703).

17. Elektrický proud v polovodičích, užití polovodičových součástek

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Laboratorní práce č. 3: Měření elektrického proudu a napětí

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky diody. Pro obor M/01 Informační technologie

Obrázek 1: Schematická značka polovodičové diody. Obrázek 2: Vlevo dioda zapojená v propustném směru, vpravo dioda zapojená v závěrném směru

2.3 Elektrický proud v polovodičích

Elektronika pro informační technologie (IEL)

Fyzikální praktikum II

Určení Planckovy konstanty pomocí fotoelektrického jevu

Elektronické praktikum EPR1

Praktikum III - Optika

Elektrický proud. Elektrický proud : Usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem. Kovy: Usměrněný pohyb volných elektronů

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Fyzikální praktikum 3

Laboratorní práce č. 1: Určení voltampérových charakteristik spotřebičů

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

Laboratorní cvičení č.15. Název: Měření na optoelektronických prvcích. Zadání: Popis měřeného předmětu: Teoretický rozbor:

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV. Černoleská 1997, Benešov. Elektrická měření. Tematický okruh. Měření elektrických veličin.

Laboratorní práce č. 4: Určení elektrického odporu

ZÁKLADNÍ POJMY KVANTOVÉ FYZIKY, FOTOELEKTRICKÝ JEV. E = h f, f je frekvence záření, h je Planckova

III. Stacionární elektrické pole, vedení el. proudu v látkách

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

Polovodičové diody Definice

Polovodiče, dioda. Richard Růžička

Fotoelektrické snímače

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

Pedagogická fakulta v Ústí nad Labem Fyzikální praktikum k elektronice 2 Číslo úlohy : 1

Název: Polovodiče zkoumání závislosti odporu termistoru a fotorezistoru na vnějších podmínkách

Polovodiče ELEKTROTECHNIKA TO M Á Š T R E J BAL

propustný směr maximální proud I F MAX [ma] 75 < 1... při I F = 10mA > při I R = 1µA 60 < 0,4... při I F = 10mA > 60...

7. Elektrický proud v polovodičích

FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 3 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 4

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (40) Zveřejněno N

Polovodiče. Co je polovodič? Polovodiče jsou látky, jejichž rezistivita leží při obvyklých teplotách v intervalu 10 Ω m až 8

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

MĚŘENÍ POLOVODIČOVÝCH DIOD 201-3R

V-A charakteristika polovodičové diody

7. Elektrický proud v polovodičích

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

Na základě toho vysvětlil Eisnstein vnější fotoefekt, kterým byla platnost tohoto vztahu povrzena.

Úloha 1: Zapojení integrovaného obvodu MA 7805 jako zdroje napětí a zdroje proudu

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

4. Z modové struktury emisního spektra laseru určete délku aktivní oblasti rezonátoru. Diskutujte,

Základní škola národního umělce Petra Bezruče, Frýdek-Místek, tř. T. G. Masaryka 454

Elektrický proud v polovodičích

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Úloha č.9 - Detekce optického záření

Spektrální charakteristiky fotodetektorů

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Účinky elektrického proudu. vzorová úloha (SŠ)

Detektory optického záření

Praktikum II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úloha č. 11. Název: Charakteristiky diod

Fyzika. 8. ročník. LÁTKY A TĚLESA měřené veličiny. značky a jednotky fyzikálních veličin

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

4 Měření nelineárního odporu žárovky

pracovní list studenta Elektrický proud v kovech Voltampérová charakteristika spotřebiče Eva Bochníčková

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Samostatný výboj TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Pracovní list žáka (ZŠ)

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

FET Field Effect Transistor unipolární tranzistory - aktivní součástky unipolární využívají k činnosti vždy jen jeden druh majoritních nosičů

Určení čtyřpólových parametrů tranzistorů z charakteristik a ze změn napětí a proudů

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

Měření VA charakteristik polovodičových diod

5. Měření výstupní práce elektronu při fotoelektrickém jevu

Sada 1 - Elektrotechnika

Měření vlnové délky spektrálních čar rtuťové výbojky pomocí optické mřížky

Televizní snímací součástky vakuové a polovodičové

2. Měření odporu rezistoru a volt-ampérové charakteristiky žárovky

Fyzikální praktikum...

