Классификация фотоэлектрических эффектов и оптоэлектронных приборов. 5

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.. 5

Классификация фотоэлектрических эффектов и оптоэлектронных приборов. 5

Оптические свойства полупроводников. 6

Оптическое поглощение. 6

Фотопроводимость. 9

Фотовольтаические эффекты.. 13

Эффект Дембера. 13

Фотомагнитный эффект Кикоина-Носкова. 13

Вентильный фотоэффект. 14

Оптоэлектронные полупроводниковые приборы.. 17

Фоторезисторы.. 17

Фотодиод.. 23

Светоизлучательные диоды.. 26

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СТЕНДА.. 29

Структура автоматизированного лабораторного стенда. 29

Объект исследования. 29

Описание интерфейса пользователя.. 31

Основное окно программы.. 31

Схемы измерений. 32

Управляющие и регистрирующие инструменты.. 37

Рабочая тетрадь. 41

Таблицы. 42

Формулы. 43

Графики. 44

Обработка результатов измерений. 45

Формирование отчета. 48

4 ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ... 50

Исследование вольт-амперных характеристик светоизлучательных диодов. 50

Исследование темновой и световой вольт-амперной характеристики. 50

Исследование световых характеристик фоторезисторов. 51

Исследование спектральных характеристик фоторезисторов. 52

Исследование релаксации фотопроводимости фоторезисторов. 52

5 Контрольные вопросы... 54

Литература.. 55

ПРИЛОЖЕНИЕ А Кнопки панели управления и
их соответствие командам меню.. 56

Цель работы: изучение электрических и оптических явлений в полупроводниках, основных характеристик и параметров оптоэлектронных приборов.

.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

 

1.1 Классификация фотоэлектрических эффектов и
оптоэлектронных приборов

На рисунке 1.1 представлена схема, иллюстрирующая классификацию фотоэлектрических эффектов.

Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называют процесс взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества.

Фотоэлектрические эффекты делятся на внешний и внутренний фотоэффекты.

Внешний фотоэффект связан с вырыванием электронов из кристаллов под действием электромагнитного излучения.

При внутреннем фотоэффекте электрон вырывается из атома под действием электромагнитного излучения, но остается внутри кристалла.

Внутренний фотоэффект лежит в основе фотопроводимости и фотовольтаических эффектов.

Увеличение электропроводности полупроводника под действием электромагнитного излучения называется фотопроводимостью.

Кроме фотопроводимости электромагнитное излучение в полупроводниках вызывает появление фотоЭДС. Эффекты, приводящие к появлению фото-ЭДС в полупроводниках, называются фотовольтаическими.

Приборы на основе фотоэлектрических эффектов называются оптоэлектронными.

Оптоэлектронные приборы делятся на три группы:

1. приборы, преобразующие электрическую энергию в оптическое излучение (светодиоды, полупроводниковые лазеры);

2. приборы, детектирующие оптические сигналы за счет протекающих под действием электромагнитного излучения электронных процессов (фотодетекторы);

3. приборы, осуществляющие преобразование оптического излучения в электрическую энергию (фотовольтаические приборы, солнечные батареи).

Оптические свойства полупроводников

Оптическое поглощение.

Изменение интенсивности электромагнитного излучения, падающего на полупроводник, можно описать законом Бугера-Ламберта:

, (1.1)

где J – интенсивность электромагнитного излучения на расстоянии x от поверхности;
J ₀ – интенсивность падающего на полупроводник излучения; a – коэффициент поглощения.

Коэффициент поглощения показывает вероятность поглощения кванта энергии на расстоянии в единицу длины [a] = [м^-1].

