SB 272
VŠB TUO Ostrava
Program 4.
Fotoelektrické snímače
Vypracoval: Crlík Zdeněk Spolupracoval: Jaroslav
Datum měření: 6.04.2006
Zadání 1. Seznamte se s předloženými součástkami pro detekci světelného záření a určete podle katalogu TESLA jejich parametry. 2. Proveďte na měřicím přípravku měření: světelné charakteristiky fotoodporu světelné charakteristiky fototranzistoru KP 101 světelné charakteristiky fotodiody 1PP75 v hradlovém a odporovém zapojení. 3. Určete vliv výměnných barevných filtrů na světelnou charakteristiku uvedených fotodetektorů 4. Spočítejte rovnice regresních přímek v lineárních úsecích statických charakteristik, proveďte celkové zhodnocení a srovnání.
Schéma
Teoretický rozbor Fotorezistor: Lineární symetrický jednobran, jehož odpor výrazně závisí na ozáření. Materiál: CdS, PbS, InSb, Použití: měření intenzity osvětlení (ozáření), požární hlásič, explozimetry. Klady: vysoká citlivost Zápory: velká setrvačnost (τ>1ms), teplotní závislost Fototranzistor: Bipolární, křemíkový, planární nebo epitaxně planární tranzistor s emitorovým přechodem přístupným světlu. S vyvedenou Klady: větší citlivost bází Zápory: horší dynamické vlastnosti (τ=0,5ms) Fotodioda: Polovodičová dioda, její přechod PN je přístupný záření. Materiál: momokrystal s PN nebo PIN přechodem Odporový režim: charakteristiky jsou lineární, rovnoměrně vzdálené. Hradlový režim: dioda se chová jako stejnosměrný zdroj, malá setrvačnost (τ=1μs)
Postup měření 1. Seznamte se s předloženými součástkami pro detekci světelného záření a určete podle katalogu TESLA jejich parametry které zapište do vhodně zvolené tabulky. 2. Proveďte měření na měřicím přípravku s řízeným zdrojem osvětlení a s vestavěnými fotosnímači, které jsou zapojeny dle obr.7. 3. Zapojte v odporovém režimu dle obr. 1 fotoodpor, fotodiodu a fototranzistor a změřte jejich světelné charakteristiky v závislosti na intenzitě osvětlení E [ lx ] . Měření s barevnými filtry provádějte pro všechny fotosoučástky při stejných intenzitách osvětlení E. (Doporuč. 20,30,40 a 50 lx). 4. Zapojte v hradlovém režimu fotodiodu dle obr. 2 a změřte její světelnou charakteristiku pro zatěžovací odpor Rz = 0.
Bez báze
5. Proveďte zapojení na zkušebním přípravku určených fotosnímačů dle obr. 3 až obr. 6 a ověřte jejich funkci v určeném rozsahu. 6. Určete vliv výměnných filtrů na světelnou charakteristiku uvedených fotosnímačů. 7. Určete koeficienty regresních přímek světelných charakteristik vybraných snímačů a proveďte celkové zhodnocení a srovnání.
Výpočty a) Příklady výpočtu převodu odečdečt hodnota × rozsah ampérmetru rozsah stupnice ampérmetru 29 × 0,24 mA = = 0,06 120 mA =
b) Lineární regrese y = a +b⋅x
b=
∑ x⋅∑ y − n⋅∑ x⋅ y (∑ x ) − n ⋅ ∑ x
a=
1 ⋅ (∑ y − b ⋅ ∑ x ) n
2
2
Tabulky Odporové zapojení fotodiody Počet měření 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Odečtená Rozsah hodnota ampérmetru 29 33 35 38 41,5 44 46 48,5 50 53 57 62 64 69,5 74 83 91 98
0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24
mA
lux
0,06 0,07 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,10 0,10 0,11 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,17 0,18 0,20
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 300 350
Hradlové zapojení fotodiody Počet měření 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Odečtená Rozsah hodnota ampérmetru 10,5 16 20,5 24 28 31 34 36 38 40,5 43 46 48
0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
mA
lux
0,04 0,05 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,14 0,15 0,16
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 250 300 350
Fototranzistor
Počet měření 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Odečtená Rozsah hodnota ampérmetru 8,5 15 23 29,5 37 44 51,5 56 63 72 86 100 103
2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4
mA
lux
0,17 0,30 0,46 0,59 0,74 0,88 1,03 1,12 1,26 1,44 1,72 2,00 2,06
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 250 300 350
Fotoodpor
Počet měření
Odečtená hodnota
Rozsah ampérmetru
mA
lux
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
53 69,5 86 96 105,5 117 31 32 34,5 37 42 45 48
2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 12 12 12 12 12 12 12
1,06 1,39 1,72 1,92 2,11 2,34 3,10 3,20 3,45 3,70 4,20 4,50 4,80
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 250 300 350
Fotoodpor se stínidlem (filtr)
Počet měření 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Odečtená Rozsah hodnota ampérmetru 29,5 46 53 60 68 75 80 85 89 94 96,5 102,5 110
2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4
mA
lux
0,59 0,92 1,06 1,20 1,36 1,50 1,60 1,70 1,78 1,88 1,93 2,05 2,20
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Grafy
Světelná charakteristika fotodiody 0,25 y = 0,0004x + 0,062 0,20
mA
0,15 0,10 0,05 0,00 0
50
100
150
200
250
300
E[lx] Fotodioda
Lineární (Fotodioda)
350
400
Světelná charakteristika hrdlového zapojení fotodiody 0,20 y = 0,0004x + 0,0499
mA
0,15 0,10 0,05 0,00 0
50
100
150
200
250
300
350
400
E[lx]
Hrdlová fotodioda
Lineární (Hrdlová fotodioda)
Světelná charakteristika fototranzistoru 2,50
y = 0,0061x + 0,1201
mA
2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0
50
100
150
200
250
300
E[lx]
Fototranzistor
Lineární (Fototranzistor)
350
400
Světelná charakteristika fotoodporu 6,00 y = 0,0119x + 1,0516
5,00 mA
4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0
50
100
150
200
250
300
350
400
E[lx]
Fotoodpor
Lineární (Fotoodpor)
Světelná charakteristika fotoodporu s filtrem 2,50 y = 0,012x + 0,6796
mA
2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0
20
40
60
80
100
120
140
E[lx] Fotoodpor s filtrem
Lineární (Fotoodpor s filtrem)
Závěr Při měření jsme zjistili, že charakteristiky( závislost proudu na intenzitě osvětlení ) FOTOODPORU , FOTOTRANZISTORU, FOTODIODY jsou přibližně lineární. Bohužel jsme vlivem nedostatku času, zapříčiněnou naší neodborností při plnění úloh, nestihli změřit hodnoty dolů. Pak bychom mohli stanovit případnou hysterézy při směru nahoru a dolů. Měření nám znepříjemňovalo také často vychylující se ručička luxmetru, což nám
negativně ovlivnilo světelnou charakteristiku. Přesto můžeme konstatovat, že vliv filtru na světelnou charakteristiku FOTOOPORU se projevuje tak, že závislost proudu na intenzitě osvětlení je přibližně poloviční než bez filtru.
