Subversion Repositories svnkaklik

\documentclass[12pt,czech]{article}

\usepackage[czech]{babel}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage{times}
\usepackage{geometry}
\geometry{verbose,a4paper,tmargin=2cm,bmargin=2cm,lmargin=2cm,rmargin=2cm}

\usepackage{array}

\usepackage{graphicx}
%\usepackage{multirow}
%\usepackage{bigstrut}
%\usepackage{amsbsy}

%\pagestyle{plain}

%\renewcommand{\tan}{\textrm{tg}}
\newcommand{\tg}{\textrm{tg}}
\newcommand{\cm}{\textrm{cm}}
\newcommand{\m}{\textrm{m}}
\newcommand{\mm}{\textrm{mm}}
\newcommand{\nm}{\textrm{nm}}


\begin{document}
\noindent \begin{tabular}{|>{\raggedright}b{4cm}|>{\raggedright}b{13cm}|}
\hline 
\textbf{Název a \v{c}íslo úlohy}& 9 - Detekce optického záření
\tabularnewline
\hline 
\textbf{Datum m\v{e}\v{r}ení}& 9. 3. 2011
\tabularnewline
\hline 
\textbf{M\v{e}\v{r}ení provedli}& Tomáš Zikmund, Jakub Kákona
\tabularnewline
\hline 
\textbf{Vypracoval}& Jakub Kákona
\tabularnewline
\hline 
\textbf{Datum}&
\tabularnewline
\hline 
\textbf{Hodnocení}&
\tabularnewline
\hline
\end{tabular}

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

\section{Ověření vlastností fotoodporu}
Fotoodpor jsme zapojili sériově s měřícím odporem s hodnotou $R_z$ = 2050 Ohm. A na oba odpory připojili napájecí zdroj $U_0$ = 10 V. Postupně jsme pak měnili intenzitu záření dopadajícího na odpor pomocí šedotónových filtrů a na měřícím odporu odečítali napětí digitálním multimetrem. Výsledný odpor jsme pak vypočetli z naměřených hodnot, pomocí vztahu \ref{Odpor}. Je vidět, že odpor fotoodporu s rostoucím osvětlením klesá a napětí na měřícím odporu proto roste.

\begin{equation}
\label{Odpor}
R_F = \frac{(U_0 - Uz) R_z}{U_z}
\end{equation}

\begin{table}[htbp]
\begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
\hline
Světelný příkon[mW] & Uz [V] Rozsvíceno & Uz [V] Zhasnuto & $R_F$ [Ohm] \\ \hline
2,94 & 9,191 & 9,18 & 180 \\ \hline
1,42 & 8,923 & 8,94 & 247 \\ \hline
0,56 & 8,498 & 8,4 & 362 \\ \hline
0,26 & 8,066 & 7,94 & 491 \\ \hline
0,12 & 7,48 & 7,191 & 690 \\ \hline
0,048 & 6,719 & 6,024 & 1001 \\ \hline
0,022 & 6,1 & 4,851 & 1310 \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}
\caption{Naměřené hodnoty napětí a vypočtené hodnoty fotoodporu}
\label{RP}
\end{table}

\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=150mm]{RP.png} 
\caption{Závislost odporu fotoodporu na výkonu dopadajícího záření 650nm}
\label{mrizka}
\end{figure}

\section{VA charakteristika fotoodporu}
Při měření voltampérové charakteristiky jsme měli fotoodpor připojený ke zdroji a digitálním multimetrem jsme měřili jím protékající proud.

Naměřená charakteristika pro větší dopadající optický výkon se liší od lineární závislosti pravděpodobně proto, že odpor fotoodporu byl již dostatečně nízký na to, aby protékající proud mohl způsobit zahřátí polovodiče a tím zvýšení protékajícího proudu nad očekávanou mez.   

\begin{table}[htbp]
\begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|c|}
\hline
\multicolumn{1}{|l|}{} & \multicolumn{ 2}{c|}{I[mA]} \\ \hline
U [V] & 0,26 mW & 0,022 mW \\ \hline
0 & 0 & 0 \\ \hline
1 & 1,83 & 0,479 \\ \hline
2 & 3,68 & 0,974 \\ \hline
3 & 5,452 & 1,429 \\ \hline
4 & 7,34 & 1,922 \\ \hline
5 & 9,157 & 2,399 \\ \hline
6 & 11,082 & 2,899 \\ \hline
7 & 12,954 & 3,37 \\ \hline
8 & 14,83 & 3,84 \\ \hline
9 & 16,703 & 4,33 \\ \hline
10 & 18,518 & 4,779 \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}
\caption{Naměřené hodnoty voltampérové charakteristiky fotoodporu}
\label{RP}
\end{table}