Под действием электромагнитного излучения в полупроводниках образуются неравновесные носители заряда вследствие электронно-дырочных переходов, приведенных на рисунке 1.2. Переход типа 1 соответствует собственному поглощению вещества, в результате которого образуется пара свободных носителей заряда, а именно, электрон и дырка. Такое возбуждение называется биполярным. Электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне, возбужденные электромагнитным излучением, переходят на уровни с более высокими энергиями (2, 2а рисунок 1.2). Данное поглощение называется поглощением на свободных носителях заряда. В результате поглощения фотонов примесными атомами и несовершенствами кристаллической решетки, которые образуют энергетические уровни в запрещенной зоне полупроводника, происходят переходы типа 3 и 4. Переходы электронов с примесного уровня в зону проводимости (3) или из валентной зоны на примесный уровень (3а) представляют собой примесное поглощение. Переходам 5, 5а на рисунке 1.2 соответствует поглощению на экситонах.

 

Возбужденные светом избыточные электроны и дырки участвуют в процессе электропроводности полупроводника до тех пор, пока не рекомбинируют или не будут захвачены на локальный энергетический уровень.

Спектр оптического поглощения полупроводника зависит от многих факторов, таких как длина волны, частота излучения, концентрация центров поглощения.

Под центрами поглощения понимают свободные и связанные носители заряда, дефекты кристаллической решетки, примесные и собственные атомы.

Рисунок 1.3 иллюстрирует зависимость коэффициента поглощения полупроводника от длины волны излучения.

I Собственное поглощение. Собственное поглощение соответствует переходу электрона из валентной зоны в зону проводимости область 1. Для реализации такого перехода необходимо, чтобы энергия поглощенных квантов была бы равна или больше ширины запрещенной зоны полупроводника . На энергетической зонной диаграмме полупроводника, рисунок 1.4, показана реализация этого процесса.

 

 

Область собственного поглощения полупроводников находится либо в видимой области, либо в инфракрасной области спектра поглощения. Граничная длина волны, соответствующая собственному поглощению, определяется по формуле:

, (1.2)

где h – постоянная Планка; с – скорость света в вакууме; в эВ.

Следовательно, граничная частота, соответствующая собственному поглощению, определяется шириной запрещенной зоны полупроводника. Коэффициент поглощения a на прямых переходах примерно равен 10⁸ м^-1.

При собственном поглощении различают прямые и непрямые переходы электронов, показанные на рисунке 1.5.

Прямые переходы электронов называются вертикальными переходами. Для таких переходов необходимы энергии квантов большая или равная ширине запрещенной зоны.

 

Непрямые переходы осуществляются между максимумом валентной зоны и минимумом зоны проводимости, область 2 на рисунке 1.5. Для реализации таких переходов необходимы дополнительные затраты энергии, которые черпаются из энергии кристаллической решетки – фононов. Таким образом, для осуществления поглощение на непрямых переходах электронов необходимо совместное участие квантов тепловой и световой энергий, поэтому поглощение на непрямых переходах смещается в коротковолновую область спектра по отношению к поглощению на прямых переходах. Вероятность непрямых переходов мала, так как для их реализации необходимо, чтобы фонон и электрон оказались бы в одной точке пространства, поэтому коэффициент поглощения a на непрямых переходах невелик и составляет 10⁵ м^-1.

 

II Поглощение на примесях. Данному поглощению соответствует область 3 на рисунке 1.3. Оно реализуется за счет перехода электронов с донорных уровней в зону проводимости или из валентной зоны на акцепторные уровни. Граничная длина волны поглощения соответствует энергии примесного уровня (l_гр ~ E _пр). Учитывая, что энергия примесного уровня много меньше ширины запрещенной зоны полупроводника, то область примесного поглощения смещается в инфракрасную область спектра. При этом плотность состояний на примесных уровне много меньше эффективной плотности состояний в зоне проводимости (в валентной зоне) по абсолютной величине, поэтому коэффициент поглощения на примесях на несколько порядков меньше собственного. В спектре поглощения могут присутствовать отдельные полосы, связанные с возбуждением примесных атомов (область 4 на рисунке 1.3).

