SB 272 VŠB TUO Ostrava Program 4. Fotoelektrické snímače Vypracoval: Crlík Zdeněk Spolupracoval: Jaroslav Datum měření: 6.04.2006
Zadání 1. Seznamte se s předloženými součástkami pro detekci světelného záření a určete podle katalogu TESLA jejich parametry. 2. Proveďte na měřicím přípravku měření: světelné charakteristiky fotoodporu světelné charakteristiky fototranzistoru KP 101 světelné charakteristiky fotodiody 1PP75 v hradlovém a odporovém zapojení. 3. Určete vliv výměnných barevných filtrů na světelnou charakteristiku uvedených fotodetektorů 4. Spočítejte rovnice regresních přímek v lineárních úsecích statických charakteristik, proveďte celkové zhodnocení a srovnání. Schéma
Teoretický rozbor Fotorezistor: Lineární symetrický jednobran, jehož odpor výrazně závisí na ozáření. Materiál: CdS, PbS, InSb, Použití: měření intenzity osvětlení (ozáření), požární hlásič, explozimetry. Klady: vysoká citlivost Zápory: velká setrvačnost (τ>1ms), teplotní závislost Fototranzistor: Bipolární, křemíkový, planární nebo epitaxně planární tranzistor s emitorovým přechodem přístupným světlu. S vyvedenou Klady: větší citlivost bází Zápory: horší dynamické vlastnosti (τ=0,5ms) Bez báze Fotodioda: Polovodičová dioda, její přechod PN je přístupný záření. Materiál: momokrystal s PN nebo PIN přechodem Odporový režim: charakteristiky jsou lineární, rovnoměrně vzdálené. Hradlový režim: dioda se chová jako stejnosměrný zdroj, malá setrvačnost (τ=1μs) Postup měření 1. Seznamte se s předloženými součástkami pro detekci světelného záření a určete podle katalogu TESLA jejich parametry které zapište do vhodně zvolené tabulky. 2. Proveďte měření na měřicím přípravku s řízeným zdrojem osvětlení a s vestavěnými fotosnímači, které jsou zapojeny dle obr.7. 3. Zapojte v odporovém režimu dle obr. 1 fotoodpor, fotodiodu a fototranzistor a změřte jejich světelné charakteristiky v závislosti na intenzitě osvětlení E [ lx ]. Měření s barevnými filtry provádějte pro všechny fotosoučástky při stejných intenzitách osvětlení E. (Doporuč. 20,30,40 a 50 lx). 4. Zapojte v hradlovém režimu fotodiodu dle obr. 2 a změřte její světelnou charakteristiku pro zatěžovací odpor Rz = 0.
5. Proveďte zapojení na zkušebním přípravku určených fotosnímačů dle obr. 3 až obr. 6 a ověřte jejich funkci v určeném rozsahu. 6. Určete vliv výměnných filtrů na světelnou charakteristiku uvedených fotosnímačů. 7. Určete koeficienty regresních přímek světelných charakteristik vybraných snímačů a proveďte celkové zhodnocení a srovnání. Výpočty a) Příklady výpočtu převodu odečdečt hodnota rozsah ampérmetru = rozsah stupnice ampérmetru 29 0,24 = = 0,06 120 b) Lineární regrese y = a + b x b = x y n 2 ( x) n x y x ( y b ) 1 a = x n 2
