transoptor - Politechnika Rzeszowska

POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki
F1 2002/2003 sem. letni
TRANSOPTOR
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z działaniem i podstawowymi charakterystykami transoptora jako
przyrządu półprzewodnikowego będącego połączeniem diody elektroluminescencyjnej (LED) i fototranzystora.
Zastosowanie transoptora z wyprowadzoną bazą pozwala na dokładne pomiary obu tych elementów, niezależnie.
A) Zadania do samodzielnego opracowania przed zajęciami: Zapoznanie się z treścią poniższej instrukcji,
zapoznanie się z teoretycznymi podstawami działania optoelementów, przygotowanie schematów pomiarowych.
B) WPROWADZENIE
1)Fotodiody. Przez złącze p-n spolaryzowane w kierunku zaporowym płynie prąd Ju praktycznie niezależny od wartości przykładanego
w kierunku zaporowym napięcia. Jest to prąd nośników mniejszościowych. Wartość koncentracji nośników mniejszościowych (np. pn0=ni2
/nn0), jest w stanie równowagi wielkością stałą - ustaloną w trakcie domieszkowania. Możemy ją zmieniać poprzez np. wzrost temperatury
lub oświetlenie fragmentu półprzewodnika.
Po oświetleniu półprzewodnika fotonami o energii E=hν większej niż szerokość przerwy zabronionej Eg dojdzie do generacji nośników,
prąd wzrośnie o czynnik If wskutek wygenerowania nośników nadmiarowych przez oświetlenie: I=Is +If .
I
Ci
FotoSEM:
Uf=U(I=0)=ηUTln(1+If/I0)
U
Φ↓
Fotoogniwo. Punkty w maksimum mocy (P=UI) dostępnej z
400
λopt
1000
λ
nm
Fotodioda
prąd zwarcia Iz=I(U=0)
Rys.1. a) Rodzina charakterystyk fotodiody w funkcji oświetlenia. B)Typowy przebieg ch-ki widmowej Ci-czułość, λ-długośc fali promieniowania..
2)Fototranzystor: Jest to tranzystor bipolarny, w którym zmianę prądu bazy powoduje zmiana oświetlenia.
Odsłonięta dla promie-
niowania baza umożliwia generację par elektron-dziura, ewentualnie w złączu wzrost prądów ICB0,ICE0.
IC
Φ↑
UCE
Fototranzystor to najczęściej element 2-końcówkowy, czasem 3-końcówkowy (lepiej bo można ustalić punkt pracy).
-duża wartość β i czułość, > niż zwykłej fotodiody;
-wolniejszy od fotodiód;
-możliwość ustalenia punktu pracy;
3)Transoptor:
Izolowana elektrycznie para dioda LED-fototranzystor/fotodioda, zamknięte we wspólnej obudowie. Charakterystyka
wejściowa – określona przez diodę LED -a, wyjściowa – np. przez fototranzystor. Właściwości: izolacja galwaniczna wejścia od wyjścia –
wyjścia przy różnych poziomach składowych stałych. Różnica napięć może dochodzić do kV. Rezystancja we/wy gigaomy.
IF
IC
Wspołczynnik transmisji
K=IF/IC przy U0=const
1
POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki
F1 2002/2003 sem. letni
B) POMIARY
1. Przed przystąpieniem do pomiarów należy zapoznać się z wartościami parametrów katalogowych
transoptora CNY17 (lub odpowiednika) z wyprowadzoną bazą fototranzystora.
2. Dokonać pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych:
a) diody LED – podczas pomiaru charakterystyki w kierunku zaporowym zwrócić uwagę na małą wartość napięcia wstecznego Urmax = 3V
b) złącza BE i BC fototranzystora - podczas pomiaru charakterystyki w kierunku zaporowym
pamiętać o małej wartości napięcia wstecznego UBErmax =5V.
3. W układzie jak na rys.D1 wyznaczyć:
a) zależność prądu wyjściowego od wejściowego Ic(I F)UCE=par dla trzech wartości UCE , w tym dla
UCE =5V.
b) zależność prądu wyjściowego transoptora od napięcia wyjściowego IC(UCE)IF =par dla trzech
wartości prądu IF w tym dla IF = 0 (wtedy IC jest tzw. „prądem ciemnym”) oraz dla IF > 0
(wtedy IC to tzw. „prąd jasny”).
c) napięcie nasycenia UCEsat (dla UCC=5V po włączeniu odpowiedniego rezystora RC i zwiększaniu IF do momentu gdy UCE będzie praktycznie stałe.
4.
Wyznaczyć charakterystyki złącz BE iBC fototranzystora pracujących jako fotoogniwa:
a) zmierzyć UCB (I F). -. w tym przypadku jest to zależność napięcia fotoelektrcznego (fotowoltaicznego) mierzonego na złączu BC fototranzystora od oświetlenia (prądu I F ), przy odłączonym emiterze tego tranzystora (rys.2),
5. Przy polaryzacji zaporowej złącza wyznaczyć:
a) charakterystykę prądowo napięciową IC (UCB)IF =par charakterystykę IC(IF)UCB=par (dla trzech wartości UCB z zakresu 5...40V), dla IF=0..50mA (rys.D4).
b) charakterystykę prądowo napięciową IE (UEB)IF =par dla tych samych trzech wartości IF co w
pkt. B5a) (rys.5).
c) charakterystykę IE(IF)UBE=par (dla trzech wartości UEB z zakresu 3...5V), dla IF=0..50mA (rysD5)
C)
.
WARTOŚCI PARAMETRÓW TRANSOPTORA CNY
I Fmax = 60mA
Urmax = 3 V
IOUTmax = 100mA UOUTmax = 70 V
17:
P tot = 150mW
D) SCHEMATY UKŁADÓW POMIAROWYCH:
rys. 1
+
ZASILACZ
−
mA
mA
V
+
ZASILACZ
−
V
rys. 2
+
ZASILACZ
−
mA
V
V
2
POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki
F1 2002/2003 sem. letni
rys. 3
mA
+
ZASILACZ
−
V
V
rys. 4
+
ZASILACZ
−
mA
mA
V
V
+
ZASILACZ
−
V
+
ZASILACZ
−
rys. 5
+
ZASILACZ
−
mA
mA
V
E) OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Narysować (wydrukować) wszystkie zmierzone charakterystyki.
2. Wyznaczyć współczynnik złącza, prąd zerowy, rezystancje szeregową:a) diody LED, b) złącza BE
c) złącza BC transoptora.
3. Na podstawie charakterystyki wyjściowej wyznaczyć i narysować zależność konduktancji wyjściowej gCE w funkcji napięcia wyjściowego.
4. W oparciu o pomiary zrealizowane w pkt.A4 wyznaczyć rezystancje wewnętrzne moc i sprawność
fotoogniw działających w oparciu o złącze BE i BC we wszystkich przypadkach. Które złącze jest
lepszym fotoogniwem..Odpowiedź uzasadnić.
5. Porównać właściwości fototranzystora i diody LED z transoptora z normalnym tranzystorem
krzemowym i diodą LED.
6. Dokonać kompleksowej analizy uzyskanych wyników.
Literatura:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
W. Marciniak „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone”
W. Marciniak „Modele elementów półprzewodników”
A.Kusy „Podstawy elektroniki”
„Elementy półprzewodnikowe i układy scalone” (katalog UNITRA – CEMI)
Gray P.E.,Searle C.L.- „Podstawy elektroniki
Praca zbiorowa - „Zbiór zadań z układów elektronicznych liniowych”.
3