Исследование интегральных оптопар

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

4.1 Цель работы

Изучить особенности работы и методику измерения параметров интегральных диодных оптопар.

4.2 Подготовка к работе.

4.2.1 Изучить следующие вопросы курса по конспекту лекций к рекомендованной литературе:

-элементы оптопары;

-входные и выходные параметры оптопар;

-передаточные параметры и параметры изоляции оптопар;

-режимы эксплуатации диодных оптопар;

-режимы эксплуатации транзисторных оптопар;

-системы обозначения оптопар.

4.2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:

-объясните устройство диодного оптрона;

-для каких цепей используются диодные оптроны;

-объясните причины инерционности диодных оптронов;

-объясните передаточную характеристику оптрона;

-приведите условное графическое обозначение различных типов оптопар;

-приведите и расшифруйте систему обозначений различных типов оптопар.

Рекомендуемая литература.

Тугов Н.Н., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы: Учебник для студентов Вузов - М.: Энергоатомиздат, 1990 - с. 429-446.

Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Учебное пособие для Вузов. Издание 2-ое, переработанное и дополненное. - М.: Высшая школа, 1987 - с. 374-383.

Батушев В.А. Электронные приборы: Учебник для Вузов - 2-ое издание, переработанное и дополненное - М.: Высшая школа, 1980. -с. 365-371.

Голомедов А.В. Справочник. Полупроводниковые приборы - М.: Радио и связь, 1989.

4.3 Самостоятельная подготовка к работе

При изучении литературы следует иметь в виду, что оптопары являются основными структурными элементами оптоэлектроники - одного из современных направлений функциональной микроэлектроники.

Простейшим диодный оптрон состоит из трех элементов (рисунок 1): светоизлучателя 1, световода 2 и фотоприемника 3, заключенных в светонепроницаемый герметический корпус. При подаче на вход электрического сигнала возбуждается светоизлучатель. Световой поток по световоду попадает в фотоприемник, в котором вырабатывается выходной электрический сигнал.

Существенной особенностью оптрона является то, что его элементы связаны оптически, а электрический вход и выход изолированы друг от друга. Благодаря этому легко обеспечивается соединение высоковольтных и низковольтных, а так же высокочастотных и низкочастотных цепей. Условное обозначение диодного оптрона приведено на рисунке 4.2, а его конструкция на рисунке 3, где 1, 2 – p- и n-области фотодиода, 3, 4 – n- и p-области светодиода, 5 - световод на основе селенового стекла, 6, 7- контакты светодиода, 8, 9 - контакты фотодиода.

Рисунок 1 - Простейший диодный оптрон

Рисунок 2- Условное обозначение диодного оптрона

В качестве светоизлучателей оптронов получили распространение инжекционные светодиоды, в которых испускание света определяется механизмом рекомбинации электронов и дырок.

Рисунок 3 - Конструкция диодного оптрона

Физическое явление, лежащее в основе принципа действия светодиода, называется электролюминесценцией. Его сущность заключается в том, что в некоторых полупроводниковых материалах процесс рекомбинации электронов и дырок сопровождается излучением квантов света. Для преобразования световых сигналов в электрические в основном используются фотодиоды (а так же фоторезисторы, фототранзисторы и фототиристоры). Фотодиод представляет собой обычный n-p переход, чаще всего на основе кремния или германия, обратный ток которого определяется скоростью генерации носителей заряда, порождаемых действие падающего света. Данное явление называется внутренним фотоэффектом.

Следует понимать, что существует два режима использования диодных оптронов: с преобразованием световой энергии излучателя в электрическую (фотогенераторный режим) и с внешним питанием. Величина фото-ЭДС зависит от степени облучения фотодиода (она пропорциональна величине входного сигнала). Типичные выходные (нагрузочные) характеристики диодных оптопар в фотогенераторном режиме показаны на рисунке 4. Необходимо иметь в виду, что в фотодиодном режиме на фотодиод оптрона падают внешнее обратное смещение. При подаче на оптрон входного сигнала светодиод облучает фотодиод и через p-n переход начинает протекать фототок. Характеристика, отражающая зависимость выходного тока от входного, называется передаточной. Типичная передаточная характеристика диодного оптрона приведена на рисунке 5. Здесь же показана и характеристика зависимости коэффициента передачи по току К_I от Iвх. Коэффициент передачи по току К_I - отношение приращения выходного тока ко входному.

(4.1)

Рисунок 4 - Выходные характеристики диодных оптопар

Рисунок 5 - Простейшая характеристика диодного оптрона

4.4 Лабораторное задание

Перед выполнением работ выписать из таблице 1 предельные значения параметров исследуемой оптопары, а во время эксперимента не допускать напряжений, превышающих допустимые значения. Особое внимание обратите на то, что светодиоды имеют малые допустимые прямые и обратные напряжения 1, 5 -2 В.

Таблица 1 - Электрические параметры.

Тип	U_{вх. обр. max}, В	I_{вх. пр. max}, мА	I_{вых. обр. max}, мкА	U_{вых. обр. max}, В
А0Д101А	3, 5

4.4.1 Собрать схему в соответствии с рисунком 6.

Рисунок 6 - Схема исследования диодной оптопары

4.4.2 Исследовать зависимость входного тока диодного оптрона от входного напряжения (в области прямых напряжений). Входной ток и напряжение измеряются приборами PА1 и PV1, соответственно. Входная характеристика I_вх=f(U_вх)/U_вых=0 снимается при токах, не превышающих 15мА.

4.4.3 Снять семейство нагрузочных передаточных характеристик для трех значений сопротивления нагрузки U_{вых.обр}.=f(I_вх) при R_н=1 кОм, 24кОм, 51кОм.

4.4.4. Снять передаточную характеристику оптрона I_вых=f(I_вх) при U _{вых.обр}.= -10 B, R_н=0. Определить коэффициент передачи по току при I_вх=6мА.

(4.2)

4.4.5 Снять семейство нагрузочных выходных характеристик оптрона при обратном напряжении на фотодиоде для трех значений входного тока

I_вых=f(U_вых._обр.) при I_вых=3мА, 6мА, 9мА; R_н=0

4.4.6 Снять семейство нагрузочных выходных характеристик при прямом напряжении на фотодиоде для трех значений входного тока

I_вых=f(U_вых._пр.) при Iвх=3мА, 6мА, 9мА; R_н=0

Для прямого включения фотодиода необходимо изменить полярность источника питания G2.

4.5 Содержание отчета

-схему измерительной установки;

-таблицы и графики полученных зависимостей;

-выводы.

Лабораторная работа №5

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