Tabulky Odporové zapojení fotodiody Počet měření Odečtená hodnota Rozsah ampérmetru lux 1 29 0,24 0,06 10 2 33 0,24 0,07 20 3 35 0,24 0,07 30 4 38 0,24 0,08 40 5 41,5 0,24 0,08 50 6 44 0,24 0,09 60 7 46 0,24 0,09 70 8 48,5 0,24 0,10 80 9 50 0,24 0,10 90 10 53 0,24 0,11 100 11 57 0,24 0,11 120 12 62 0,24 0,12 140 13 64 0,24 0,13 160 14 69,5 0,24 0,14 180 15 74 0,24 0,15 200 16 83 0,24 0,17 250 17 91 0,24 0,18 300 18 98 0,24 0,20 350 Hradlové zapojení fotodiody Počet měření Odečtená hodnota Rozsah ampérmetru lux 1 10,5 0,4 0,04 20 2 16 0,4 0,05 40 3 20,5 0,4 0,07 60 4 24 0,4 0,08 80 5 28 0,4 0,09 100 6 31 0,4 0,10 120 7 34 0,4 0,11 140 8 36 0,4 0,12 160 9 38 0,4 0,13 180 10 40,5 0,4 0,14 200 11 43 0,4 0,14 250 12 46 0,4 0,15 300 13 48 0,4 0,16 350
Fototranzistor Počet měření Odečtená hodnota Rozsah ampérmetru lux 1 8,5 2,4 0,17 20 2 15 2,4 0,30 40 3 23 2,4 0,46 60 4 29,5 2,4 0,59 80 5 37 2,4 0,74 100 6 44 2,4 0,88 120 7 51,5 2,4 1,03 140 8 56 2,4 1,12 160 9 63 2,4 1,26 180 10 72 2,4 1,44 200 11 86 2,4 1,72 250 12 100 2,4 2,00 300 13 103 2,4 2,06 350 Fotoodpor Počet měření Odečtená hodnota Rozsah ampérmetru lux 1 53 2,4 1,06 20 2 69,5 2,4 1,39 40 3 86 2,4 1,72 60 4 96 2,4 1,92 80 5 105,5 2,4 2,11 100 6 117 2,4 2,34 120 7 31 12 3,10 140 8 32 12 3,20 160 9 34,5 12 3,45 180 10 37 12 3,70 200 11 42 12 4,20 250 12 45 12 4,50 300 13 48 12 4,80 350
Fotoodpor se stínidlem (filtr) Počet měření Odečtená hodnota Rozsah ampérmetru lux 1 29,5 2,4 0,59 10 2 46 2,4 0,92 20 3 53 2,4 1,06 30 4 60 2,4 1,20 40 5 68 2,4 1,36 50 6 75 2,4 1,50 60 7 80 2,4 1,60 70 8 85 2,4 1,70 80 9 89 2,4 1,78 90 10 94 2,4 1,88 100 11 96,5 2,4 1,93 110 12 102,5 2,4 2,05 120 13 110 2,4 2,20 130 Grafy Světelná charakteristika fotodiody 0,25 0,20 y = 0,0004x + 0,062 0,15 0,10 0,05 0,00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 E[lx] Fotodioda Lineární (Fotodioda)
Světelná charakteristika hrdlového zapojení fotodiody 0,20 0,15 y = 0,0004x + 0,0499 0,10 0,05 0,00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 E[lx] Hrdlová fotodioda Lineární (Hrdlová fotodioda) Světelná charakteristika fototranzistoru 2,50 2,00 y = 0,0061x + 0,1201 1,50 1,00 0,50 0,00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 E[lx] Fototranzistor Lineární (Fototranzistor)
Světelná charakteristika fotoodporu 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 y = 0,0119x + 1,0516 0 50 100 150 200 250 300 350 400 E[lx] Fotoodpor Lineární (Fotoodpor) Světelná charakteristika fotoodporu s filtrem 2,50 2,00 y = 0,012x + 0,6796 1,50 1,00 0,50 0,00 0 20 40 60 80 100 120 140 E[lx] Fotoodpor s filtrem Lineární (Fotoodpor s filtrem) Závěr Při měření jsme zjistili, že charakteristiky( závislost proudu na intenzitě osvětlení ) FOTOODPORU, FOTOTRANZISTORU, FOTODIODY jsou přibližně lineární. Bohužel jsme vlivem nedostatku času, zapříčiněnou naší neodborností při plnění úloh, nestihli změřit hodnoty dolů. Pak bychom mohli stanovit případnou hysterézy při směru nahoru a dolů. Měření nám znepříjemňovalo také často vychylující se ručička luxmetru, což nám
negativně ovlivnilo světelnou charakteristiku. Přesto můžeme konstatovat, že vliv filtru na světelnou charakteristiku FOTOOPORU se projevuje tak, že závislost proudu na intenzitě osvětlení je přibližně poloviční než bez filtru.