МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОДИОДОВ С ПОМОЩЬЮ ИППП-1


Главная » Статьи » МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОДИОДОВ С ПОМОЩЬЮ ИППП-1

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК  ФОТОДИОДОВ С ПОМОЩЬЮ ИППП-1

 

Лисенков Б.Н.1, Грицев Н.В.1, Аксенов Ю.Н.2

 

 1Открытое акционерное общество “МНИПИ”, Минск, Республика Беларусь

2Высший государственный колледж связи, Минск, Республика Беларусь

 

Методика предназначена для ознакомления студентов с современными методами измерения параметров и характеристик полупроводниковых фотодиодов (ФД) с помощью измерителя параметров полупроводниковых приборов ИППП-1, включающего персональный компьютер (ПК) и управляющий пакет программного обеспечения (ПО), который регистрирует и отображает на экране ПК измеренные и расчетные электрические характеристики в виде графиков и таблиц.

Методика основана на использовании двух источников-измерителей (ИИ)  тока или напряжения входящих в состав ИППП-1, к входу\выходу одного из которых подключают исследуемый ФД. При этом, другой ИИ служит для управления уровнем освещенности исследуемого ФД с помощью подключенного к его входу\выходу полупроводникового светоизлучающего диода (СИД). Структурная схема измерительной установки, реализующей предлагаемую методику, представлена на рисунке 1.

Один ИИ формирует ступенчатую развертку первой очереди по напряжению на ФД и на каждой ступени измеряет протекающий через него ток. Развертка может быть линейной, логарифмической или списком (произвольной). Развертка первой очереди обеспечивает измерение одной линии ВАХ.

Другой ИИ формирует ступеньку тока постоянного уровня, протекающего через СИД, с длительностью равной длительности ступенчатой развертки (по напряжению) на ФД – так называемую развертку второй очереди. Развертка второй очереди позволяет провести измерение семейства ВАХ.

ИППП-1 обеспечивает формирование и измерение токов от ±10 пА до ±200 мА  и напряжений от ±1 мВ до ±120 В, при базовой погрешности 0,5%. Величина дискрета в каждом из диапазонов измерения тока и напряжения (разрешающая способность) для ИППП-1  составляет 1/2000 (0,05%), 1/20000 (0,005%) или  1/200000 (0,0005%), в зависимости от установленного режима интегрирования.

Для исключения погрешности обусловленной сопротивлением кабелей, при формировании тока через светодиод целесообразно использовать двухпроводные ИИ (ИИД), как показано на рисунке 1.

Рис.1 – Структурная схема измерительной установки на базе ИППП-1.

Для иллюстрации возможностей предлагаемой методики, на рисунках 2, 3, 4 представлены результаты измерения ВАХ  ФД при разных уровнях освещенности, которая определяется величиной тока, протекающего через СИД. В качестве ФД и СИД использованы элементы диодной оптопары АОД101А (Iвх.макс = 20 мА, Uобр.макс = -15 В). Это исключает влияние внешней освещенности и необходимость согласования спектров излучения и поглощения.

Возможность ограничения прямого тока  через фотодиод, при использовании ИППП-1, позволяет защитить его от разрушения.

Рис.2. - Семейство ВАХ фотодиода в диапазоне от -15 В до 5 В при ограничении тока через ФД на уровне 0,4 мА и трех уровнях тока через СИД  (0мА, 10 мА, 20 мА).

График, представленный на рисунке 2, отображает все участки  ВАХ, однако с его помощью сложно оценить величину темнового тока и поведение ВАХ в четвертом квадранте.  Для наглядности эти участки целесообразно исследовать  по отдельности, в других диапазонах тока и напряжения.

Рис. 3. – Зависимость  темнового тока фотодиода от обратного напряжения.

На рисунке 3 показан детализированный участок зависимости темнового тока ФД от обратного напряжения. При этом, масштаб по оси “x” увеличен на порядок, а по оси “y1” (левая) – на 5-ть порядков, по сравнению с ВАХ на рисунке 2. Маркер выделяет на графике точку, координаты которой в цифровом виде отображаются над полем графика, например на рисунке 3, х = -1.000е+001, y1 =  4.732е-008.

На рисунке 4 представлено семейство ВАХ фотодиода при трех разных уровнях освещенности для исследования работы ФД в фотогальваническом режиме. Масштаб, по сравнению с рисунком 2, увеличен по обеим осям.

Рис.4 – Семейство ВАХ фотодиода в четвертом квадранте, при ограничении прямого тока через ФД на уровне 0,27 мА. 

При измерении ВАХ в четвертом квадранте ИИ служит в качестве  электронной нагрузки для фотодиода [1].

Таким образом, с помощью ИППП-1 можно определить темновое  и световое сопротивление ФД в заданных точках, сопротивление ФД при нулевом смещении, темновой ток и  фототок в заданных точках.

На рисунках 5 и 6 показаны зависимости тока короткого замыкания  и напряжения холостого хода ФД от тока через СИД в логарифмических координатах.

Рис.5. – Зависимость тока короткого замыкания фотодиода от тока светодиода.

Рис.6. – Зависимость напряжения холостого хода на фотодиоде от тока светодиода  

Если, при измерении этих характеристик использовать предварительно откалиброванный светодиод, то, зная соответствие между заданным током и уровнем освещенности, можно построить зависимости тока короткого замыкания  и напряжения холостого хода ФД от интенсивности освещения.

Методика используется при проведении  лабораторных работ по курсу “Оптоэлектроника” в высшем государственном колледже связи.

1.      Фираго В.А. Приемники излучения. – Мн.:    БГУ, 2005. – 118 с.



Версия для печатиВерсия для печати