2. Описание лабораторного стенда

Принципиальная схема лабораторного стенда показана на рис. 6.9. В работе исследуются два светоизлучающих диода (видимого спектра излучения и невидимого инфракрасного спектра), а также два типа фотоприёмников (фоторезистор и фотодиод).

При выполнении работы используются следующие приборы, которые подключаются к соответствующим гнездам X₁X₁₁стенда:

- цифровой вольтметр типа В7-27 или B7-16A;

- миллиамперметр типа M2015 или аналогичный для измерения тока источника излучения (подключается к клеммам X₁, X₂или X₁, X₄);

- микроамперметр типа Ф195 - для измерения тока в цепях фотоприемников, подключается к клеммам X₇, X₈или X₁₀, X₁₁.

Для подвода светового потока к фотоприемникам используется специальный щуп. Питание стенда осуществляется от источника постоянного напряжения +12 В.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Исследовать особенности работы светоизлучающих диодов в следующей последовательности.

3.1.1. Собрать схему для исследования СИД видимого излучения. Для чего потенциометр R₃установить в крайнее левое положение (U_пр= 0), затем к гнездам X₁, X₂подключить миллиамперметр М2015 (предел измерения «15 мА») и к гнездам X₀, X₃цифровой вольтметр (предел измерения «1 В»).

3.1.2. Подать напряжение +12 В на испытательный стенд, включив тумблер питания на лицевой панели лабораторного стенда.

3.1.3. Изменяя потенциометром R₃величину токаI_с от 0 доI_с.номв соответствии с табл. 6.1, контролировать величину падения напряжения на СИДU_пр с точностью до 0,01. Результаты измеренийU_прзанести в табл. 6.1.

3.1.4. Повторить пп. 3.1.13.1.3 для светодиода инфракрасного излучения. При этом миллиамперметр подключается в гнёзда X₁, X₂, а вольтметр в гнёзда X₀, X₅.

Таблица 6.1

IС, мA	0	0,1	0,5	1,0	2,0	…	10	IСmax
UПР, B СИД
UПР, B ИК СИД

3.1.5. По результатам измерений построить ВАХ для обоих светодиодов в одних координатных осях.

3.2. Исследовать особенности работы фоторезистора.

3.2.1. В гнездо ввода светового потока к фоторезистору установить светодиод видимого излучения и регулятором R₃сделать токI_с= 0. В этом случае световой поток, воздействующий на фоторезистор будет темновым Ф = 0, а фоторезистор будет иметь максимальное темновое сопротивлениеR_тболее 100 кОм.

3.2.2. Подключить к гнездам Х₀, Х₆цифровой вольтметр, предварительно установив режим работы «измерениеR» и предел измерения сопротивления «100 кОм». При этом миллиамперметр должен быть отключен и, следовательно, цепь питания фоторезистора должна быть разомкнута.

3.2.3. Снять зависимость изменения сопротивления R_фот величины светового потока Ф =kI_с, т.е. зависимостьR_ф=f(ФI_с). Для этого, изменяя дискретно величину токаI_Сот 0 доI_Cmax, согласно табл. 6.2, контролировать величину сопротивленияR_ф. Результаты измерений занести в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Тип источника	Ic, мА	0	0,5	1,0		10		Icmax
Светодиод видимого излучения	Rф1, кОм	Rт
ИК светодиод	Rф2, кОм	Rт

3.2.4. Сменить тип источника светового потока (заменить светодиод видимого излучения светодиодом ИК диапазона) и повторить п. 3.2.3.

По результатам измерений построить графики зависимостей R_ф1=f(I_с) иR_ф2=f(I_с), сравнить их и сделать соответствующие выводы.

