Charakteristiky optoelektronických součástek



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

28 Charakteristiky optoelektronických součástek

Praktikum III - Optika

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

Úloha 5: Charakteristiky optoelektronických součástek

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Studium fotoelektrického jevu

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Fotodioda ve fotovodivostním a fotovoltaickém režimu OPTRON

Optoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Polovodičové senzory. Polovodičové materiály Teplotní závislost polovodiče Piezoodporový jev Fotonové jevy Radiační jevy Magnetoelektrické jevy

Měření charakteristik fotocitlivých prvků

Fotoelektrické snímače

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky optoelektronických součástek

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

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

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

E L E K T R I C K Á M Ě Ř E N Í

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření optoelektronického vazebního členu, část

Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru

Měření na nízkofrekvenčním zesilovači. Schéma zapojení:

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

1.Zadání 2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU 3.TEORETICKÝ ROZBOR

Úvod, optické záření. Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014

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

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

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

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Elektrodynamika, elektrický proud v polovodičích, elektromagnetické záření, energie a její přeměny, astronomie

1.1 Pokyny pro měření

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření parametrů tyristoru část Teoretický rozbor

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

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

- + C 2 A B V 1 V 2 - U cc

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

MĚŘENÍ PARAMETRŮ FOTOVOLTAICKÉHO ČLÁNKU PŘI ZMĚNĚ SÉRIOVÉHO A PARALELNÍHO ODPORU

Profilová část maturitní zkoušky 2016/2017

Elektrický proud v polovodičích

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

11. Polovodičové diody

Úvod do moderní fyziky. lekce 9 fyzika pevných látek (vedení elektřiny v pevných látkách)

Charakteristiky optického záření

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

Teoretický úvod: [%] (1)

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

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

Zdroje optického záření

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Měření VA charakteristik polovodičových diod

Fotoelektrické snímače

Optoelektronika. Zdroje. Detektory. Systémy

Téma: Měření voltampérové charakteristiky

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

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

1 Bezkontaktní měření teplot a oteplení

2.3 Elektrický proud v polovodičích

Elektrodynamika, elektrický proud v polovodičích, elektromagnetické záření, energie a její přeměny, astronomie, světelné jevy

1.3 Bipolární tranzistor

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

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

Stručný úvod do spektroskopie

Spektrální charakteristiky fotodetektorů

Fyzikální praktikum...

Metodický návod: 5. Zvyšování vnějšího napětí na 3 V. Dochází k dalšímu zakřivování hladin a rozšiřování hradlové vrstvy.

Název projektu: EU peníze školám. Základní škola, Hradec Králové, M. Horákové 258

Měření vlastností optického vlákna

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

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_13_Nekoherentní zdroje záření

Fakulta biomedic ınsk eho inˇzen yrstv ı Teoretick a elektrotechnika Prof. Ing. Jan Uhl ıˇr, CSc. L eto 2017

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

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

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

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Elektronické praktikum EPR1

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne. Marek Teuchner Příprava Opravy Učitel Hodnocení. 1 c p. = (ε r

Kompenzovaný vstupní dělič Analogový nízkofrekvenční milivoltmetr

ELEKTRONICKÉ PRVKY 7 Výkonové a spínací aplikace tranzistorů 7.1 Ztrátový výkon a chlazení součástky První a druhý průraz bipolárního

Sada 1 - Elektrotechnika

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

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

Zvyšování kvality výuky technických oborů

1. Změřit metodou přímou závislost odporu vlákna žárovky na proudu, který jím protéká. K měření použijte stejnosměrné napětí v rozsahu do 24 V.

MĚŘENÍ VA CHARAKTERISTIK POLOVODIČOVÝCH DIOD

SNÍMAČE OPTICKÉ, ULTRAZVUKOVÉ A RÁDIOVÉ

Teorie úlohy: Operační zesilovač je elektronický obvod, který se využívá v měřící, výpočetní a regulační technice. Má napěťové zesílení alespoň A u

2. Zdroje a detektory světla

Měřicí řetězec. měřicí zesilovač. převod na napětí a přizpůsobení rozsahu převodníku

Sada 1 - Elektrotechnika

Elektronické součástky - laboratorní cvičení 1

PSK1-5. Frekvenční modulace. Úvod. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka. Název školy: Vzdělávací oblast:

Transkript:

