2.Описание экспериментальной установки

Для исследования фотовольтаического эффекта в фотодиоде используется схема, изображенная на рисунке 6.

MX – монохроматор

ОС – оптическая система

Л – лампа накаливания

E_L –– источник питания лампы накаливания

ФД – фотодиод

PI – амперметр

PV – вольтметр

S1 – переключатель

R1, R2 – резисторы

Eп – источник питания фотодиода

Собирая схему по рисунку 4, необходимо подключить: «+» амперметра (PI) – к гнезду 1, а «-» амперметра (PI) – к гнезду 2; «+» вольтметра (PV) – к гнезду 3, а «-» вольтметра (PV) – к гнезду 4; «+» источника питания фотодиода – к гнезду «+» Eп , а «-» источника питания фотодиода – к гнезду «-» Eп .

3. Порядок выполнения работы

Часть 1 (2 часа). Экспериментальное исследования фотовольтаического эффекта

1.1 Собрать схему экспериментальной установки по рисунку 6.

1.2 Переключатель S1 установить в положение U_xx, а напряжение источника питания лампы накаливания E_L установить 200 В.

3. Длина волны света должна соответствовать максимальной чувствительности фотодиода. Для этого, вращая барабан монохроматора, добиться максимального напряжения, фиксируемого вольтметром PV.

4. Снять вольт-амперные характеристики фотодиода в режиме компенсации прямого тока фототоком. Для этого:

5. Подсоединить источник питания Eп 1.5 В в соответствии с полярностью, указанной на рисунке 6, а переключатель S1 установить в положение Uсм. Напряжение источника питания лампы накаливания E_L установить 50 В. Считая, что интенсивность света I_св, падающего на фотодиод, пропорциональна напряжению Е_L, принимаем, что значения I_св в относительных единицах численно равны значениям напряжения Е_L.

6. Напряжение прямого смещения U_пр., измеряемого вольтметром PV, задавать с помощью резистора R1 от 0 до 0.44 В с шагом 0.05 В. По показаниям амперметра PI фиксировать значения тока фотодиода I_ф для каждого значения U_пр и соответствующего значения напряжения E_L. Результаты занести в таблицу 1.

7. Увеличить напряжение источника питания E_L на 50 В.

8. Повторить пункты 1.6 и 1.7 до значения напряжения Е_L 250 В включительно.

Внимание! Значения токов записывать в соответствии со знаком тока.

Таблица 1 - Зависимость тока фотодиода от прямого напряжения при I_св. = var для режима компенсации

Iсв	50	100	150	200	250
Uпр. В	Iф1 мкА	Iф2 мкА	Iф3 мкА	Iф4 мкА	Iф5 мкА
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.40
0.44

3. Снять вольт-амперные характеристики фотодиода в фотодиодном режиме. Для этого:

4. Переключатель S1 оставить в положении Uсм.

5. Подсоединить «+» источника питания фотодиода – к гнезду «-» Eп , а «-» источника питания фотодиода – к гнезду «+» Eп. Установить напряжение источника питания 45 В. Напряжение источника питания лампы накаливания E_L установить 50 В.

6. Напряжение обратного смещения U_обр., измеряемого вольтметром PV, задавать с помощью резистора R1 от 0 до -14 В с шагом 3 В. По показаниям амперметра PI фиксировать значения тока фотодиода I_ф для каждого значения U_обр. и соответствующего значения напряжения E_L. Результаты занести в таблицу 2.

7. Увеличить напряжение источника питания E_L на 50 В.

8. Повторить пункты 1.12 и 1.13 до значения напряжения Е_L 250 В включительно.

Таблица 2 - Зависимость тока фотодиода от обратного напряжения при I_св. = var для фотодиодного режима

Iсв	50	100	150	200	250
Uобр.	Iф1 мкА	Iф2 мкА	Iф3 мкА	Iф4 мкА	Iф5 мкА
0
-3
-6
-9
-12
-14

3. Отключить источник питания. Снять зависимость напряжения холостого хода от интенсивности света ( вентильный режим). Для этого:

4. Переключатель S1 установить в положении U_хх.

5. Изменяя напряжение источника питания лампы накаливания от 50 до до 250 В с шагом 50 В, фиксировать напряжение на фотодиоде по показаниям вольтметра PV. Результаты занести в таблицу 3.

Таблица 3 - Зависимость напряжения U_хх от интенсивности света I_св. для вентильного режима фотодиода

Iсв.	50	100	150	200	250
Uхх,В

3. Снять зависимость ток короткого замыкания от интенсивности света (вентильный режим). Для этого:

4. Переключатель S1 установить в положении I_кз.

5. Изменяя напряжение источника питания лампы накаливания от 50 до до 250 В с шагом 50 В, фиксировать значения тока фотодиода по показаниям амперметра PI. Результаты занести в таблицу 4.

Таблица 4 - Зависимость тока короткого замыкания I_кз от интенсивности света I_св для вентильного режима фотодиода

Iсв.	50	100	150	200	250
Iкз,мкА

3. По данным таблиц 1 и 2 построить графики зависимостей I_ф = и I_ф = соответственно.

4. По данным таблиц 3 и 4 построить графики зависимостей U_хх = f(I_св.) и I_кз. = f(I_св.) соответственно.