Otázka č. 3 - BEST Aktivní polovodičové součástky BJT, JFET, MOSFET, MESFET struktury, vlastnosti, aplikace Vypracovala Kristýna

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Fotovodivost. Destička polovodiče s E g a indexem lomu n 1. Dopadající záření o intenzitě I 0 a hν E g. Do polovodiče pronikne záření o intenzitě:

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Pracovní list žáka (SŠ)

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Fotoelektrický jev a Planckova konstanta

Téma: Měření voltampérové charakteristiky

Transkript:

Měření charakteristik fotocitlivých prvků Úkol : 1. Určete voltampérovou charakteristiku fotoodporu při denním osvětlení a při osvětlení E = 1000 lx. 2. Určete voltampérovou charakteristiku fotodiody při osvětlení E = 0 lx a 1000 lx. 3. Určete voltampérovou charakteristiku fotonky při osvětlení E = 1000 lx. 4. Určete luxampérovou charakteristiku fotonky při konstantním napětí U = 100V a vypočítejte její integrální citlivost K [μa/lx] pro všechny hodnoty osvětlení. Pomůcky : - Tónový fotoodpor - Fotodioda - Fotonka - Voltmetr - Ampérmetr - Luxmetr - Osvětlovací lampa - Zdroje stejnosměrného napětí - Spojovací vodiče Teorie : Vlastnosti fotocitlivých prvků se popisují pomocí vztahů mezi třemi veličinami: světelným tokem Ф, dopadajícím na fotocitlivý prvek, tím pádem osvětlením E, napětím U přivedeným na 1 / 8

fotocitlivý prvek a proudem I, jím protékajícím. Závislost mezi těmito veličinami se obvykle vyjadřuje pomocí sítě voltampérových I = f(u) nebo lumenampérových charakteristik I = f(e) Lumenampérovou charakteristikou rozumíme závislost proudu I na světelném toku Ф při konstantním napětí U. Proud měříme obvykle v mikroampérech [μa] a osvětlení v luxech [lx]. Je-li fotocitlivý prvek osvětlen světlem složeným, je možno z výše jmenovaných charakteristik odečíst integrální citlivost K, definovanou jako podíl přírůstku proudu ΔI, protékajícího fotocitlivým prvkem a změny světelného toku ΔФ tudíž osvětlení ΔE, ponecháme-li napětí konstantní. Platí tedy vztah: Integrální citlivost se obvykle udává v [ma/lm] resp. [ma/lx] a její velikost určuje směrnice lumenampérové resp. luxampérové charakteristiky. Kromě integrální citlivosti se uvádí ještě pojem spektrální citlivost K, která charakterizuje citlivost fotocitlivého prvku na monochromatické světlo o vlnové délce l. Je definována obdobně jako integrální citlivost. Fotoelektrické odpory Základním materiálem je polovodič s poměrně velkým odporem, u kterého dochází k vnitřnímu fotoelektrickému jevu. Tímto jevem rozumíme uvolňování párů elektron-díra po absorpci světelných kvant. Důsledkem je pak zvýšení vodivosti polovodiče. Voltampérové charakteristiky jsou lineární. Odpor neosvětleného fotoodporu bývá 104 až 106 ohmů [Ω]. Při osvětlení 100 lx klesá odpor až o 3 řády. 2 / 8

