5.4. Описание измерительной установки и методов измерения
Рисунок 5.5 показывает блок-схему лабораторной установки. В состав лабораторной установки входят:
стенд для измерения ватт-амперных характеристик полупроводникового лазера при различных температурах;
вольтметр универсальный портативный В7-58/2;
персональный компьютер с СОМ-портом и с операционной системой Win9x/2k/XP/Vista.
Лабораторная установка позволяет измерить силу света Imax светодиода в максимуме диаграммы направленности излучения в зависимости от установленного интерфейсной программой тока ILED через светодиод. Излучение светодиода через коллиматор попадает на кремниевый p-i-n фотодиод с известной спектральной характеристикой (Рисунок 5.6), причем ось симметрии светодиода и коллиматора совпадают. Напряжение U на сопротивлении нагрузки Rl фотодиода измеряется с помощью вольтметра. Так как фотодиод регистрирует поток оптического излучения только в пределах телесного угла, определяемого площадью А его фоточувствительной области и расстоянием L до светодиода, то сила света Imax светодиода в максимуме диаграммы направленности излучения может быть определена по следующей формуле:
, (5.1)
, (5.2)
где S* - интегральная чувствительность кремниевого p-i-n фотодиода к излучению исследуемого светодиода, S() - зависимость монохроматической чувствительности кремниевого p-i-n фотодиода от длины волны (Рисунок 5.6), I0() - относительная (нормированная) функция спектральной плотности силы излучения светодиода (Рисунок 5.3), К - видность излучения светодиода, определяющая световой эквивалент потока излучения светодиода, то есть она характеризует эффективность воздействия энергии излучения светодиода на глаз человека.
1 - порт управления стендом
2 - клемма заземления
3 - разъем питания
4 - входной ВЧ разъем светодиода
5 - выходной электрический разъем фотодиода
Рисунок 5.5. - Блок-схема лабораторной установки
Для нормального дневного зрения на длине волны, соответствующей максимальной чувствительности глаза (555 нм), мощность излучения 1 Вт эквивалентна световому потоку величиной 683 лм, то есть К555= 6 8 3 лм/Вт. Для немонохроматического излучения светодиода видность К определяется выражением
, (5.3)
где V() - относительная функция монохроматической чувствительности глаза человека (Рисунок 5.7, таблица 5.2).
Рисунок 5.6. - Спектральная чувствительность кремниевого p-i-n фотодиода
Рисунок 5.7. - Относительная функция монохроматической чувствительности глаза
Таблица №5.2 Значения относительной функции монохроматической чувствительности глаза
X. мкм |
V(X) |
X, мкм |
V(l) |
0.39 |
0 |
0.59 |
0.7570 |
0.40 |
0.0001 |
0.60 |
0.6310 |
0.41 |
0.0012 |
0.61 |
0.5030 |
0.42 |
0.0040 |
0.62 |
0.3810 |
0.43 |
0.0116 |
0.63 |
0.2650 |
0.44 |
0.0230 |
0.64 |
0.1750 |
0.45 |
0.0380 |
0.65 |
0.1070 |
0.46 |
0.0600 |
0.66 |
0.0610 |
0.47 |
0.0910 |
0.67 |
0.0320 |
0.48 |
0.1390 |
0.68 |
0.0170 |
0.49 |
0.2080 |
0.69 |
0.0082 |
0.50 |
0.3230 |
0.70 |
0.0041 |
0.51 |
0.5030 |
0.71 |
0.0021 |
0.52 |
0.7100 |
0.72 |
0.0010 |
0.53 |
0.8620 |
0.73 |
0.0005 |
0.54 |
0.9540 |
0.74 |
0.0003 |
0.55 |
0.9950 |
0.75 |
0.0002 |
0.56 |
0.9950 |
0.76 |
0.0001 |
0.57 |
0.9520 |
0.77 |
0.000 |
0.58 |
0.8700 |
0.78 |
0.000 |
В стенде лабораторной установки сопротивление нагрузки RL фотодиода равняется 10 кОм, площадь А фоточувствительной области кремниевого p-i-n фотодиода равна 7.5 мм, длина L коллиматора (расстояние между светодиодом и фотодиодом) равна 8.5 см.
Лабораторная установка включается в следующем порядке:
1. Заземлить стенд, вольтметр и персональный компьютер.
2. Подсоединить стенд к СОМ-порту .компьютера с помощью ноль модемного кабеля.
3. Подключить блок питания к стенду при положении "Выкл." кнопки включения стенда.
4. Подключить блок питания стенда к электрической сети 220 В, 50- 60 Гц.
5. Включить стенд (перевести кнопку включения стенда в положение "Вкл."). Индикатор на кнопке включения стенда указывает на наличия напряжения питания на стенде.
6. Включить компьютер и запустить интерфейсную программу стенда.
7. Выбрать в интерфейсной программе номер СОМ-порта, к которому подключен стенд, и произвести соединение интерфейсной программы со стендом нажатием кнопки "F9" на клавиатуре компьютера. Интерфейсная программа произведет диагностику работы стенда и при успешном соединении выведет сообщение "Соединение с СОМх установлено", где "х" - номер СОМ-порта, к которому подключен стенд.
8. Если самодиагностика стенда не выявила ошибок, включить вольтметр и подключить его к выходному разъему фотодиода стенда.