Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лабораторная работа №1 Изучение электрических характеристик фотодиода на основе Si - файл Лабораторная 1.doc


Лабораторная работа №1 Изучение электрических характеристик фотодиода на основе Si
скачать (89.9 kb.)

Доступные файлы (1):

Лабораторная 1.doc297kb.31.05.2009 14:45скачать

содержание
Загрузка...

Лабораторная 1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Северо-Кавказский государственный технический университет

кафедра промышленной электроники


Лабораторная работа №1


«Исследование электрических характеристик

фотодиода на основе Si»


Выполнил

студент гр. ПЭ-061

Новрузов Н.Н.


Проверил

Штаб А.В.


Ставрополь 2009


Цель работы:

Изучить принципы работы фотодиода на основе Si.

Теоретическое введение


Данный прибор представляет собой диод с р-n переходом большой площади, способный преобразовывать энергию падающего солнечного излучения в энергию электрического тока с КПД, достигающим 20%.



Рисунок 1 – Фотодиод; а) конструкция прибора (сверху вниз - стеклянная пластина, через которую проходит солнечный свет, собирающий электрод, тонкая n-область, р-область, собирающий электрод); б) упрощенная диаграмма энергетических зон освещенного р-n перехода, нагруженного на резистор R; в) вольт-амперная характеристика (кривая 1 – темновой режим, 2 – режим освещения; IV квадрат соответствует фотовентильному режиму работы


Если солнечный свет с энергией кванта, равной или превышающей Еg, падает на n-слой р-n перехода, то в обедненной области образуются электронно-дырочные пары. Существующее в этой области внутреннее электрическое поле заставляет электроны двигаться по направлению к n-области, а дырки к р-области. Если имеется цепь нагрузки, то в ней под действием света возникает некоторый ток Jсв.

Будем считать, что при отсутствии освещения солнечный элемент имеет ВАХ идеального диода ():

(1)

Если подать освещение, то:

(2)

Причем, знак тока Jсв взят отрицательно, так он создан неосновными носителями и направлен в противоположную сторону. На рис.la показана ВАХ солнечного преобразователя, полученная из характеристики в темновом режиме вычитанием величины Jсв.

Из формулы (2) можно найти напряжение, которое возникает в разомкнутой цепи (режим холостого хода) при J= 0:

(3)

и ток короткого замыкания при U= 0:

(4)

При подключении к освещенному переходу нагрузочного резистора в переходе возникает фото-ЭДС, значение которой меньше Uх. Через переход протекает диффузионный ток:

, а

или

(5)

Учитывая внутреннее сопротивление преобразователя r для напряжения на нагрузке, имеем:

(6)

Мощность в нагрузке:

(7)

Условие максимума мощности :

(8)

где Jм – ток, удовлетворяющий условию максимуму мощности.


^ Аппаратура и материалы:

Оборудование для эксперимента включает в себя фотодиод, мультиметр, переменный резистор и источник света.

Для выполнения измерений напряжения собирается электрическая схема, показанная на рис.1.



Рисунок 2 Экспериментальная схема

Схема состоит из осветителя 1, освещающего фотопреобразователь 2, который нагружен на резистор Rн, напряжение с резистора подается на измерительный прибор.

Таблица 1 (при l=10 см) Таблица 2 (при l=20 см)




Rн, Ом

Uн, В

P, Вт

1

500

0,07

9,8E-06

2

1000

0,14

1,96E-05

3

1500

0,18

2,16E-05

4

2000

0,2

0,00002

5

3500

0,25

1,79E-05

6

4000

0,25

1,56E-05

7

4500

0,26

1,5E-05

8

5000

0,27

1,46E-05

9

5500

0,28

1,43E-05

10

6000

0,3

0,000015





Rн, Ом

Uн, В

P, Вт

1

500

0,03

1,8E-06

2

1000

0,06

3,6E-06

3

1500

0,08

4,27E-06

4

2000

0,1

0,000005

5

3500

0,14

5,6E-06

6

4000

0,15

5,63E-06

7

4500

0,17

6,42E-06

8

5000

0,19

7,22E-06

9

5500

0,2

7,27E-06

10

6000

0,21

7,35E-06


Таблица 3 (при l=30 см)



Rн, Ом

Uн, В

P, Вт

1

500

0,01

2E-07

2

1000

0,03

9E-07

3

1500

0,05

1,67E-06

4

2000

0,06

1,8E-06

5

3500

0,1

2,86E-06

6

4000

0,11

3,03E-06

7

4500

0,12

3,2E-06

8

5000

0,13

3,38E-06

9

5500

0,14

3,56E-06

10

6000

0,15

3,75E-06



Рисунок 3 Зависимость P(Rн)

Сопротивление нагрузки Rн, при котором мощность, отдаваемая преобразователем в нагрузку максимальна, равна 1500 Ом. Uх = 0.3 В, Jкз=0.14 мА.







мА





Решаем графически уравнение :



мА

Строим зависимость мощности отдаваемой в нагрузку от сопротивления нагрузки:




Вывод: В ходе работы был исследован принцип работы фотодиода на основе Si, построены экспериментальные зависимости P(Rн), по найденным параметрам фотодиода построена теоретическая зависимость P(Rн), которая практически совпадает с экспериментальной.


Скачать файл (89.9 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru