Fig. 1 A L. (1) U unde: - I S este curentul invers de saturaţie al joncţiunii 'p-n';

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Fig. 1 A L. (1) U unde: - I S este curentul invers de saturaţie al joncţiunii 'p-n';"

Διώνη Παπαφιλίππου
5 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ELECTRONIC Lucrarea nr.3 DISPOZITIVE OPTOELECTRONICE 1. Scopurile lucrării: - ridicarea caracteristicilor statice ale unor dispozitive optoelectronice uzuale (dioda electroluminiscentă, fotodiodă, fototranzistorul); - determinarea caracteristicii de transfer a optocuplorului. 2. Consideraţii teoretice i Fig. 1 u Curentul prin fotodiodă (i ) depinde de iluminare prin intermediul fotocurentului I L produs de purtătorii de sarcină generaţi datorită iluminării, conform relaţiei: i q u u = IS exp 1 IL = IS exp 1 I L k T (1) U unde: - I S este curentul invers de saturaţie al joncţiunii 'p-n'; T - I L este curentul datorat iluminării (se poate determina pentru u = 0); - U T = k T q=26 mv (la 300K ) este tensiunea termică (k - constanta lui Boltzmann, q - sarcina electronului, T - temperatura măsurată în grade Kelvin); - u este tensiunea la bornele diodei (considerată în sensul săgeţii ca în figura 1). Din (1) se poate calcula tensiunea la bornele fotodiodei în gol - U 0 : U IL 0 = U T ln 1 I 3. Desfăşurarea lucrării S Montajul experimental este prezentat în figura 2. Dioda luminiscentă (LED - Light Emitting Diode) se poate alimenta de la o sursă de tensiune reglabilă prin intermediul rezistorului R1 (utilizat pentru. a limita curentul prin diodă). Fotodioda FD1 de tip ROL 021 are o suprafaţă mică şi o directivitate accentuată, iar fotodioda FD2 are suprafaţă mare şi o variaţie a sensibilităţii unghiulare mai redusă. Cele două fotodiode sunt montate pe un suport rotativ (butonul potenţiometrului P1) (2) 13

2 ELECTRONIC astfel încât se pot aduce pe rând în faţa sursei de lumină (SL - un bec de bord auto de 12V 1,2W) alimentat prin intermediul unui limitator de curent (LC) care reduce pericolul arderii becului în cazul alimentării cu tensiuni mai mari. Este posibilă astfel şi studierea caracteristicii de directivitate a fotodiodelor. Se va studia fototranzistorul dintr-un optocuplor având rezistorul R3 ca rezistenţă de sarcină şi LED-ul din optocuplor ca sursă de lumină. LED-ul din optocuplor se poate alimenta prin rezistorul R2 de la o sursă de tensiune. De la aceeaşi sursă de tensiune se poate alimenta (în acelaşi timp) şi LED-ul extern astfel încât se poate vizualiza (intuitiv) nivelul iluminării din interiorul OC. Montajul experimental conţine şi un releu optic (RO - compus dintr-un circuit trigger Schmitt şi un amplificator) comandat de fotodioda FD1. Fig. 2 Caracteristica statică a LED-ului m I R1 470 Ω LED GND 1 Fig. 3 U 14

