Лаба_Ламкин_2

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра КЭОП

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «КОЭ»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ФОТОРЕЗИСТОРА И ФОТОТРАНЗИСТОРА

Студент гр. 5209		Хабибулин А.Р. Соловьев В.А. Мирзоалиев З.Э.
Преподаватель		Ламкин И.А.

Санкт-Петербург

2018

Цель работы.

Целью работы является исследование характеристик и определение основных параметров приемников оптического излучения – полупроводниковых фоторезисторов и фототранзисторов.

Теоретические данные.

Фототранзисторы и фоторезисторы относятся к фотонным приемникам на основе внутреннего фотоэффекта. Принцип их работы построен на взаимодействии квантов падающего на ЧПЭ оптического излучения и кристаллической решетки полупроводника. В результате данного взаимодействия атомы кристаллической решетки ионизируются и, как следствие, образуются свободные носители зарядов (электроны и дырки), что, в свою очередь, изменяет электропроводность полупроводника. Для лучшего понимания вышеописанного процесса рассмотрим зонные диаграммы данных полупроводников.

В полупроводниках энергетические состояния свободных и связанных электронов различны, что можно охарактеризовать с помощью энергетической диаграммы, представленной на рисунке 1а.

это максимальная энергия, которой могут обладать электроны полупроводника без примесей в связанном состоянии. Если электрон, имеет энергию ниже , то он связан с атомам и находится в валентной зоне (ВЗ). Уровень определяет минимальную энергию, которую может иметь свободный электрон. Выше нее лежат возможные значения энергии свободных электронов, образующих зону проводимости (ЗП). Если падающий квант света сообщит свободному электрону энергию большую, чем ∆(равную Ес – Ev), то электрон перейдет из связанного состояния в свободное. Энергия ∆ - это так называемая ширина запрещенной зоны. Ее определяет природа химических связей п/п.

Фототранзистор - это полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним усилением фототока. Структура фототранзистора идентична структуре биполярного транзистора p-n-p типа, который включен в схему с общим эмиттером, однако, в отличие от обычного биполярного транзистора, фототранзистор не имеет электрический контакт базы, и управление током базы осуществляется благодаря изменению ее освещенности. Поэтому конструктивно фототранзистор обладает лишь двумя выводами, а не тремя, как в биполярном, - эмиттер и коллектор.

Схема измерений.

Лабораторный стенд состоит из трех фотоприемников (фоторезистора LDR1 и двух фототранзисторов T1 и T2) и трех светодиодов (HL1, HL2, HL3), свет которых проецируется на соответствующий фотоприемник. Блок–схема установки для исследования характеристик данных фотоприемников представлена на рисунке 2.1

Рис.  1. Блок-схема для исследования характеристик фотоприемников.

Электрическая схема сконструированного стенда показана на рисунке 2.2. Блок питания светодиода (ИП СИД) подает необходимое напряжение на соответствующий светодиод (HL1, HL2, HL3). Мощность светового потока, излучаемого СИД, регулируется изменением прямого тока, проходящего через светодиод и контролируемого амперметром (мультиметр 3). Токи, которые при этом появляются в фотоприемнике, измеряются амперметром (мультиметр 1). Дополнительный блок питания (ИП ФП) подает напряжение смещения на фотоприемники. Напряжение на фотоприемниках контролируется вольтметром (мультиметр 2).

Экспериментальные результаты.

Таблица 1. ВАХ фототранзистора без освещения

Без освещения
I, A	0	0		0		0		0		0		0		0		0
U, B	0	0,2		0,4		0,6		0,8		1		3		5		7

Таблица 2. ВАХ фототранзистора №1 с различными токами светодиода.

Для ФТ1			I фт, мкА
U,B			0		0,2		0,4		0,6		0,8		1		3		5		7
I сд, мА	4	2		3		3		3		3		3		4		5		6
	8	1		6		6		6		6		6		8		10		12
	12	3		9		9		9		9		10		12		15		18
	16	4		12		13		13		13		13		17		20		26
	20	1		15		15		16		16		17		20		25		31

Таблица 3. ВАХ фототранзистора №2 с различными токами светодиода.

Для ФТ2			I фт, мкА
U,B			0	0,2		0,4		0,6		0,8		1		3		5		7
I сд, мА	4	6		113	116		118		120		122		139		162		252
	8	9		248	254		258		263		266		302		355		585
	12	10		377	385		391		398		405		458		538		927
	16	12		521	537		545		553		562		636		746		1324
	20	12		646	661		674		686		698		790		925		1705

Таблица 4. ВАХ фототранзистора №3 с различными токами светодиода.

Для ФТ3		I фт, мкА
U,B		0	0,2	0,4	0,6	0,8	1	3	5	7
I сд, мА	4	1	5	5	5	5	5	7	9	11
	8	4	10	11	11	11	12	15	19	24
	12	3	16	16	17	17	17	23	28	37
	16	3	22	23	24	24	25	32	40	50
	20	1	28	29	30	31	31	40	49	63

Обработка результатов.

Рис. 2. График ВАХ фототранзистора №1 при различных освещенностях.

Рис. 3. График ВАХ фототранзистора №2 при различных освещенностях.

Рис. 4. График ВАХ фототранзистора №3 при различных освещенностях.

Рис. 5. Световая характеристика фототранзисторов.

ВЫВОД: В ходе лабораторной работы были исследованы свойства фототранзисторов. В частности, исследованы ВАХ трех фототранзисторов при отсутствии освещения и при разных степенях освещенности. Выяснилось, что при отсутствии освещения, т.к. отсутствует световой поток, падающий на базу фототранзистора, ток не проходит. В то же время, чем больше световой поток на фототранзисторе, тем больше выходной ток, таким образом ток регулируется мощностью светового потока, падающего на базу фототранзистора.