 

III Поглощение на экситонах. Возбужденное состояние основного атома также реализуется, когда электрон не отрывается от него, а лишь переходит на один из незаполненных уровней. Такое состояние получило название экситонного (от английского слова
exitation – возбуждение). Отличие экситонного состояния от возбужденного состояния примесного атома заключается в том, что энергия кристалла не зависит (в силу трансляционной симметрии, т.е. эквивалентности одинаковых точек разных ячеек) от того, какой из атомов возбужден, поэтому возбужденное состояние может перемещаться по всему кристаллу. В результате этого образуются зоны экситонных состояний. Движение экситонов не создает электрического тока, так как перемещается не электрон, а лишь возбужденное состояние атома. Экситон можно представить как совместное движение электрона и дырки, связанных кулоновскими силами и вращающихся вокруг общего центра тяжести; кроме этого, такая пара может поступательно перемещаться по всему кристаллу.

На образование экситона – возбуждение атома требуется меньшая энергия, чем на его ионизацию, поэтому экситонные линии лежат в спектре поглощения справа от основной полосы, т. е. в области меньших частот и энергий. Экситонновому поглощению соответствует область 2 на рисунке 1.3.

 

IV Поглощение кристаллической решеткой, область 5 на рисунке 1.3. Часть поглощенной энергии может тратиться на увеличение колебательной энергии кристаллической решетки. В результате появляются узкие полосы в инфракрасной области спектра. Для ионных кристаллов наблюдается сильное поглощение в далекой инфракрасной области.

 

V Поглощение на носителях заряда. Данному виду поглощения соответствует область 6 на рисунке 1.3. Он реализуется при переходе электронов с одних энергетических уровней на другие в пределах энергетической зоны. Спектр поглощения свободными носителями заряда сплошной и находится в длинноволновой инфракрасной области спектра.

 

Фотовольтаические эффекты

Под фотовольтаическими (фотогальваническими) эффектами понимают возникновение электродвижущей силы (фотоЭДС) в полупроводнике в результате пространственного разделения оптически возбужденных носителей заряда противоположного знака. Для возникновения фотоЭДС необходимо выполнение следующих условий:

а) электромагнитное излучение должно быть неоднородным, т.е. в различных элементах объема полупроводника должно поглощаться различное количество фотонов и соответственно появляется различное количе количество фотоносителей. Наличие градиента концентрации фотоносителей вызывает диффузию и возникновение фотоЭДС при условии, что коэффициенты диффузия дырок и электронов отличаются друг от друга;

б) освещаемый полупроводник должен быть неоднородным, в этом случае распределение концентрации фотоносителей по объему полупроводника будет неравномерным и вследствие этого возникает фотоЭДС.

 

1.3.1 Эффект Дембера. Если на поверхности полупроводника падает электромагнитное излучение (свет), энергия квантов которого достаточна для генерации фотоносителей, при этом коэффициент поглощения достаточно велик, то электромагнитное излучение будет поглощаться в основном в приповерхностном слое полупроводника, где и будут создаваться фотоносители. Данное явление относится к случаю неоднородного освещения полупроводника. Электроны и дырки будут диффундировать в область с меньшей концентрацией носителей заряда, которая характеризуется минимальной освещенностью. В результате возникает фотоЭДС, пропорциональная разности коэффициентов диффузии носителей заряда противоположного знака. В состоянии термодинамического равновесия фотоЭДС компенсирует разность коэффициентов диффузии электронов и дырок.

Выражение для фотоЭДС Дембера имеет вид:

, (1.22)

где s_п– удельная электропроводность полупроводника в непосредственной близости от поверхности, т.е. сумма темновой электропроводности и фотопроводимости:

. (1.23)

Следует, что фотоЭДС Дембера тем больше, чем больше разность подвижностей электронов и дырок. Данное уравнение может быть применимо к примесной фотопроводимости. Эффект Дембера в определенной степени аналогичен явлению термоЭДС.

 

 

1.3.2 Фотомагнитный эффект Кикоина-Носкова. Приложим к выше рассмотренному полупроводнику магнитное поле, направленное перпендикулярно к потоку лучистой энергии и к одной из граней. В результате на электроны и дырки, диффундирующие от освещенной поверхности, будет действовать сила Лоренца:

, (1.24)

где – дрейфовая скорость носителей заряда; – напряженность магнитного поля.