3 ELECTRONIC Se realizează circuitul din figura 3. Prin reglarea tensiunii de la sursa de tensiune continuă ( ) se fixează curentul prin LED la valorile din tabelul 1. Se măsoară tensiunea pe LED cu un voltmetru şi se trece în tabel. Tabelul 1 I (m) U (V) Caracteristica statică a fotodiodei FD1 LC U 1 U -I m R4 10 kω SL FD1 GND 1 GND 2 Fig. 4 Se realizează circuitul din figura 4. Se alimentează sursa de lumină SL la o tensiune U1=12V (cu borna "-" a sursei de tensiune la masa GND1) pentru nivelul de iluminare "E1" şi apoi cu o tensiune U1=8V (pentru nivelul de iluminare "E2"). U Tabelul 2 FD (V) în gol 0 0, E1 -I (µ) 0 U (V) E2 -I (µ) 0 U (V) Măsurătorile încep cu citirea tensiunii U 0 (fotodioda în gol, I = 0 - se întrerupe legătura dintre fotodiodă şi sursa de alimentare). Se va ajusta unghiul "α" în jurul gradaţiei "0" până se obţine o tensiune maximă, iar în timpul măsurătorilor următoare, se va păstra poziţia unghiulară a fotodiodei nemodificată. Următoarea măsurătoare se face la = 0 (fotoelementul debitează energie pe rezistenţa R4); se recomandă deconectarea de la sursa de alimentare a cablului de legătură de la borna U şi conectarea acestuia la masa GND2. Pentru următoarele măsurători se reconectează sursa de tensiune ( ), se reglează la valorile din tabelul 2 şi se completează datele din tabel. Se va nota şi semnul tensiunii U, semnul curentului va fi negativ pentru toate măsurătorile (de aceea s-a notat în tabel "-I "). Opţional se poate studia şi fotodioda FD2 prin completarea unui tabel similar cu tabelul 2 (evident fotodioda FD2 va fi orientată spre sursa de lumină). 15

4 ELECTRONIC Caracteristicile de ieşire ale fototranzistorului din OC Se realizează circuitul din figura 5. cest circuit permite vizualizarea intuitivă a nivelului de iluminare din OC prin intermediul LED-ului de pe macheta de lucru. Se reglează curentul prin LED-ul din OC la valorile de 5, 10 şi 15 m succesiv (corespunzătoare nivelurilor de iluminare E1, E2 şi respectiv E3), prin modificarea tensiunii sursei U1. Pentru fiecare dintre aceste niveluri de iluminare se reglează tensiunea la valorile din tabel şi se determină mărimile electrice de la ieşirea fototranzistorului, completându-se astfel tabelul 3. m I L OC R3 I C R1 m U 1 LED R2 U CE E1 E2 E3 I C (m) I C (m) I C (m) GND 1 Fig. 5 GND 2 Tabelul 3 (V) Caracteristica de transfer a optocuplorului (OC) Se utilizează montajul din figura 5 şi se fixează tensiunea =15V. Se reglează curentul prin LED-ul din OC (curent de intrare) la valorile din tabelul 4 şi se determină valorile curentului de colector al fototranzistorului (curentul de ieşire). Tabelul 4 I L (m) I C (m) 4. Prelucrarea datelor experimentale şi concluzii 1. Cu datele din tabelul 1 se va trasa caracteristica statică a LED-ului: I =f(u ). Se va determina rezistenţa dinamică a diodei într-un punct din zona centrală a caracteristicii. 16

5 ELECTRONIC 2. Cu datele din tabelul 2 se vor trasa caracteristicile fotodiodei: I =f(u ) pentru. cele două niveluri de iluminare. Caracteristicile vor rezulta în cadranele 3 şi 4 ale aceluiaşi grafic. Se vor determina (din grafic) curenţii I L şi tensiunile U 0 pentru cele două cazuri. Utilizând una dintre tensiunile U 0 se va determina curentul I S (utilizând rel. 2), apoi se va calcula cealaltă tensiune U 0 (cu rel. 2) şi se compară cu valoarea experimentală. 3. Cu datele din tabelul 3 se vor trasa caracteristicile fototranzistorului: I C =f(u CE ) pentru cele trei niveluri de iluminare. Cele trei caracteristici se vor trasa pe acelaşi grafic. 4. Se va trasa caracteristica de transfer a optocuplorului I C =f(i L ). Utilizînd această caracteristică se va preciza domeniul de curenţi pentru care OC are o funcţionare aproximativ liniară, cauza pentru care apare limitarea caracteristicii şi se va calcula factorul de transfer în curent (CTR - Current Transfer Ratio), în zona liniară a caracteristicii, cu relaţia (3): CTR = 100 IC IL [%] (3) 17

Σχετικά έγγραφα

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent Laborator 3 Divizorul de tensiune. Divizorul de curent Obiective: o Conexiuni serie şi paralel, o Legea lui Ohm, o Divizorul de tensiune, o Divizorul de curent, o Implementarea experimentală a divizorului