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Ústav fyziky FEKT VUT BRNO Spolupracoval Jan Floryček Jméno a příjmení Jakub Dvořák Ročník 1 Měřeno dne Předn.sk.-Obor BIA 27.2.2007 Stud.skup. 13 Odevzdáno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení Kód Lab.skup. Název úlohy Charakteristiky optoelektronických součástek Číslo úlohy 28 Úkol Změřte voltampérovu, luxampérovu a směrovou vyzařovací charakteristiku luminiscenční diody a přenosovou charakteristiku optronu. Charakteristiky vyneste do grafu a zhodnoťte. Teoretický rozbor V této úloze se zabýváme luminiscenční diodou, fotodiodou a jednoduchým optronem, který vznikne spojením luminiscenční diody s fotodiodou. Luminiscenční dioda LED je zdrojem elektromagnetického záření v oblasti viditelného světla a nebo v blízké infračervené oblasti. Základním materiálem pro výrobu luminiscenčních diod jsou polovodičové sloučeniny typu A III B V, jako např. GaAs, GaP, GaAsP a další. Luminiscenční dioda je tvořena přechodem PN, který je v provozu polarizován v propustném směru. Nosiče proudu injektované do oblasti přechodu rekombinují, čímž vzniká záření určité vlnové délky. Frekvence emitovaného fotonu splňuje podmínku: h ω = eu h kde Planckova konstanta h=6,62.10-34 J.s, h = 2 π, elementární náboj e =1,6.10-19 a kde eu je rozdíl Fermiho kvasienergií oblastí N a P. K detekci dopadajícího elektromagnetického záření lze užít buď běžnou fotodiodu, fotodiodu PIN nebo fototranzistor. V oblasti přechodu se objeví dvojice nosičů elektron díra, které jsou vnitřním elektrickým polem, jež je zde přítomno, od sebe odděleny. Tím se zvětšuje počet minoritních nosičů (elektronů v oblasti P a děr v oblasti N). Následkem nárůstu koncentrace minoritních nosičů se posunou energetické hladiny hranic pásů a na přechodu PN se objeví napětí. K popisu vlastností luminiscenčních diod se používá několik charakteristik. Voltampérová charakteristika luminiscenční diody popisuje vztah mezi napětím na diodě U 1 a proudem I 1, který diodou protéká. Voltampérovou charakteristiku reálné diody lze přibližně popsat rovnicí: eu nkt 1 I 0e I = Zde I 0 je nasycený závěrný proud, Boltzmannova konstanta k=1,38.10-23 JK -1 a n je číselný součinitel závislý na mechanismu transportu, pro nějž platí: 1<n<2. Luxampérová charakteristika luminiscenční diody je závislost zářivého toku Φ, který je diodou emitován, na proudu I 1, jež při tom diodou protéká: Φ=Φ(I 1 ) Na fotodiodě snímající záření vzniká napětí U f přímo úměrné dopadajícímu světelnému toku, který je LED diodou emitován. Platí: U f =konst.φ Tvar charakteristiky se tedy nezmění, nahradíme-li zářivý tok snadněji měřeným napětím U f a jako luxampérovu charakteristiku budeme chápat závislost: U f =U f (I1)

Směrová vyzařovací charakteristika přináší informaci o nerovnoměrnosti, s níž luminiscenční dioda září do jednotlivých směrů prostoru. Závislost Φ=Φ(ϕ) která tento děj popisuje, můžeme vzhledem k (4) i v tomto případě nahradit závislostí: U f =U f (ϕ) Spektrální charakteristika popisuje spektrum vysílaného záření, Φ=Φ(λ) Je to informace o vlnových délkách záření, jež dioda emituje. Také zde lze zářivý tok nahradit výstupním napětím na snímacím elementu: U f =U f (λ) Kombinací luminiscenční diody a fotodiody vzniká optoelektronická součástka zvaná optron. Pomocí optronu lze dva obvody důkladně galvanicky oddělit, ale zachovat přitom možnost přenosu signálu mezi nimi. Proměnným signálem se moduluje proud procházející LED diodou. Na výstupní hraně se snímá proměnná složka napětí na fotodiodě či tranzistoru. Přenosová charakteristika optronu je název pro závislost: U f=u f(f) při I 1 =konst. kde f je kmitočet harmonické složky přičítané k proudu I 1 a U f je střídavá složka napětí na výstupu optronu. Přenosová charakteristika informuje o šířce frekvenčního pásma, tedy o kmitočtech, které je optron schopen přenést, a o zkreslení, jež při tomto přenosu vzniká. Postup měření Při měření voltampérové a luxampérové charakteristiky nastavujeme proud diodou I l a odečítáme napětí na LED U l a napětí na fotodiodě U f.poloha fotodiody je nastavena do směru maximálního osvětlení (ϕ=90 ). Dále je nastavena hodnota α=0. U měření směrové vyzařovací charakteristiky LED nastavíme luminiscenční diodou jednu hodnotu proudu (15-30mA).Pro úhel α=0 nastavujeme ϕ = 0 až 180 a odečítáme U f.totéž opakujeme pro α=30, 60 a 90. Schéma zapojení RC GENERÁTOR U g,f VOLTMETR MlT 330 U l PROGRAMOVATEL NÝ ZDROJ PROUDU A MODULÁTOR AMPÉRMETR BM 518 I l OPTRON α, ϕ POČÍTAČ SE SBĚNICÍ IEEE 488 MILIVOTMETR BM 545 U f STŘÍDAVÝ MILIVOTMETR U f PŘEPÍNAČ SIGNÁLU OSCILOSKOP BM 565