\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=150mm]{VA_R.png} 
\caption{VA charakteristika fotoodporu pro dvě hodnoty výkonu dopadajícího záření}
\label{mrizka}
\end{figure}


\section{VA charakteristika fotodiody}

Voltampérovou charakteristiku diody jsme meřili jejím připojením ke zdroji, tak aby bylo možné ampérmetrem měřit protékající proud. Na zdroji jsme pak postupně měnili napětí a hodnoty proudu v závislosti na napětí zaznamenávali do tabulky. 

\begin{table}[htbp]
\caption{Naměřené hodnoty VA charakteristiky PIN diody }
\begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
\hline
 & 2,94 mW & 0,26 mW & 0 mW \\ \hline
U [V] & I [mA] & I [mA] & I [mA] \\ \hline
0 & -1,074 & -0,093 & 0 \\ \hline
-0,98 & -1,076 & -0,093 & 0 \\ \hline
-2 & -1,07 & -0,093 & 0 \\ \hline
-3,03 & -1,074 & -0,093 & 0 \\ \hline
-4 & -1,074 & -0,093 & 0 \\ \hline
-5,01 & -1,074 & -0,093 & 0 \\ \hline
-6 & -1,074 & -0,093 & 0 \\ \hline
-7,03 & -1,074 & -0,093 & 0 \\ \hline
-7,98 & -1,074 & -0,093 & 0 \\ \hline
-9,03 & -1,074 & -0,093 & 0 \\ \hline
-10 & -1,074 & -0,093 & 0 \\ \hline
0,53 & 0,002 & 0,004 & 0,004 \\ \hline
0,6 & 0,025 & 0,024 & 0,024 \\ \hline
0,69 & 0,109 & 0,107 & 0,109 \\ \hline
0,82 & 0,353 & 0,353 & 0,353 \\ \hline
0,9 & 0,56 & 0,558 & 0,558 \\ \hline
0,97 & 0,745 & 0,753 & 0,749 \\ \hline
1,12 & 1,187 & 1,185 & 1,18 \\ \hline
1,2 & 1,436 & 1,436 & 1,436 \\ \hline
1,3 & 1,733 & 1,733 & 1,733 \\ \hline
1,4 & 2,04 & 2,04 & 2,041 \\ \hline
1,5 & 2,34 & 2,34 & 2,342 \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}
\label{}
\end{table}


\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=150mm]{VA_PIN_propustny.png} 
\caption{VA charakteristika PIN diody polarizované v propustném směru}
\label{mrizka}
\end{figure}


\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=150mm]{VA_PIN_zaverny.png} 
\caption{VA charakteristika PIN diody polarizované v závěrném směru}
\label{mrizka}
\end{figure}

Ze zobrazených grafů je vidět, že fotoefekt se v propustném směru příliš neprojevuje vzhledem k  tomu, že fotoproud je zanedbatelný vůči proudu, který diodou protéká ze zdroje.

Naopak v závěrném směru je fotoefekt velmi výrazný a způsobuje značnou změnu protekajícího proudu. Proto se často pro detekci záření používá závěrně polarizovaná dioda. 

\section{Spektrální citlivost fotodiody}

Pro měření spektrální citlivosti jsme PIN diodu měli zapojenou v sérii s měřícím odporem a dioda byla polarizovaná závěrně. Diodu jsme pak osvětlovali různými výkony a měřili protékající proud pomocí napětí na odporu. 

\begin{table}[htbp]
\caption{Namřené a vypočtené hodnoty pro PIN  diodu v režimu fotodetektoru pro případ vlnové délky 650nm}
\begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
\hline
Světelný příkon[mW] & Id [mA] & A/W & QE  \\ \hline
1,42 & 0,51 & 0,36 & 0,69 \\ \hline
0,56 & 0,20 & 0,36 & 0,68 \\ \hline
0,26 & 0,09 & 0,36 & 0,69 \\ \hline
0,12 & 0,04 & 0,35 & 0,67 \\ \hline
0,05 & 0,02 & 0,36 & 0,69 \\ \hline
0,02 & 0,01 & 0,34 & 0,65 \\ \hline
2,94 & 1,08 & 0,37 & 0,70 \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}
\label{}
\end{table}

\begin{table}[htbp]
\caption{Namřené a vypočtené hodnoty pro PIN  diodu v režimu fotodetektoru pro případ vlnové délky 780nm}
\begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
\hline
Světelný příkon[mW] & Id [mA] & A/W & QE \\ \hline
2,24 & 1,10 & 0,49 & 0,78 \\ \hline
1,40 & 0,67 & 0,48 & 0,77 \\ \hline
1,00 & 0,52 & 0,52 & 0,83 \\ \hline
0,70 & 0,37 & 0,52 & 0,83 \\ \hline
0,46 & 0,23 & 0,50 & 0,79 \\ \hline
0,34 & 0,17 & 0,49 & 0,78 \\ \hline
3,00 & 1,61 & 0,54 & 0,85 \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}
\label{}
\end{table}