Fotoelektrické diody Tyto diody se principiálně neliší od polovodičových usměrňovacích diod. Pro jejich činnost mají rozhodující úlohu minoritní nositelé elektrického náboje. Jejich koncentrace stoupá s teplotou a také při osvětlení. Tento jev vzniká při absorpci světelného kvanta, jehož energie je větší než aktivační energie potřebná k uvolnění elektronu. Na rozhraní P-N přechodu vzniká vlivem majoritních nositelů potenciálový rozdíl napětí U a elektrické pole E. Toto elektrické pole způsobuje pohyb minoritních nositelů v nepropustném směru, tj. vzniká fotoelektromotorické napětí, takže spojíme-li elektrody odporem R, vzniká fotoelektrický proud bez vnějšího zdroje napětí. Mluvíme o hradlové fotodiodě. O fotodiodě mluvíme tehdy, připojíme-li na diodu napětí v nepropustném směru. Hradlovou fotodiodu lze použít jako fotodiodu. Není-li fotodioda osvětlená, má voltampérová charakteristika obdobný průběh jako usměrňovací polovodičová dioda. Je-li osvětlená, potom proud I v nepropustném směru se stává nasyceným při napětí 0,3 až 0,5 V, ale s osvětlením se ve značné míře zvyšuje. Naproti tomu proud v propustném směru je tvořen majoritními nositeli, jejichž koncentrace nezávisí na osvětlení, kdežto v závěrném směru je tvořen nositeli minoritními, jejichž koncentrace s osvětlením roste. Proto má praktický význam jen zapojení v nepropustném směru. Vakuové a plynové fotonky Jsou tvořeny skleněnou baňkou, jejíž stěny jsou až na vstupní okénko postříbřeny. Proti vstupnímu okénku je na stěně baňky nanesena citlivá vrstva schopná fotoemise. Tato vrstva tvoří katodu fotonky. Moderní fotokatody jsou tvořeny z více vrstev nanesených na sobě. Uprostřed fotonky je anoda. Někdy je uspořádání opačné, světlo dopadající na fotonku je pak anodou soustředěno na katodu. Elektrické pole je tvořeno napětím mezi anodou a katodou a přitahuje elektrony uvolněné fotoemisí katody směrem k anodě. Po osvětlení se fotonka stane vodivou. Při použití vakuové fotonky se proud zvětšuje z počátku velmi rychle s rostoucím napětím, ale už při 10-30 V se dosahuje nasycený stav, kdy všechny emitované elektrony jsou přitahované anodou. Po překročení tohoto napětí se proud mění pouze při změně osvětlení. Charakteristika fotonek plněných plynem má zpočátku podobný průběh jako vakuová (cca do 20-30 V). Dokud nevzniká nárazová ionizace, charakteristika probíhá téměř exponenciálně a blíží se asymptoticky k zápalnému napětí, při kterém vzniká doutnavý výboj. K němu však nesmí dojít, protože doutnavý výboj (pokud v obvodě není zapojen ochranný rezistor) může přejít v obloukový, který fotonku okamžitě zničí. 3 / 8

Schéma zapojení : Popis postupu měření : Fotoodpor 1) Obvod jsme zapojili dle schématu. 2) Luxmetrem jsme změřili velikost osvětlení E. 3) Na zdroji jsme postupně měnili napětí U od 0 V do 6 V po 0,5 V. 4) Zapisovali hodnoty naměřeného proudu I do předem připravené tabulky. 5) Měření jsme opakovali pro osvětlení E = 1000 lx nastavením lampy blíže k fotoodporu. Fotodioda 1) Obvod jsme zapojili dle schématu. 2) Fotodiodu jsme uzavřeli do krabičky od sirek, aby jsme docílili nulového osvětlení. 3) Na zdroji jsme postupně měnili napětí U od -0,5 V do 0,5 V po 0,05 V. 4) Zapisovali hodnoty naměřeného proudu I do předem připravené tabulky. 5) Měření jsme opakovali pro osvětlení E = 2000 lx nastavením lampy blíže k fotodiodě. 4 / 8

Fotonka 1) Obvod jsme zapojili dle schématu. 2) Pomocí lampy jsem nastavili osvětlení E = 1000 lx. 3) Na zdroji jsme postupně měnili napětí U od 0 V do 150 V po 10 V. 4) Zapisovali hodnoty naměřeného proudu I do předem připravené tabulky. 5) Nastavili konstantní napětí U = 100V. 6) Měnili osvětlení E pomocí lampy od 0 lx do 3000 lx po 300 lx. 7) Hodnoty naměřeného proudu I zapisovali do předem připravené tabulky. Tabulka : číslo měření U(V) E=450lx E=1500lx I [ma] I [ma] Graf : Voltampérová charakteristika fotoodporu 5 / 8

Voltampérová charakteristika fotodiody Voltampérová charakteristika fotonky Luxampérová charakteristika fotonky 6 / 8

7 / 8

Teoretický JU České Budějovice, rozbor převzatý 1992. z knihy STACH, V., TESAŘ, J.: Fyzikální praktikum III (Optika). PF 8 / 8