Эта сила отклоняет электроны и дырки в противоположные стороны. В результате возникает поперечная ЭДС, перпендикулярная направлению магнитного поля и потока лучистой энергии. Величина ЭДС Кикоина – Носкова в состоянии равновесия определяется равенством токов, созданных ЭДС и магнитным полем.

Эффект Кикоина-Носкова аналогичен поперечному эффекту Нернста-Эттингсгаузена.

При коротком замыкании электрических контактов на гранях полупроводника образуется ток, созданный фотомагнитной ЭДС:

, (1.25)

где – число квантов света, падающих на 1 м² полупроводника в 1 с; L_p и L_n – диффузионная длина дырок и электронов.

Фотомагнитная ЭДС (холостого хода) определяется посредством умножения тока короткого замыкания на сопротивление образца с учётом его уменьшения за счет появления фотоносителей.

 

1.3.3 Вентильный фотоэффект.Вентильным фотоэффектом называют фотоЭДС, возникающую при освещении вентильного, т.е. выпрямляющего контакта. Выпрямляющими свойствами обладают контакты полупроводников различного типа электропроводности, металла с полупроводником. Полупроводниковые приборы, основанные на вентильном фотоэффекте и предназначенные для превращения световой энергии в электрическую или световых сигналов в электрические, называют фотоэлементами. Рассмотрим образование вентильной фотоЭДС при освещении с p-n-перехода.

Пусть n-p -переход освещается светом со стороны полупроводника р -типа электропроводности с энергией квантов больше энергии запрещенной зоны, что соответствует образованию электронно-дырочных пар. На рисунке 1.7 показан процесс генерации под действием квантов света носителей заряда в р -области р-п -перехода с последующей их диффузией.

Генерируемые носители заряда будут диффундировать к р-п -переходу. Электроны зоны проводимости полупроводника р -типа электропроводности под действием контактного поля переходят в зону проводимости полупроводника n -типа, при этом дырки задерживаются контактным полем и остаются в p -области. В результате происходит пространственное разделение оптически генерированных электронов и дырок, при этом акцепторный полупроводник приобретает положительный, а донорный – отрицательный заряд, что эквивалентно возникновению фотоЭДС V _ф. Последняя называется напряжением холостого хода V _хх. при разомкнутой внешней цепи.

 

Таким образом, под действием квантов света через p-n -переход протекает фототок, который создает на n-p -переходе разность потенциалов в пропускном направлении, уменьшающую на свою величину контактную разность потенциалов, и как вследствие этого через р-п -переход потечет ток , называемый током утечки, в обратном направлении:

, (1.26)

где – ток насыщения, обусловленный тепловой генерацией носителей заряда.

Состояние термодинамического равновесия устанавливается при равенстве тока утечки и фототока, протекающих через р-п- переход

. (1.27)

Выразим из этого уравнения напряжение холостого хода:

. (1.28)

При подключении к фотоэлементу на основе р-п- перехода внешней нагрузки , рисунок 1.8, фотоЭДС в р-п -переходе создается только частью носителей заряда, а другая часть носителей заряда обеспечивает ток через нагрузку.

Напряжение на нагрузке равно:

. (1.29)

Вольт-амперная характеристика вентильного фотоэлемента описывается уравнением вида:

. (1.30)

На рисунке 1.9 представлено семейство вольт-амперных характеристик р‑п‑ перехода для различных значений светового потока.

Видно, что увеличение светового потока приводит к росту фототока.

Р-п- переход, смещенный в обратном направлении посредством внешнего источника питания , также может работать в фотодиодном режиме. При поглощении квантов света в р-п -переходе или в прилегающих к нему областях полупроводников образуются неравновесные электронно-дырочные пары. Неосновные носители заряда, образующиеся в р-п -переходе или прилегающих к нему областям, находящихся на расстоянии не превышающим диффузионной длины, диффундируют к р-п -переходу и проходят через него под действием электрического поля, рисунок 1.10. В результате под действием электромагнитного излучения обратный ток через р-п -переход возрастает на величину фототока.

