1. ВАЖНО! Убедиться, что переключатели на стенде находятся в положениях «ВЫКЛ» и «ХХ». Включение и выключение блоков питания производить только в этих положениях переключателей на стенде.

2. Используемые в работе источники питания могут обеспечить широкий диапазон подаваемых напряжений и токов, значительно превышающий допустимые параметры как для светодиода, так и для фотоприемника. Во избежание выхода установки из строя при регулировании значений смещения следует пользоваться в основном только ручкам "FINE" ("Точно") на обоих блоках питания.

3. Убедиться, что ручки регулирования тока на блоке питания светодиода находятся в крайних положениях против часовой стрелки. Включить блок питания светодиода. Убедиться, что блок находится в режиме стабилизации по току (горит красный светодиод на блоке). Во время работы ток светодиода не должен превышать 30 мА. В случае неправильной настройки блока следует позвать преподавателя.

4. Убедиться, что ручки регулирования напряжения на блоке питания фотодиода находятся в крайних положениях против часовой стрелки. Включить блок питания ФД. Убедиться, что блок находится в режиме стабилизации по напряжению (горит зеленый светодиод на блоке). Включить вольтметр и амперметр. Значения тока и напряжения на блоке питания не соответствуют истинным параметрам для фотоприемника. Задаваемое напряжение следует контролировать на дополнительном вольтметре. Значение напряжения на этом вольтметре не должно превышать 1 В.

5. Исследовать вольт-амперную характеристику фотодиода без освещения. Установить ручки регулирования тока на блоке питания светодиода в крайнее положениях против часовой стрелки. Убедиться, что установлено значение нагрузочного сопротивления фотодиода R_н = 0 кОм. Переключить на стенде регулятор в положение «ИП». Измерить обратную ветвь темновой ВАХ фотодиода (переключив в режим «обратная», изменяя напряжение на блоке питания ФД от 0 до 1 В через 0,2 В (значение напряжения следует контролировать по дополнительному вольтметру). Уменьшить напряжение питания до нуля и переключить в положение «прямая», и измерить прямую ветвь ВАХ при тех же напряжениях. При измерении контролировать изменение знака тока и напряжения.

6. Исследовать вольт-амперную характеристику фотодиода при различных освещенностях фоточувствительной площадки. Изменять ток на блоке питания светодиода от 5 мА до 30 мА через 5 мА и при каждом токе измерить ВАХ аналогично предыдущему пункту.

7. Исследовать зависимость фототока короткого замыкания I_кз от величины светового потока, изменяя значение тока на светодиоде от 0 мА до 30 мА через 5 мА. При этом переключатель на стенде перевести в положение «КЗ».

8. Исследовать зависимость U_хх от величины светового потока при тех же значениях тока, протекающего через светодиод, при которых снималась аналогичная зависимость для I_кз. При измерении напряжения холостого хода необходимо, чтобы R_н = ∞, а величина тока в цепи фотодиода равнялась нулю, для этого переключить на стенде регулятор в положение «ХХ».

9. Установить R_н = 10 кОм. Измерить световую характеристику фотодиода (I_ф = f(Ф)) в вентильном режиме работы (положение «КЗ») Значение тока на светодиоде изменять от 0 мА до 30 мА через 5 мА.

10. Исследовать нагрузочные характеристики фотодиода в вентильном режиме работы (положение «КЗ»). Установить ток светодиода 20 мА. Изменяя сопротивление нагрузки R_н, измерить значение тока в цепи фотодиода и напряжения на фотодиоде при каждом значении сопротивления.

11. Перевести переключатели на стенде в положения выкл и хх.

1.4. Обработка результатов и содержание отчета

В отчете должны быть представлены:

1. Цель работы.

2. Схема измерительной установки.

3. Принципиальные электрические схемы для каждого типа измерений.

4. Вольт-амперные характеристики фотодиода, измеренные в темноте и при различных освещенностях, изображенные на одном графике.

5. Световые и нагрузочные характеристики фотодиода.

6. Результаты определения из ВАХ фотодиода квантового выхода с использованием (1.6). Мощность излучения светодиода считать равной 2 мВт, а длину волны – 720 нм.

7. Расчет чувствительности фотодиода с использованием (1.7). Расчет проводить только для максимальной освещенности. Провести анализ полученных данных.

8. Расчет величины I_S из выражения (1.3) с использованием экспериментальных значений U_хх и I_кз при одинаковых значениях светового потока. Сравнить полученное значение с величиной I_S, полученной из вольтамперной характеристики неосвещенного фотодиода. Расчет проводить только для максимальной освещенности. Провести анализ полученных данных.

9. Результаты определения из нагрузочных характеристик R_н, при кото­ром мощность фотодиода в вентильном режиме работы будет максимальной.

10. Выводы (подробно каждую зависимость, почему такая).

1.5. Контрольные вопросы

1. Каковы физические основы работы фотодиодов?

2. Чем определяется спектральная чувствительность фотодиода?

3. Чем различаются вентильный и фотодиодный режимы работы фотодиода?

4. Какую максимальную мощность, снимаемую с фотодиода, можно получить в вентильном режиме работы?

5. Пояснить влияние изменения сопротивления нагрузки на фотоэлектрические характеристики фотодиода.

6. Какие физические явления определяют инерционные свойства фотодиодов?

7. Как влияют сопротивление нагрузки и величина напряжения, приложенного к фотодиоду, на инерционные свойства фотодиода?

8. Указать основные области применения полупроводниковых фотодиодов.

9. Что такое p-i-n-фотодиоды и лавинные фотодиоды? В чем их преимущества и недостатки?

10. Какие фотоприемники используются в волоконно-оптических линиях связи?