1.2. Описание установки
Схема установки для исследования характеристик фотодиодов представлена на рис. 1.4. Излучение от светодиода 1, подключенного к блоку питания, проецируется на фотодиод 2. Фототок измеряется с помощью амперметра, а напряжение на фотодиоде контролируется дополнительным вольтметром. Измерения могут проводиться как без подачи напряжения смещения на фотодиод (вентильный режим), так и в фотодиодном режиме.
Рис. 1.4. Блок-схема для исследования характеристик фотодиода
Вольтамперные характеристики фотодиода измеряются как без освещения (светодиод отключен), так и при различных мощностях излучения, падающего на фотодиод. Напряжение смещения подается от блока питания для измерения ВАХ. Изменение величины светового потока производится путем регулирования прямого тока, пропускаемого через светодиод. Для измерения нагрузочных характеристик используется набор резисторов с разными величинами сопротивления.
1.3. Исследование полупроводникового фотодиода. Проведение измерений
ВАЖНО! Используемые в работе источники питания могут обеспечить широкий диапазон подаваемых напряжений и токов, значительно превышающий допустимые параметры как для светодиода, так и для фотоприемника. Во избежание выхода установки из строя при регулировании значений смещения следует пользоваться только ручкам "FINE" ("Точно") на обоих блоках питания. Блок питания для измерения ВАХ должен быть соединен с дополнительным амперметром, тогда как блок питания светодиода работает отдельно.
Убедиться, что ручки регулирования тока на блоке питания светодиода находятся в крайних положениях против часовой стрелки. Включить блок питания светодиода. Убедиться, что блок находится в режиме стабилизации по току (горит красный светодиод на блоке). Во время работы ток не должен превышать 100 мА. В случае неправильной настройки блока следует позвать преподавателя.
Убедиться, что ручки регулирования напряжения на блоке питания для измерения ВАХ находятся в крайних положениях против часовой стрелки. Включить блок питания ВАХ. Убедиться, что блок находится в режиме стабилизации по напряжению (горит зеленый светодиод на блоке). Включить вольтметр и амперметр. Значения тока и напряжения на блоке питания не соответствуют истинным параметрам для фотоприемника. Задаваемое напряжение следует контролировать на дополнительном вольтметре. Значение напряжения на этом вольтметре не должно превышать 1 В.
Исследовать вольт-амперную характеристику фотодиода без освещения. Выключить питание светодиода (установить ток светодиода равный нулю, либо выключить БП СИД). Убедиться, что установлено значение нагрузочного сопротивления фотодиода Rн = 0 кОм. Измерить обратную ветвь темновой ВАХ фотодиода, изменяя напряжение на блоке питания ФД от 0 до –1 В через 0,2 В (значение напряжения следует контролировать по дополнительному вольтметру). Поменять положение электрических контактов на блоке питания ФД на противоположное, и измерить прямую ветвь ВАХ при тех же напряжениях.
Исследовать вольт-амперную характеристику фотодиода при различных освещенностях чувствительной площадки. Изменять ток на блоке питания светодиода от 20 мА до 100 мА через 20 мА и при каждом токе измерить ВАХ аналогично п. 4.
Исследовать зависимость фототока короткого замыкания Iкз от величины светового потока, изменяя значение тока на светодиоде от 0 мА до 100 мА через 10 мА. При этом напряжение на блоке питания ФД должно быть равно нулю (либо блок питания ФД выключен).
Исследовать зависимость Uхх от величины светового потока при тех же значениях тока, протекающего через светодиод, при которых снималась аналогичная зависимость для Iкз. При измерении напряжения холостого хода необходимо, чтобы Rн = ∞, а величина тока в цепи фотодиода равнялась нулю.
Установить Rн = 10 кОм. Измерить световую характеристику фотодиода (Iф = f(Ф)) в вентильном режиме работы (при напряжении смещения на фотоприемнике U = 0 В) и в фотодиодном режиме (включение соответствующее измерению обратной ветви ВАХ, U = –1 В). Значение тока на светодиоде изменять от 0 мА до 21 мА через 3 мА.
Исследовать нагрузочные характеристики фотодиода в вентильном режиме работы. Установить ток светодиода 20 мА. Изменяя сопротивление нагрузки Rн, измерить значение тока в цепи фотодиода и напряжения на фотодиоде при каждом значении сопротивления.