Преимуществами фотодиодного режима являются высокая чувствительность и малая инерционность порядка 10^-9 с, при этом вентильный режим характеризуется низким уровнем шумов и отсутствием источника питания.

На рисунке 1.11 приведена электрическая схема для исследования фото-ЭДС
р-п -перехода, работающего в фотодиодном режиме. Напряжение источника питания приложено в обратном направлении к р-п -переходу.

В фотодиодном режиме уравнение вольт-амперной характеристики р-п -перехода имеет вид:

. (1.31)

 

Задавая напряжение источника питания достаточно большим, можно сделать темновой ток фотодиода равным току насыщения. На фототок величина почти не влияет и даже несколько его увеличивает, т.к. увеличивается тянущее поле и уменьшается, таким образом, потери на рекомбинацию. В этом и состоит большое преимущество фотодиодов перед фоторезисторами.

 

 

Светоизлучательные диоды

Полупроводниковый излучатель – оптоэлектронный полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в энергию электромагнитного излучения в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра.

Инжекционная электролюминесценция является физической основой работы излучающих полупроводниковых диодов. Термином «излучающие диоды» охватывают диоды, работающие в диапазоне видимого излучения, – это светоизлучающие диоды (СИД) (используются для визуального отображения информации) и диоды, работающие в инфракрасном диапазоне оптического излучения – инфракрасные излучающие диоды (ИК-диоды).

Современные излучательные диоды обладают следующими достоинствами: высоким значением КПД преобразования электрической энергии в оптическую; относительно узким спектром излучения (квазимонохромотичность) для одного типа диодов, с одной стороны, и перекрытием почти всего оптического диапазона излучения диодами различных типов, с другой; высокой для некогерентного излучателя направленностью излучения; малыми значениями прямого падения напряжения, что обеспечивает электрическую совместимость СИД с интегральными схемами; высоким быстродействием; малыми габаритами; технологической совместимостью с микроэлектронными устройствами; высокой надежностью и долговечностью.

Качество излучающего диода характеризуется внешним квантовым выходом

, (1.47)

где – коэффициент инжекции; – внутренний квантовый выход; – оптическая эффективность или коэффициент вывода света.

Произведение определяет эффективность инжекционной электролюминесценции. Однако даже при большом значении внешний квантовый выход может оказаться малым вследствие низкого вывода излучения из структуры диода во внешнюю среду, так как при выводе излучения из активной (излучающей) области диода имеют место следующие потери энергии:

1) потери на самопоглощение;

2) потери на полное внутреннее отражение;

3) потери на обратное и торцевое излучение.

Эффективность вывода оптического излучения из диода характеризуется коэффициентом вывода и определяется отношением мощности выходящего излучения к мощности излучения, генерируемого внутри кристалла:

. (1.48)

Таким образом, внешний квантовый выход – это интегральный показатель излучательной способности СИД, который учитывает эффективность инжекции , электролюминесценции и вывода излучения в создании оптического излучения.

К характеристикам светоизлучающим диодам относят:

Излучательную характеристику. Она представляет собой зависимость параметров оптического излучения от прямого тока, протекающего через р-п- переход.

Для ИК-диодов излучательную характеристику представляют в виде зависимость потока излучения Ф от прямого тока, протекающего через р-п -переход. Для светоизлучающих диодов излучательная характеристика задается обычно зависимостью силы света , яркости от прямого тока .

При малых токах прямых токах через СИД велика доля безизлучательной рекомбинационной составляющей тока и коэффициент инжекции при этом мал. С ростом прямого тока световой поток излучения сначала быстро увеличивается до тех пор, пока в токе, протекающем через р-п- переход, не окажется преобладающей диффузионная составляющая тока.

Дальнейшее увеличение приводит к и насыщению центров люминесценции и снижению излучательной способности диода. Кроме того, с ростом тока увеличивается вероятность ударной рекомбинации, что также уменьшает излучательную способность. Совместное действие рассмотренных механизмов влияния прямого тока на силу излучения приводит к тому, что излучательная характеристика имеет максимум при некотором токе. Максимальная сила излучения зависит от площади излучающего р-п- перехода и от размеров электрических контактов.

