лабораторная работа по фотодиодам. 8202_ФД_ИксановМихеевПорывкин. Исследование полупроводниковых фотодиодов
 Скачать 468.83 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра фотоники отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине «Квантовая и оптическая электроника» Тема: «Исследование полупроводниковых фотодиодов»
Санкт-Петербург 2021 Цель работы Исследование характеристик и определение основных параметров приемников оптического излучения – полупроводниковых фотодиодов. Схема установки.  Рисунок 1 – Блок-схема установки для исследования характеристик фотодиодов На рис. 1 изображена блок-схема измерительной установки для исследования характеристик фотодиодов. Установка состоит из трех различных фотодиодов и трех светодиодов, расположенных так, чтобы каждый светодиод освещал свой фотодиод, из источника питания фотодиодов, вольтметра, служащего для измерения напряжения на фотодиодах, амперметра для измерения тока фотодиодов. Также в установке предусмотрен блок питания светодиодов и амперметр, предназначенный для измерения токов, протекающих через светодиоды.  Рисунок 2 – Электрическая схема лабораторного стенда для исследования характеристик фотодиодов Электрическая схема лабораторной установки представлена на рис. 2. Она состоит из двух частей. Первая часть представляет собой схему питания и управления тока на светодиодах. Питание светодиодов осуществляется с помощью блока питания (БП СИД). Управление током осуществляется с помощью переменных резисторов R11 и R12. Изменяя сопротивления резисторов, можно регулировать значение прямого тока, пропускаемого через светодиоды, что в свою очередь влечет за собой изменение мощности испускаемого ими излучения. Ток, протекающий через светодиод, регистрируется с помощью амперметра (PA2). Вторая часть электрической схемы представляет собой схему питания и регистрации измерений характеристик фотодиода. Питание осуществляется от источника питания фотодиода (ИП ФД). При помощи вольтметра (PV1) и амперметра (PA1) происходит регистрация напряжения и тока в цепи фотодиода. Переключение режимов работы цепи происходит с помощью ключа SW1. При переключении ключа в 1 и 4 положение происходит размыкание цепи, что соответствует режиму холостого хода (ХХ), и ток в цепи фотодиодов не протекает. Таким образом, при освещении фотодиода, можно измерить одну из световых характеристик - зависимость напряжения холостого хода от величины светового потока. При переключении ключа SW1 в положение 2 осуществляется подключение источника питания. При этом в цепи фотодиодов начинает протекать ток. С помощью переключателя «прямая/обратная» можно менять полярность напряжения, которое подается с источника питания на фотодиод. В этом случае на лабораторной установке можно снять «прямую и обратную ветвь» вольт-амперной характеристики, при различных освещенностях фото-чувствительного элемента фотодиодов. Если переключатель SW1 находится в положении 3, цепь замыкается, и в ней протекают токи, вызванные воздействием потока падающего излучения светодиода. При помощи ключа SW2 осуществляется изменение номинала нагрузочных резисторов в цепи фотодиода. Ключи SW3 и SW4 работают синхронно. При переводе ключа SW3 в положение 1, осуществляется включение в цепь фотодиода VD1 и одновременно ключ SW4 включает светодиод HL1. Положение 2 ключей SW3 и SW4 одновременно включает в цепь фото-диод VD2 и светодиод HL2. При переводе ключа SW3 в положение 3 осуществляется включение в цепь фотодиода VD3 и одновременно ключ SW4 включает светодиод HL3. Обработка результатов: ВАХ фотодиода, измеренные без освещения и при различных токах фотодиода:  Рисунок 3 – График экспериментальной ВАХ фотодиода 1  Рисунок 4 – График экспериментальной ВАХ фотодиода 3 Световые и нагрузочные характеристики  Рисунок 5 – График экспериментальной световой характеристики двух фотодиодов при   Рисунок 6 – График экспериментальной световой характеристики двух фотодиодов при   Рисунок 7 – График экспериментальной нагрузочной характеристики двух фотодиодов Квантовая эффективность определяется выражением:  Принимаем мощность излучения светодиода за  , а длину волны за  . Фототоки фотодиодов D1 и D3, исходя из экспериментальных ВАХ (рис. 3 и 4), будут равны, соответственно:  и  . Тогда квантовая эффективность будет равна:  Чувствительность фотодиода определяется выражением:  Тогда чувствительность двух фотодиодов будет равна:   Ток насыщения можно определить, как:  Принимая температуру равной  и используя зависимости на рис. 5 и 6, можно найти значения токов насыщения  , для соответствующих токов светодиодов  :Таблица 1 – Зависимость тока насыщения от тока светодиода
По зависимости на рис. 7 видно, что мощность фотодиодов D2 и D3 в вентильном режиме работы будет максимальной при RН=12кОм. Выводы. В лабораторной работе были исследованы характеристики и параметры полупроводниковых фотодиодов. Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы: На рис. 3-4 изображены ВАХ двух исследуемых фотодиодов. Полученные экспериментальные зависимости соответствуют теоретическим – наблюдается фотодиодный режим с линейной зависимостью фототока от величины светового потока Ф. Была снята световая характеристика для двух фотодиодов при двух сопротивлениях нагрузки (рис. 6) Можно наблюдать прямую пропорциональность фототока от освещённости, пропорциональной току СИД. Увеличение сопротивления уменьшает рост фототока. Последовательно подключая различную нагрузку к фотодиоду, была снята нагрузочная характеристика (рис. 7). Чем меньше сопротивление, тем больший фототок будет наблюдаться. Также были определены квантовая эффективность, чувствительность фотодиодов. Были найдены токи насыщения двух фотодиодов при разных значениях освещённости (тока светодиода).   | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
