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

Podobné dokumenty
Úloha č.9 - Detekce optického záření

1 Úvod. 2 Pom cky. 3 Postup a výsledky. 3.1 Ov ení vlastností fotoodporu

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

Elektronické praktikum EPR1

R F = (U 0 Uz)R z U z

Spektrální charakteristiky fotodetektorů

Měření charakteristik fotocitlivých prvků

Grafické řešení: obvod s fotodiodou

Fotoelektrické snímače

2 Nd:YAG laser buzený laserovou diodou

11. Polovodičové diody

Fotoelektrické snímače

Základním praktikum z optiky

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Elektronické praktikum EPR1

LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Fotodioda ve fotovodivostním a fotovoltaickém režimu OPTRON

Praktikum III - Optika

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

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

MĚŘENÍ PARAMETRŮ FOTOVOLTAICKÉHO ČLÁNKU PŘI ZMĚNĚ SÉRIOVÉHO A PARALELNÍHO ODPORU

Základní měření s výchylkovými multimetry Laboratorní cvičení č. 1

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Manuální, technická a elektrozručnost

Úloha 5: Charakteristiky optoelektronických součástek

ETC Embedded Technology Club setkání 5, 3B zahájení třetího ročníku

Laboratorní práce č. 3: Měření elektrického proudu a napětí

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

2. Pomocí Hg výbojky okalibrujte stupnici monochromátoru SPM 2.

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jiří Kozlík dne:

Měření VA charakteristik polovodičových diod

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

Měření vlastností stejnosměrných tranzistorových zesilovačů

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

Teplota, [ C] I th, [ma] a, [V/mA] 7 33,1 0, ,3 0, ,5 0, ,5 0, ,7 0, ,9 0,15

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

V-A charakteristika polovodičové diody

Martin Lipinský A Fyzikální Praktikum Měření proudu a napětí v obvodech elektrického proudu

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

ETC Embedded Technology Club setkání 4, 3B zahájení třetího ročníku

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

Měření Planckovy konstanty

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

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

- 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.

25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory

ETC Embedded Technology Club 10. setkání

Laboratorní práce č. 1: Určení voltampérových charakteristik spotřebičů

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

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

2. Určete optimální pracovní bod a účinnost solárního článku při dané intenzitě osvětlení, stanovte R SH, R SO, FF, MPP

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

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

Charakteristiky optoelektronických součástek

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

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

Praktikum z experimentálních metod biofyziky a chemické fyziky I. Vypracoval: Jana Čurdová, Martin Kříž, Vít Marek. Dne: 2.3.

Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru

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

Účinnost tepelného stroje

Optoelektronika. Zdroje. Detektory. Systémy

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

Laboratorní práce č. 4: Určení elektrického odporu

.100[% ; W, W ; V, A, V, A]

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

Klasifikace: bodů výborně bodů velmi dobře bodů dobře 0-49 bodů nevyhověl. Příklad testu je na následující straně.

Návrh frekvenčního filtru

2 Teoretický úvod 3. 4 Schéma zapojení Měření třemi wattmetry (Aronovo zapojení) Tabulka hodnot pro měření dvěmi wattmetry...

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

Základním praktikum z laserové techniky

MATURITNÍ ZKOUŠKA Z ELEKTROTECHNICKÝCH MĚŘENÍ

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

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

Pracovní list - Laboratorní práce č. 7 Jméno: Třída: Skupina:

Studium fotoelektrického jevu

Typ UCE0 (V) IC (A) PCmax (W)

Název: Měření paralelního rezonančního LC obvodu

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

Návod k použití. Sada SEG sluneční články kat. číslo Kat. číslo

Pracovní list žáka (SŠ)

Protokol o měření. Jak ho správně zpracovat

2 Přímé a nepřímé měření odporu

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

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

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

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření optoelektronického vazebního členu, část

Měření fotometrických parametrů světelných zdrojů

Měření parametrů světelných zdrojů a osvětlení

1.3 Bipolární tranzistor

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

Pracoviště 1. Vliv vnitřního odporu voltmetru na výstupní napětí můstku. Přístroje: Úkol měření: Schéma zapojení:

Mějme obvod podle obrázku. Jaké napětí bude v bodech 1, 2, 3 (proti zemní svorce)? Jaké mezi uzly 1 a 2? Jaké mezi uzly 2 a 3?