\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=150mm]{PIN_780nm.png} 
\caption{Proudová odezva diody v závislosti na dopadajícím výkonu pro záření 780nm}
\label{mrizka}
\end{figure}

\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=150mm]{PIN_650nm.png} 
\caption{Proudová odezva diody v závislosti na dopadajícím výkonu pro záření 650nm}
\label{mrizka}
\end{figure}

Z grafů je patrné, že pro infračervené záření je křemíková dioda citlivější, což je ve shodě s hodnotami předpovídanými teorií. 

\section{Fotovoltaické zapojení fotodiody}

PIN diodu umístěnou ve stojánku jsme při tomto měření osvětlovali halogenovou žárovkou. A měřili proud a napětí na vývodech diody pro různou velikost zátěžového odporu. 
Tím jsme dostali zátěžovou charakteristiku uvedenou v tabulce a grafu.  Z naměřených hodnot je patrné, že největšího výkonu je dosaženo v pracovním bodě U=0,41 V, I=40,3 mA, kde je výkon 16,402 mW.
Z toho vyplývá, že pro panel s výkonem 1W by jsme potřebovali 60 kusů diod zapojených ve třech paralelních větvích po 20ks v sérii. 
   

\begin{table}[htbp]
\begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|c|}
\hline
U[V] & I[mA] & P[mW] \\ \hline
0,00 & 51,4 & 0,00 \\ \hline
0,56 & 7,18 & 4,00 \\ \hline
0,56 & 3,8 & 2,14 \\ \hline
0,57 & 2,1 & 1,19 \\ \hline
0,45 & 34,6 & 15,67 \\ \hline
0,50 & 24,53 & 12,36 \\ \hline
0,53 & 16,82 & 8,91 \\ \hline
0,54 & 11,52 & 6,27 \\ \hline
0,34 & 46,1 & 15,86 \\ \hline
0,32 & 47,8 & 15,06 \\ \hline
0,37 & 43,7 & 16,34 \\ \hline
0,42 & 39,45 & 16,37 \\ \hline
0,44 & 36,81 & 16,05 \\ \hline
0,41 & 40,3 & 16,40 \\ \hline
0,40 & 41,2 & 16,40 \\ \hline
0,58 & 0 & 0 \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}
\caption{PIN dioda ve fotovoltaickém režimu}
\label{RP}
\end{table}

\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=150mm]{PIN_photovoltanic.png} 
\caption{Charakteristiky PIN diody ve fotovoltaickém režimu}
\label{mrizka}
\end{figure}

\section{Proudová charakteristika fototranzistoru}
Při měření proudové charakteristiky fototranzistoru jsme postupovali obdobně jako při měření na fotoodporu. S tím rozdílem, že nyní byl $R_z$ = 100,3 Ohm a napájecí napětí $U_0$ = 5 V.

\begin{table}[htbp]
\begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|c|}
\hline
Světelný příkon[mW] & Ur[V] & Ice [mA] \\ \hline
2,94 & 2,44 & 24,3 \\ \hline
1,42 & 1,18 & 11,8 \\ \hline
0,56 & 0,43 & 4,3 \\ \hline
0,26 & 0,18 & 1,8 \\ \hline
0,12 & 0,08 & 0,8 \\ \hline
0,048 & 0,03 & 0,3 \\ \hline
0,022 & 0,01 & 0,1 \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}
\caption{Hodnoty proudu fototranzistorem}
\label{RP}
\end{table}

\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=150mm]{ITP.png} 
\caption{Proud protékající fototranzistorem v závislosti na výkonu dopadajícího záření}
\label{mrizka}
\end{figure}


\begin{thebibliography}{99}

\bibitem{navod} Kolektiv KFE FJFI ČVUT: \emph{Úloha č. 9 - Detekce optického záření}, [online], [cit. 9. března 2011], http://optics.fjfi.cvut.cz/files/pdf/ZPOP_09.pdf

\end{thebibliography}

\end{document}