МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра фотоники
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №2
по дисциплине «квантовая и оптическая электроника»
Тема: Исследование характеристик ВАХ фототранзисторов
Студенты гр. 7201 |
|
Шапошников В.А. |
|
|
Шурыгин А.С. |
|
|
Яковенко Е.В. |
Преподаватель |
|
Ламкин И.А. |
Санкт-Петербург
2020
Цель работы: исследование ВАХ фототранзисторов.
Схема установки для исследования характеристик фотоприемников.
Лабораторный стенд состоит из трех фотоприемников (фоторезистора LDR1 и двух фототранзисторов T1 и T2) и трех светодиодов (HL1, HL2, HL3), свет которых проецируется на соответствующий фотоприемник. Блок–схема установки для исследования характеристик данных фотоприемников представлена на рисунке 1.
Рис. 1 – Блок-схема для исследования характеристик фотоприемников.
Электрическая схема сконструированного стенда показана на рисунке 2. Блок питания светодиода (ИП СИД) подает необходимое напряжение на соответствующий светодиод (HL1, HL2, HL3). Мощность светового потока, излучаемого СИД, регулируется изменением прямого тока, проходящего через светодиод и контролируемого амперметром (мультиметр 3). Токи, которые при этом появляются в фотоприемнике, измеряются амперметром (мультиметр 1). Дополнительный блок питания (ИП ФП) подает напряжение смещения на фотоприемники. Напряжение на фотоприемниках контролируется вольтметром (мультиметр 2).
Рисунок 2 – Электрическая схема лабораторного стенда для исследования характеристик фотоприемников.
Ключи SW1 и SW2 работают синхронно. При переводе ключа SW1 в положение 1, в цепь включается исследуемый нами фототранзистор T1, параллельно ключ SW2 включает в цепь соответствующий светодиод HL1. Если перевести ключ SW1 в положение 2, то он включит в цепь второй фототранзистор T2, а SW2 – второй светодиод HL2. При переходе ключа SW1 в положение 3, в цепь включается фоторезистор LDR1, ключ SW2 включает в цепь последний светодиод HL3. Мощность светового потока, падающего на фотоприемник, регулируется за счет изменения тока, проходящего через СИД. Напряжение на включенном в данный момент в цепь фотоприемнике измеряется вольтметром (мультиметр 2).
Ключ SW3 меняет режим работы цепи. При переводе ключа SW3 в положение 1 происходит обрыв цепи, что соответствует режиму холостого хода (ХХ) – ток в цепи фотоприемников не течет. При переводе ключа SW3 в положение 2 в цепь фотоприемников включается источник питания фотоприемников (ИП ФП). Благодаря переключателю «прямая/обратная» осуществляется смена полярности напряжения, которое подается на фотодетектор. Ток, который при этом начинает протекать в цепи фотоприемников, измеряется с помощью амперметра (мультиметр 1).
Обработка результатов
Табл.1 ВАХ фототранзистора №1
ФТ1 |
||||||||||||
Iсв, мА |
|
U, В |
||||||||||
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
3 |
5 |
7 |
9 |
10 |
||
0 |
Iфт, мА |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
7,4 |
4 |
0 |
0,015 |
0,016 |
0,016 |
0,017 |
0,017 |
0,022 |
0,027 |
0,036 |
0,048 |
7,6 |
|
8 |
0 |
0,034 |
0,035 |
0,036 |
0,037 |
0,038 |
0,048 |
0,058 |
0,073 |
0,094 |
8,5 |
|
12 |
0 |
0,054 |
0,056 |
0,057 |
0,059 |
0,06 |
0,074 |
0,089 |
0,111 |
0,14 |
8,7 |
|
16 |
0,011 |
0,074 |
0,077 |
0,078 |
0,081 |
0,082 |
0,1 |
0,119 |
0,143 |
0,182 |
9,1 |
|
18,6 |
0,005 |
0,085 |
0,089 |
0,091 |
0,094 |
0,095 |
0,117 |
0,135 |
0,164 |
0,205 |
9,5 |
|
Табл.2 ВАХ фототранзистора №2
ФТ2 |
||||||||||||
Iсв, мА |
|
U, В |
||||||||||
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
3 |
5 |
7 |
9 |
10 |
||
0 |
Iфт, мА |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
91 |
128 |
4 |
0 |
0,175 |
0,179 |
0,182 |
0,185 |
0,188 |
0,214 |
0,2541 |
0,415 |
91 |
132 |
|
8 |
0 |
0,305 |
0,309 |
0,314 |
0,321 |
0,326 |
0,371 |
0,435 |
0,768 |
94 |
133 |
|
12 |
0 |
0,5 |
0,507 |
0,518 |
0,526 |
0,534 |
0,605 |
0,712 |
1,367 |
98 |
134,8 |
|
16 |
0,011 |
0,633 |
0,666 |
0,681 |
0,689 |
0,699 |
0,795 |
0,935 |
1,93 |
97 |
144 |
|
18,6 |
0,015 |
0,774 |
0,793 |
0,808 |
0,82 |
0,829 |
0,95 |
1,105 |
2,6 |
98 |
144 |
|
Табл.3 ВАХ фототранзистора №3
ФТ3 |
||||||||||||
Iсв, мА |
|
U, В |
||||||||||
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
3 |
5 |
7 |
9 |
10 |
||
0 |
Iфт, мА |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
6 |
4 |
0 |
0,008 |
0,008 |
0,008 |
0,009 |
0,009 |
0,011 |
0,015 |
0,019 |
0,027 |
6,3 |
|
8 |
0 |
0,018 |
0,018 |
0,019 |
0,019 |
0,02 |
0,025 |
0,032 |
0,041 |
0,056 |
7,4 |
|
12 |
0 |
0,028 |
0,029 |
0,03 |
0,031 |
0,032 |
0,039 |
0,049 |
0,063 |
0,085 |
7,8 |
|
16 |
0 |
0,04 |
0,041 |
0,042 |
0,043 |
0,044 |
0,055 |
0,068 |
0,084 |
0,182 |
8,2 |
|
18,6 |
0,005 |
0,047 |
0,048 |
0,05 |
0,051 |
0,052 |
0,065 |
0,078 |
0,097 |
0,182 |
8,4 |
|
Рис.3 ВАХ фототранзистора №1
Рис.4 ВАХ фототранзистора №2
Рис.5 ВАХ фототранзистора №3
Вывод: в данной лабораторной работе были исследованы ВАХ трех фототранзисторов при различной степени освещенности (освещенность характеризуется током, поданным на светодиод). При нулевой освещенности ток фототранзистора до определенного напряжения (9-10 В) равен нулю, затем наблюдается резкий скачок. При увеличении освещенности при неизменном напряжении ток для первого и третьего фототранзистора меняется на десятки микроампер, для второго – на сотни микроампер (до участка резкого скачка тока). Это связано с тем, что у второго транзистора больший коэффициент усиления по току. При увеличении напряжения при неизменной освещенности ток для первого и третьего фототранзистора также меняется на десятки микроампер, для второго – на сотни микроампер (до участка резкого скачка тока). Заметное увеличение фототока на единицы миллиампер в зависимости от освещенности наблюдается на участке резкого скачка тока в зависимости от напряжения.