Voltampérova a Luxampérova charakteristika I [A] Ul [V] Uf [V] 1.99E-06 1.427 4.28E-04 4.98E-06 1.48 4.40E-04 7.98E-06 1.488 4.44E-04 1.00E-05 1.516 4.88E-04 2.00E-05 1.55 6.35E-04 3.00E-05 1.562 8.00E-04 4.00E-05 1.577 1.05E-03 5.00E-05 1.57 1.12E-03 9.96E-05 1.626 3.41E-03 2.00E-04 1.655 8.43E-03 3.00E-04 1.671 1.48E-02 5.00E-04 1.706 3.03E-02 8.00E-04 1.73 4.89E-02 1.00E-03 1.737 5.52E-02 2.00E-03 1.785 9.38E-02 3.00E-03 1.822 1.20E-01 4.00E-03 1.852 1.39E-01 5.00E-03 1.886 1.61E-01 8.00E-03 1.952 1.92E-01 1.20E-02 2.026 2.19E-01 1.50E-02 2.079 2.32E-01 1.80E-02 2.121 2.44E-01 2.00E-02 2.146 2.54E-01 Voltamperova charakteristika I [A] Uf [V] 1.00E-02 1.00E-03 1.00E-04 1.00E-05 1.00E-06 3.00E-01 2.50E-01 2.00E-01 1.50E-01 5.00E-02 0.00E+00 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 Luxampérova charakteristika 1.00E-06 1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 I [A]

Směrová vyzařovací charakteristika LED φ [ ] α=0 α=30 α=60 α=90 0 8.851E-02 8.501E-02 7.987E-02 8.243E-02 10 8.645E-02 8.132E-02 7.480E-02 7.785E-02 20 8.080E-02 7.161E-02 6.756E-02 7.339E-02 30 7.679E-02 7.838E-02 8.832E-02 1.011E-01 40 9.989E-02 1.092E-01 1.224E-01 1.362E-01 50 1.330E-01 1.433E-01 1.576E-01 1.679E-01 60 1.661E-01 1.729E-01 1.838E-01 1.910E-01 70 1.915E-01 1.951E-01 2.011E-01 2.043E-01 80 2.100E-01 2.084E-01 2.089E-01 2.079E-01 88 2.161E-01 2.123E-01 2.073E-01 2.016E-01 96 2.154E-01 2.065E-01 1.966E-01 1.889E-01 100 2.117E-01 2.012E-01 1.897E-01 1.808E-01 110 1.980E-01 1.845E-01 1.679E-01 1.551E-01 120 1.778E-01 1.596E-01 1.380E-01 1.236E-01 130 1.500E-01 1.250E-01 9.727E-02 8.543E-02 140 1.161E-01 8.648E-02 7.676E-02 8.079E-02 150 9.738E-02 8.899E-02 8.733E-02 9.063E-02 160 1.001E-01 9.344E-02 9.162E-02 9.502E-02 170 1.023E-01 9.534E-02 9.306E-02 9.636E-02 180 1.039E-01 9.588E-02 9.254E-02 9.529E-02 Směrová vyzařovací charakteristika LED 0 2.50E-01 360 10 350 20 340 30 330 2.00E-01 40 320 50 1.50E-01 310 60 300 70 290 280 270 260 5.00E-02 0.00E+00 80 88 96 100 α=0 α=30 α=60 α=90 250 110 240 120 230 130 220 210 200 190 180 170 160 150 140

Přenosová charakteristika optronu f [Hz] 9.997E+00 2.499E+01 4.000E+01 1.000E+02 2.000E+02 4.000E+02 6.000E+02 8.000E+02 1.000E+03 1.200E+03 1.800E+03 2.500E+03 4.000E+03 5.000E+03 1.000E+04 1.500E+04 4.000E+04 5.000E+04 8.000E+04 1.000E+05 3.000E+05 3.389E-02 3.362E-02 3.371E-02 3.294E-02 3.226E-02 2.955E-02 2.670E-02 2.401E-02 2.117E-02 1.893E-02 1.390E-02 1.052E-02 6.609E-03 5.398E-03 2.708E-03 1.848E-03 8.839E-04 8.104E-04 7.511E-04 7.141E-04 7.118E-04 Přenosová charakteristika optronu 100.000 U [mv] 10.000 1.000 0.100 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 f [Hz] U m U = 2 3,294 10 = 2 2 100 = 0,0233 V Závěr Měřením jsme ověřili, že dioda LED začne svítit až při určitém napětí (prahové napětí přechodu PN) a s růstem proudu roste množství vyzařovaného světla do okolí až po určitou hodnotu, po které se množství vyzářeného světla mění jen minimálně. Měření na optronu ukázalo, že luminiscenční dioda může přenášet jen úzké kmitočtové pásmo z důvodů setrvačnosti diody LED při změně napětí na této diodě (což bylo vidět také na osciloskopu). Vlastní měření proběhlo celkem hladce, až na počáteční problémy při zapínání měřících přístrojů.