Спектральную характеристику. Зависимость параметров излучения от длины волны оптического излучения или от энергии излучаемых фотонов называется спектральной характеристикой излучающего диода. Длина волны излучения определяется разностью двух энергетических уровней, между которыми происходит переход электронов при люминесценции. Использование материалов для производства приборов с различной энергией запрещенной зоны позволяет управлять длиной волны излучения СИД. Так как переход электронов при рекомбинации носителей зарядов обычно происходит не между двумя энергетическими уровнями, а между двумя группами энергетических уровней, то спектр излучения оказывается размытым. Спектральный диапазон излучающего диода характеризуют шириной спектра излучения , измеряемой на высоте половины максимума характеристики. Излучение большинства излучающих диодов близко к квазимонохроматическому и имеет относительно высокую направленность распределения мощности в пространстве.

К основным параметрам СИД относятся: длина волны излучения ; доминирующая длина волны излучения ; сила света ; угол излучения .

Длина волны излучения – это длина, соответствующая максимуму спектральной плотности потока излучения СИД.

Глаз реагирует не только на интенсивность излучения, но и на цвет излучения. Поэтому при визуальной индикации излучение еще характеризую доминирующей длиной волны . Этот параметр является количественной мерой цветного восприятия излучения человеческим глазом. Два СИД с различными спектральными характеристиками будут иметь одинаковый цвет свечения, если они имеют одинаковую . Доминирующая длина волны – это излучение такой длины волны, смешивание которого с излучением эталонного источника воспринимается глазом как цвет излучения СИД. Излучение эталонного источника эквивалентно дневному свету от облачного неба.

Количественно излучение СИД характеризуют силой излучения. Однако сила излучения зависит от направления излучения. Направленность излучения описывают диаграммой направленности или углом излучения . В пределах угла излучения сила излучения составляет не менее половины ее максимального значения.

С помощью диаграммы направленности и угла излучения можно определить зрительно воспринимаемый световой поток при взгляде под некоторым углом к геометрической оси излучателя. Паспортная диаграмма направленности позволяет определить значение силы света при любом конкретном угле зрения.

К основным параметрам излучающего прибора относятся характеристики диода как элемента электрической цепи постоянного тока, определяемые его вольт-амперной характеристикой. Различия прямых ветвей ВАХ связаны с разницей в энергии запрещенной зоны применяемых материалов. Чем выше длина волны излучения, тем больше прямое падение напряжения на излучающем диоде и потери электрической энергии в нем.

Быстродействие излучающего диода определяется инерционностью возникновения излучения при подаче прямоугольного импульса прямого тока. Время переключения складывается из времени включения и выключения излучения. Инерционность излучающего диода определяется процессом перезаряда барьерной емкости и процессами накопления и рассасывания неосновных носителей в активной области диода. Для светоизлучающих диодов (СИД) быстродействие оказывается второстепенной характеристикой, так как инерционность человеческого глаза около 50 мс, что больше СИД.

Важной особенностью излучающих диодов является присущая им деградация – постоянное уменьшение мощности излучения при длительном протекании через прибор прямого тока. Деградацию связывают с увеличением

нием концентрации центров безызлучательной рекомбинации за счет перемещения в электрическом поле неконтролируемых примесных атомов. Также играет роль дезактивация части излучательных центров за счет их перехода из узлов кристаллической решетки в междоузелья.

Снижение мощности излучения из-за деградации подчиняется экспоненциальному закону:

, (1.49)

где исходная (начальная) мощность излучения; постоянная времени, характеризующая скорость процесса деградации. Для большинства излучающих диодов ч.

Рассмотрим влияние температуры на параметры и характеристики СИД. С ростом температуры увеличивается длина волны излучения , что связано с уменьшением ширина запрещенной зоны полупроводника.

 

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СТЕНДА

 

Объект исследования

Измерительный стенд имеет внешнюю систему с образцами, которая содержит набор предопределенных приемников и источников излучения.

Внимание. Подключение системы должно осуществляться при выключенном стенде и неработающем программном обеспечении.