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

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY. OPTICKÝ SPOJ LR-830/1550 Technický popis

Transkript:

Název a číslo úlohy: 9 Detekce optického záření Datum měření: 4. května 2 Měření provedli: Vojtěch Horný, Jaroslav Zeman Vypracovali: Vojtěch Horný a Jaroslav Zeman společnými silami Datum: 4. května 2 Hodnocení: Abstrakt Cílem úlohy bylo seznámit se s principem fungování různých optických detektorů (fotoodpor, fotodioda a fototranzistor) a s jejich základními charakteristikami. Úvod Principem většiny fotodetektorů je převod optického signálu na elektrický, který je pak předmětem samotného měření. Využívá se přitom zejména fotoelektrického jevu. Další skupinou fotodetektorů, která se však v praxi využívá zřídka, jsou tepelné detektory. Jejich nevýhodou je nízká účinnost a dlouhá doba odezvy. 2 Pomůcky Zdroj stejnosměrného napětí, digitální multimetr, červená laserová dioda (λ=65nm), infračervená laserová dioda (λ=78 nm), halogenová lampa, fotoodpor, křemíková PIN fotodioda, NPN fototranzistor, otočný potenciometr (R max =2 kω), otočný atenuátor, zapojovací panel, spojovací kabely, stojánky k uchycení prvků 3 Vypracované úkoly Ověření vlastností fotoodporu Určete velikost zátěžového odporu R z. Do grafu vyneste závislost R f (P i ) tak, že na obou osách použijete logaritmické měřítko. Fotoodpor jsme zapojili do série se zátěžovým odporem, který byl realizovaný potenciometrem. Nastavili jsme na něm odpor R z = 2,5 kω, který byl nejblíže hodnotě R lx = kω. Na oba odpory jsme přivedli celkové napětí U = V. Proměřovali jsme napětí na zátěžovém odporu U z a snadno jsme si promysleli (Ohmův zákon), že pro fotoodpor platí ( ) U R f = R z U z. Naměřená závislost R f (P i ) je vykreslena v grafu. Je patrná lineární závislost fotoodporu na dopadajícím optickém výkonu.

2 5 P i =,26 mw P i =,22 mw Rf [kω] I [ma] 5... P i [mw] 2 4 6 8 Obrázek : Závislost odpor fotorezistoru na výkonu dopadajícího záření Obrázek 2: Voltampérová charakteristika fotorezistoru Voltampérová charakteristika fotoodporu Vykreslete voltampérovou charakteristiku fotoodporu při alespoň dvou různých hodnotách dopadajícího optického výkonu. Fotoodpor jsme připojili přímo ke zdroji napětí a procházející proud jsme měřili digitálním multimetrem. Měření probíhala pro dopadající optické výkony,26 mw a,22 mw. Graf 2 ukazuje lineární závislost proudu na napětí pro oba případy. Voltampérová charakteristika fotodiody Vykreslete voltampérové charakteristiky PIN fotodiody při různých velikostech dopadajícího optického výkonu. Okomentujte závislost voltampérové charakteristiky na hodnotě P i. Zapojili jsme PIN fotodiodu nejprve v propustném, a poté i závěrném směru do obvodu bez zátěžového odporu. O propustném směru jsme rozhodli experimentálně, zatížili jsme fotodiodu napětím V a v propustném směru jsme pozorovali tok proudu na ampérové stupnici, v závěrném směru jsme nepozorovali nic. Charakteristiku jsme proměřili pro tři hodnoty dopadajícího optického výkonu, konkrétně pro 2,94 mw,,26 mw a mw, tj. bez dopadajícího záření. Při propustném směru jsme naměřili celkem 6 hodnot pro každý výkon od V až po,5 V s krokem po, V. Pro závěrný směr jsme měřili od V po - V s krokem V. Voltampérové charakteristiky jsou vykresleny v grafech 3 a 4. 2

