Фотодиоды

Фотодиодом называется двух электродный полупроводниковый прибор с одним р-n-переходом, обратный ток которого изменятся под действием лучистой энергии и является его рабочим током. Фотодиоды могут включаться по двум схемам с внешним источником питания (рис. 33) и без него (рис. 34 а).

 

 

а) б) в)

Рис. 33. Рис. 34

 

Режим работы фотодиода с внешним источником называется фотодиодным, а без источника – вентильным или фотогальваническим. На рисунке 34 б – УГО фотодиода. Основными характеристиками фотодиодов является световая, вольтамперная и спектральная характеристика на рис. 35 а – световая характеристика I_к = f(Ф), U=const. На рис. 35 б – ВАХ фотодиода.

 

 

Рис. 35

Фототранзисторы

Фоторезисторы и фотодиоды являются пассивными преобразователями лучистой энергии, т.е. не обладающими усилительными свойствами. В отличие от этих приборов фототранзистор не только преобразует лучистую энергию, но и усиливает это преобразование. Конструктивно фототранзистор не отличается от биполярного транзистора, кроме того, что имеется отверстие в корпусе для прохождения света.

На практике возможны две схемы включения фототранзисторов: схема со свободной базой (рис. 36 а) и схема в которой на базу подается напряжение смещения (рис. 36 б).

 

 

а) б)

а) б)

Рис. 36

 

Оптроны

Оптроны состоят из источника – светодиода и приемника изучения (фоторезистора, фотодиода, фототранзистора, фототиристора), связанных оптической средой и конструктивно объединенных в одном корпусе (рис. 37).

Рис. 37

Вход и выход оптрона электрически развязаны. Оптическая среда распространения сигнала от излучателя к приемнику может представлять ветовод, представляющий собой нить из прозрачного диэлектрика. Световой луч поступает в торец светодиода, после многократного отражения от боковых стенок нити он выходит с другого конца светодиода.

С помощью волоконного светодиода можно разместить приемник от излучателя на значительном расстоянии, обеспечив их высокую электрическую изоляцию с высокой помехочувствительностью.

Оптроны применяют в быстропереключающих схемах, генераторах для согласования высоковольтных и низковольтных цепей. Оптроны являются элементной базой для нового направления электроники – оптоэлектроники.

Фотоприемники применяются в автоматике, вычислительной технике, промышленной и бытовой электронике.

Лабораторная работа № 4. Исследование фотодиода

 

Цель работы: формирование знаний о работе фотодиода и умений определять световую и вольтамперную характеристики.

Выполнив работу, Вы будете:

уметь:

– выполнять сборку схемы;

– производить измерения;

– анализировать полученные данные.

Приборы и оборудование.

1. Источник питания переменного тока 12 В.

2. Источник питания постоянного тока 24 В.

3. Потенциометр R₁ 500 Ом. 10 Вт.

4. Переменное сопротивление R₂ 500 Ом. 10 Вт.

5. Фотодиод ФД-ГЗ-001.

6. Вольтметр магнитоэлектрической системы, 15 В.

7. Миллиамперметр магнитоэлектрической системы, 500 мА.

8. Соединительные провода.

 

Порядок выполнения работы:

1. Собрать схему согласно рис. 38.

 

 

Рис. 38

2. Для снятия световых характеристик светодиода установите движки потенциометров RR₁ – в крайнее нижние положение и RR₂ – в крайнее верхнее положение переместить.

3. Подайте питание на стенд.

4. Установите на фотодиоде напряжение U_л=6 В.

5. Изменяя напряжение на излучающей лампе накаливания ЛН от нуля до 12 В (6-8 точек), зафиксируйте значение тока фотодиода I_ф и занесите их в табл. 5.

6. Уменьшите напряжение на лампе ЛН до 0.Пользуясь значением таблицы 1, построить вольтамперные характеристики тиристора для разных токов управления.

7. Установите напряжение на фотодиоде 12 В.

8. Повторите действия (п. 5). Значение фототока занесите в табл. 5.

9. Движки переменных сопротивлений RR₁ и RR₂ установите в соответствии с п. 2.

10. Путем изменения положения движка переменного сопротивления RR₂ увеличьте напряжение на фотодиоде от 0 до 12 В (7 точек), не зажигая лампы ЛН. Значения фототока занесите в табл. 6.

11. Снимите напряжения на фотодиоде.

12. Повторите действия, указанные в п. 10, установив напряжениие на лампе ЛН: 4, 8, 12 В. Значения занесите в табл. 6.

13. Постройте семейство световых характеристик табл. 5. и вольтамперных характеристик табл. 6.

Таблица 5

№ п/п	Uф=6 В	Uф=12В
Uл, В	Iф, мА	Uл, В	Iф, мА

№ п/п	Uл=0 (Ф=0)	Uл=4 В (Ф1)	Uл=8 В (Ф2)	Uл=12 В (Ф3)
Uф, В	Iф, мА	Uф, В	Iф, мА	Uф, В	Iф, мА	Uф, В	Iф, мА

Вывод:

 

Тест для самоконтроля к УЭ №6

Выберите правильный ответ.

1. Что входит в конструкцию вакуумного фотоэлемента?

а) стеклянная пластина, слой полупроводника, внешние выводы;

б) стеклянный баллон, газ-аргон, анод, катод;

в) стеклянный баллон, разреженный воздух, анод, катод. Р=3

2. Почему темновой ток вакуумных ФЭ меньше газонаполненных?

а) скорость движения зарядов от катода к аноду меньше чем у вакуумных Ф/Э;

б) количество зарядов в вакуумных ФЭ больше чем в газонаполненных;

в) в газонаполненных ФЭ возникают дополнительные заряды за счет ионизации газа. Р=3

3. Половина внутренней поверхности ФЭ, покрытая сверхчувствительным материалом, осуществляет ….

а) поглощение электронов;

б) излучение электронов;

в) образование ускоряющего поля. Р=3

4. Диноды фотоумножителя являются источниками ….

а) вторичных электронов;

б) первичных электронов;

в) электромагнитного излучения. Р=3

Ответьте на вопрос.

5. В чем заключается внутренний фотоэффект? Р=1

Выберите правильный ответ.

6. Как зависит проводимость фоторезистора от светового потока?

а) пропорционально;

б) экспонециально;

в) обратнопропорционально. Р=3

7. Какие характеристики являются основными для фоторезистора?

а) темновая, частотная, амплитудная;

б) световая, ВАХ, спектральная;

в) амплитудно-частотная, волновая, темновая. Р=3

8. В каком режиме может работать фотодиод?

а) в фотодиодном;

б) в фотогальваническом;

в) в фотодиодном и фотогальваническом. Р=3

9. Основными характеристиками фотодиода являются ….

а) световая;

б) вольтамперная;

в) спектральная;

г) все перечисленные. Р=4

10. Что входит в конструкцию оптронов?

а) светодиод, фоторезистор, светоизолятор;

б) светодиод, фоторезистор, световод;

в) источник света, световод, приемник света. Р=3

 

МБ № 2. Аппаратные средства информационной электроники

a	b	g	Кt	v
1-2			0, 5

Цель изучения МБ: формирование знаний об устройстве, назначении, принципе работы, применении аппаратных средств информационной электроники.

УЭ № 7. Электронные усилители.

a	b	g	Кt	v
			0, 5

Форма организации учебного занятия: модульный урок.

После изучения УЭ Вы будете:

знать:

– назначение усилителей;

– параметры и характеристики усилителей;

– классификацию усилителей.