Оптическая система позволяет исследовать отдельно источники и приемники излучения (рисунок2.2), поэтому как в меню, так и на панели инструментов активизируются элементы выбора объекта исследования.

 

При выборе объекта меняются схемы измерений, а в правом нижнем углу основного окна приложения появляется соответствующая надпись .

 

Основное окно программы

Внешний вид программы общения с пользователем организован как работа за классическим измерительным стендом, оснащенным различными источниками воздействия и регистрирующими измерительными приборами. Можно сказать, что эти устройства реально реализованы в измерительном блоке, но не имеют отдельных корпусов и индицирующих устройств. Последние представлены только на экране компьютера. Основное окно программы общения с пользователем показано на рисунке 3.1.

Программное обеспечение построено по принципу многооконного интерфейса. Центральное место занимает окно с упрощенными схемами измерений, которые реализованы в реальном измерительном блоке. Таких схем может быть шесть.

На каждой схеме присутствует свой набор управляющих и регистрирующих инструментов. Внешний вид приборных панелей, естественно, отличается от реально существующих приборов. Более того, на них есть специальные кнопки, которых в принципе не бывает на реальных устройствах: например, кнопка «Справка» , позволяющая получить справочную информацию о данном приборе.

 

 

Схемы измерений

Окно «Схемы измерений» предоставляет возможность выбора схемы измерений, которая реализована в реальном измерительном блоке. Выбор осуществляется при помощи ярлычков, расположенных в верхней части окна (рис. 10). Всего схем существует шесть,

но не все сразу отражаются на переключающих ярлычках окна. Количество схем (и их номера) зависит от объекта исследования, который выбирается экспериментатором.

Схема измерений № 1 (рисунок 3.3) предназначена для проведения однократных измерений с последующим изменением установок источников воздействия. То есть, схема реализует измерение характеристик "по точкам", например, зависимость фототока от длины волны, зависимость тока от напряжения источника излучения.

Эта схема является самой полной схемой измерений, которые реализованы в измерительном блоке, поэтому с ее помощью можно осуществить все возможные исследования, предоставляемые лабораторным стендом. Однако, поскольку здесь очень много степеней

свободы у экспериментатора, то потребуются дополнительные вычисления, как при обработке полученных результатов, так и при постановке эксперимента, например, соблюдение постоянной освещенности приемников излучения.На схеме присутствуют следующие элементы:

· Управляемый источник напряжения. Предназначен для изменения напряжения на фотоприемнике. Дает возможность измерить ВАХ.

· Фотоприемник и источник излучения (Коммутатор объектов). Предназначен для переключения приемников и источников излучения в измерительном стенде. Также позволяет получить информацию об объекте исследования.

· Амперметр А1. Предназначен для измерения тока через фотоприемник.

· Амперметр А2. Предназначен для измерения тока через источник излучения.

· Вольтметр V1. Предназначен для измерения напряжения на фотоприемнике.

· Вольтметр V2. Предназначен для измерения напряжения на источнике излучения.

· Управляемый источник тока. Предназначен для изменения тока через источник излучения. Дает возможность измерить ВАХ.

 

При наведении курсора на элемент схемы, он меняет свое очертание со стандартной "стрелки" на "указывающую руку". Если теперь нажать на левую кнопку "мыши", соответствующий инструмент становится видимым.

Примечание. Даже если регистрирующий инструмент невидим, измерения все равно производятся и могут быть записаны в рабочую тетрадь при нажатии соответствующей кнопки в области управления рабочей тетрадью.

Схема измерений № 2 (рисунок 3.4) предназначена для проведения измерений ВАХ фотоприемника при различных вариантах воздействия светового излучения. Выбрать длину волны излучения и освещенность можно с помощью управляемого источника света.

На схеме присутствуют следующие элементы:

· Управляемый источник напряжения. Предназначен для изменения напряжения на фотоприемнике. Дает возможность измерить ВАХ.

· Фотоприемник (Коммутатор объектов). Предназначен для переключения приемников излучения в измерительном стенде. Также позволяет получить информацию об объекте исследования.