3.2.5. Снять семейство вольт-амперных характеристик фоторезистора, т.е. зависимость I_ф=f(U_ф) при различных значениях потока, для чего:

а) в качестве источника света использовать СИД видимого излучения и регулятором тока I_с установить световой поток Ф₁= 0, а затем Ф₂kI_сmax;

б) цифровой вольтметр переключить в режим измерения постоянного напряжения (предел измерения «10 В»). К клеммам Х₇, Х₈подключить микроамперметр (предел измерения «100 мкА»), замкнув тем самым цепь питания фоторезистора;

в) установив световой поток Ф₁, изменять с помощью потенциометраR₄величину напряженияU_фна фоторезисторе с определенным шагом и при этом контролировать фототок I_ф1. Результаты измерений занести в табл. 6.3.

г) установить максимальный световой поток Ф₂= Ф_max=kI_Cmaxи повто-рить п. 3.2.5, в для фототокаI_ф2. Предел измерения микроамперметра при необходимости переключить на «10 мА»;

Таблица 6.3

	UФ,B	0	1	2	4		12
Ф1  0	IФ1, мкA	0
Ф2  kICmax	IФ2, мA	0

д) по результатам измерений построить ВАХ фоторезистора и определить его основные параметры.

3.3. Исследовать особенности работы фотодиода в режиме фотогенератора в следующей последовательности.

3.3.1. Собрать схему для исследования фотодиода, для чего установить источник света в гнездо фотодиода, подключить цифровой вольтметр (предел измерения «10 В») и микроамперметр (предел измерения «100 мкА»). Переключатель S₁поставить в положение «ФГ» и тем самым отключить источник питания от схемы. ПотенциометрR₅поставить в крайнее левое положение.

3.3.2. Установить ток светодиода I_с1= 5 мА и, изменяя потенциометромR₅величину фототокаI_фminдоI_фmax=I_{ф К.З.}, контролировать по вольтметру величину фото-ЭДСE_ф1, генерируемую фотодиодом. Результаты измерений занести в табл. 6.4.

Таблица 6.4

Ф IC	Iф, мкA	Iфmin		IФ К.З.
Ic1= 5, мA	Eф1, мB
Ic1=10, мA	Eф2, мB
Ic1= 20, мA	Eф3, мB

3. Установить ток светодиода I_с2= 10 мА, а затемI_c3= 20 мА и повторить п. 3.3.2.

3.4. Исследовать особенности работы фотодиода в режиме фотопреобразователя, для чего переключатель S1 поставить в положение «ФП», при этом к фотодиоду подключается внешний источник напряжения, запирающей полярности.

3.4.1. Изменить полярность подключения вольтметра (предел измере-ния «10В»), и установить темновой поток Ф = Ф_т = 0, снизив токI_с до нуля. РегуляторR₅поставить в крайне правое положение, в которомR₅= 0.

3.4.2. Снять темновую ВАХ фотодиода, для чего измерять регулятором R₆величину обратного напряжения на фотодиодеU_оброт 0 доU_{ОБР max}12 В и по микроамперметру (предел измерения «10» или «100 мкА») контролировать величину токаI_ф. Результаты измерений занести в табл. 6.5 в графуI_О.

Таблица 6.5

Тип источника и величина Ф	Uобр, B	0	0,5	1,0	2,0		Umax
Iсв= 0	IО, мA
Iсв= 5 мA	Iф1, мA
Iсв= 10 мA	Iф2, мA
Iсв= 20 мA	Iф3, мA
ИК СД Iсв= 20 мA	Iф ИК, мA

3.4.3. Снять семейство ВАХ фотодиода в режиме преобразования, для чего последовательно изменять световой поток Ф = const, устанавливая ток светодиода I_св= 5 мА; 10 мА и 20 мА в соответствии с табл. 6.5, и при каждом значении токаI_сповторить п. 3.4.2. Результаты измерений занести в табл. 6.5.

3.4.4. Исследовать влияние ИК светодиода на чувствительность фотодиода. Сменить источник светового потока, заменив обычный светодиод ИК светодиодом, затем установить ток I_сВ= 20 мА и аналогично п. 3.4.2 снять ВАХ фотодиода. Результаты занести в табл. 6.5 в графу ИК СД.

5. По результатам исследований (табл. 6.4 и 6.5.) построить в одних координатах общее семейство ВАХ фотодиода. По характеристикам определить основные параметры ФД и сделать выводы.