2.5 2 P i = 2,94 mw P i =,26 mw P i =, mw.2 I [A].5 I [ma].4.6.8 P i = 2,94 mw P i =,26 mw P i =, mw.5.2.4.6.8.2.4.6.2 8 6 4 2 Obrázek 3: Voltampérová charakteristika fotodiody v propustném směru Obrázek 4: Voltampérová charakteristika fotodiody v závěrném směru Diskuse V propustném směru jsou voltampérové charakteristiky pro různé hodnoty výkony nerozlišitelné. V závěrném směru jakýsi rozdíl vidíme. Je však způsoben pouze tím, že hodnoty proudu jsou v miliampérech. S takovou přesností jsme v propustném směru neměřili,v grafu proto rozdíl nevidíme. V závěrném směru jsou závislosti konstantní pro všechny výkony. Samozřejmě, největší proud (v absolutní hodnotě) protéká pro největší optický výkon. Konstantnost nás nijak nepřekvapuje, jelikož udávaná hodnota průrazného napětí je 3 V a my jsme měřili pouze do V. Spektrální citlivost fotodiody Určete hodnoty citlivosti C PIN a účinnosti η λ pro vlnové délky použitých zdrojů světla. Porovnejte získané hodnoty s teorií Naměřené hodnoty I f (P i ) vyneste do grafu a získanou závislost porovnejte s teorií. Nastavovali jsme hodnoty dopadajícího optického výkonu P i a měřili hodnotu napětí U na zátěžovém odporu při R z = kω. Tím jsme vlastně měřili i fotoproud I f = U.R z. Citlivost C jsme vypočetli podle vztahu C = P i /I f a účinnost η λ jako η λ =, 24C/λ. Výsledky pro oba moduly jsou uvedeny v tabulkách a 2. Měření probíhalo při závěrném směru na fotodioda U R = - V. Vlnové délky jednotlivých vlnových modulů byly,65 µm a,78 µm. Naměřené hodnoty citlivosti i účinnosti jsou v souladu s teorií. Naměřenou závislost If(P i ) zobrazuje graf 5. Naměřená závislost odpovídá teoretickému očekávání. 3

Tabulka : Hodnoty citlivosti C účinnosti η pro vlnovou délku 65 nm. P i - dopadající optický výkon, U napětí na zátěžovém odporu, I f - fotoproud. Tabulka 2: Hodnoty citlivosti C účinnosti η pro vlnovou délku 78 nm. P i - dopadající optický výkon, U napětí na zátěžovém odporu, I f - fotoproud. P i [W] U [V] I f [ma] C [A/W] η [-] 2,94,75,75,37,7,42,5,5,36,69,56,9,9,34,65,26,93,93,36,68,2,42,42,35,67,48,7,7,35,68,22,7,7,32,6 P i [W] U [V] I f [ma] C [A/W] η [-] 3,59,59,53,84 2,24,4,4,5,8,4,73,73,52,83,52,52,52,83,7,36,36,5,82,46,25,25,54,86,34,6,6,47,75 λ = 65nm λ = 78nm If [kω].... P i [mw] Obrázek 5: Závislost proudu procházejícím fotodiodou na výkonu dopadajícího záření různých vlnových délek Fotovoltaické zapojení fotodiody Vykreslete voltampérovou charakteristiku fotovoltaického zapojení PIN fotodiody. Uved te hodnotu maximálního výstupního výkonu fotodiody P max a schéma zapojení solárního panelu s výkonem W při napětí A. Na PIN fotodiodu osvětlenou halogenovou lampou jsme sériově připojili potenciometr a měřili napětí na fotodiodě a proud protékající obvodem. Voltampérová charakteristika fotovoltaického zapojení PIN diody, tedy závislost proudu protékajícího obvodem na napětí měřeném na fotodiodě je zobrazena v grafu 6. Změřili jsme i další požadované hodnoty, proud nakrátko 5,4 ma, napětí naprázdno 57 mv a maximální výkon P= 6,5 mw při napětí 4 mv a proudu 4,3 ma. Abychom získali solární panel s výkonem W při napětí V, bylo by třeba zapojit 2 paralelních větví vždy 4

po třech sériově zapojených fotodiodách. 6 2 I [ma] 5 4 3 2 5 VA charakteristika výkon..2.3.4.5.6 5 P [mw] Obrázek 6: Voltampérová charakteristika fotodiody ve fotovoltaickém zapojení Proudová charakteristika fototranzistoru Vykreslete graf závislosti kolektorového proudu I CE na dopadajícím optickém výkonu P i. Zapojili jsme fototranzistor kolektorem ke kladné elektrodě na zdroji a bází přes zátěžový odpor R z = Ω k záporné elektrodě na zdroji napětí. Na zdroji jsme nastavili 5, V a pro různé intenzity dopadajícího světla jsme měřili napětí na zátěžovém odporu U z. Jednoduše jsme tak získali kolektorový proud I CE = U z /R z. Naměřená závislost I CE (P I ) je zobrazena v grafu 7. ICE [ma]... P i [mw] Obrázek 7: Závislost proud procházejícího fototranzistorem na výkonu dopadajícího záření 5

4 Závěr Seznámili jsme se s principem jednotlivých fotodetektorů. Proměřili jsme různé charakteristiky fotoodporu, fotodiody a fototranzistoru. Literatura [] Návod k úloze 9 [online], [cit. 3. května 2], http://optics.fjfi.cvut.cz/files/pdf/zpop_9.pdf 6