Отчет по лабораторной работе 1 Исследование характеристик фотоприемников
 Скачать 158.43 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ульяновский государственный технический университет» Радиотехнический факультет Кафедра «Радиотехника» ОТЧЕТ по лабораторной работе №1_ «Исследование характеристик фотоприемников» по дисциплине «Оптические устройства в радиотехнике» Выполнил студент группы РТбд-41 /Порватов Я.И. Отчет принял _____________/ Дулов О.А. Ульяновск 2021 Цели работы: Ознакомится и исследовать световые и спектральные характеристики фоторезисторов, а так же исследовать свойства фотодиодов, снять вольт-амперную характеристику обратного включения фотодиода и спектральную характеристику фотодиода. Теоретическая часть В фотоприёмных устройствах (ФПУ) происходит преобразование оптических модулированных сигналов в электрические и их усиление. К характеристикам ФПУ предъявляют следующие требования: • высокая эффективность преобразования оптических сигналов в электрические (высокая чувствительность на рабочей длине волны); • высокое быстродействие; • низкий уровень шумов, возникающий в процессе демодуляции оптического излучения; • стабильность характеристик при изменении внешних условий (температура, влажность, давление и пр.). Основной элемент ФПУ – приёмник излучения (ФП). Для построения чувствительных и быстродействующих ФП можно использовать как внешний, так и внутренний фотоэффекты. При внешнем фотоэффекте происходит фотоэмиссия электронов из фотокатодов в вакуумных приборах – фотоэлементах и фотоэлектронных умножителях. Внутренним фотоэффектом называется образование падающим оптическим излучением подвижных носителей заряда в полупроводниках. При этом увеличивается проводимость проводника. Фоторезистор – фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучения, принцип действия которого основан на эффекте фотопроводимости. Световая характеристика фоторезистора Iф (Ф) линейна при небольшом световом потоке. При значениях светового потока Ф > Фмакс линейность характеристики нарушается, так как увеличивается концентрация неравновесных носителей и соответственно вероятность их рекомбинации. При этом время жизни носителей уменьшается. Зависимость чувствительности от фоновой освещенности S1=f(Еф0) - фоновая характеристика. Фоновая освещенность представляет собой помеху полезному оптическому сигналу. С её увеличением проводимость фоторезистора тоже увеличивается, а чувствительность к сигналу снижается. Зависимость темнового выходного сопротивления от температуры фоторезистора Т. Повышение температуры увеличивает число носителей, что приводит к уменьшению темнового сопротивления. Фотодиод – фоточувствительный полупроводниковый диод с p-n переходом. Фотодиоды используют в фотодиодном и фотогальваническом режимах. В первом случае диод смещается в обратном направлении, и фототок является функцией освещенности. Во втором случае прибор работает в режиме генерации фотоЭДС. По сравнению с фотогальваническим фотодиодный режим обладает рядом достоинств: малой инерционностью, повышенной чувствительностью к длинноволновой части оптического спектра, широким динамическим диапазоном линейности характеристик. Основной недостаток этого режима – наличие шумового тока, протекающего через нагрузку. Основными приемниками излучения являются полупроводниковые фотодиоды (ФД): p-i-n фотодиоды и лавинные ФД. К недостаткам ФД относятся более высокий уровень шумов, который увеличивается пропорционально усилению, зависимость параметров от температуры, а также высокое напряжение питания. Ход работы 1. Исследование свойств фоторезисторов  1.1 Световая характеристика
Рис 1. Световая характеристика фоторезистора 1.2 Спектральная характеристика 
Рис 2. Спектральная характеристика фоторезистора 2. Исследование свойств фотодиода 2.1 Обратное включение диода 
Рис 3. ВАХ при силе светового потока равной 85 
Рис 4. ВАХ при силе светового потока равной 130 2.2 Спектральная характеристика 
Рис 5. Спектральная характеристика фотодиода Вывод: Ознакомился и исследовал световые и спектральные характеристики фоторезисторов, а также исследовал свойства фотодиодов, снял вольт - амперную характеристику обратного включения фотодиода и спектральную характеристику фотодиода. Видим, что световая характеристика фоторезистора линейна при небольшом световом потоке. При больших значениях светового потока линейность характеристики нарушается, так как увеличивается концентрация неравновесных носителей и соответственно вероятность их рекомбинации. Спектральная характеристика фоторезистора плавно возрастает от л = 0.2 мкм до л = 1.8 мкм, а затем убывает до 2.8 мкм. Это связано с тем, что при больших длинах волн, т.е. при малых энергиях квантов света по сравнению с шириной запрещенной зоны полупроводника, энергия кванта оказывается недостаточной для переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. Спектральная характеристика фотодиода аналогична соответствующей характеристике фоторезистора. Пороговая длина волны фотодиода Лпор = 0.85, что соответствует ближней части ИК излучения. При наличии светового потока, сопротивление фотодиода уменьшается и обратный ток фотодиода возрастает. Чем больше света падает, тем больший обратный ток течет через фотодиод. Из графика видно, что обратный ток фотодиода слабо зависит от обратного напряжения. |