2. Описание лабораторной установки
Исследуемый фотоэлемент и чувствительный элемент люксметра закреплены на общем держателе. Люксметр предназначен для измерения освещенности. В качестве источника света в данной работе использовано общее освещение лаборатории (окна и лампы дневного света). Измеряя угол наклона держателя, можно изменять: освещенность исследуемого элемента.
Электрическая схема установки приведена на рис.6. С помощью ключа К исследуемый полупроводниковый фотоэлемент ФЭ подключается к высокоомному цифровому вольтметру V, миллиамперметру А и переменному резистору R (магазину сопротивлений).
3. Порядок выполнения работы
1. Установите держатель с исследуемым фотоэлементом и чувствительным элементом люксметра в такое положение, при котором освещенность максимальна.
2. Для снятия вольт-амперной характеристики ток и напряжение изменяются изменением сопротивления переменного транзистора R. Следует снять 10 - 15 точек. Результаты занести в таблицу 1.
3. Измените положение держателя таким образом, чтобы освещенность уменьшилась примерно в двое. Снимите вольт-амперную характеристику. Результаты занести в таблицу 1.
4. Измерьте площадь исследуемого фотоэлемента. Результаты занести в таблицу 1.
5. При измерении зависимости фото-Э.Д.С. (напряжения холостого хода) Uхх от освещенности Е* выставляется максимальное значение сопротивления резистора R. Освещенность изменяют, изменяя положение держателя. Следует снять 10 - 15 точек. Результаты занести в таблицу 2.
6. При измерении зависимости Iкз = f(Е*) выставляется нулевое значение сопротивления резистора R. Тогда сопротивление будет определяться лишь сопротивлением миллиамперметра. Этим сопротивлением пренебрегаем. Освещенность измеряют, как и в предыдущем случае, путем изменения положения держателя. Следует снять 10 - 15 точек. Результаты занести в таблицу 3.
Таблица 1. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента S =.....см2
|
№ п/п |
E*1=..... лк |
E*2 =….. лк | ||||
|
R, Ом |
I, мА |
U, мВ |
P, мВт |
I, мА |
U, В | |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
Таблица 2. Зависимость фото-Э.Д.С. от освещенности фотоэлемента
|
№ п/п |
E*, лк |
Uхх, мВ |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
… |
|
|
Таблица 3. Зависимость тока короткого замыкания от освещенности фотоэлемента
|
№ п/п |
E*, лк |
Iкз, мА |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
… |
|
|
4. Обработка результатов измерения
1. Постройте график зависимости I = f(U) (две кривых на одном графике).
2. Постройте графики зависимостей Iкз = f(U), I = f(E*), Uхх = f(E*).
3. Определите максимальную мощность. В каждой точке вольтамперной характеристики вычислить полезную мощность, выделяемую на нагрузке по формуле:
P = I U (3)
Результаты занести в таблицу 1.
4. Постройте график зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки P = f(R).
5. По графику P = f(R) определите оптимальное сопротивление нагрузки , при котором полезная мощность максимальна и само значение максимальной мощности при данной освещенности.
6. Вычислите КПД фотоэлемента.
Световой поток (в люменах) равен произведению освещенности Е на площадь фотоэлемента S
Ф* = Е*S (4)
Чтобы найти поток (в ваттах), умножим световой поток Ф* на так называемый механический эквивалент света А:
Ф = Ф*А = А Е*S (5)
где А = 0,015 Вт/люкс (для длины волны = 0,555 мкм).
Вычислите по формуле (5) значение потока энергии, а по формуле (2) - значение коэффициента полезного действия.