Структура автоматизированного лабораторного стенда

Автоматизированный лабораторный стенд для исследования оптических свойств материалов электронной техники и параметров оптоэлектронных приборов служит для проведения лабораторных занятий студентами высших профессиональных учебных заведений при многоуровневой подготовке специалистов инженеров и бакалавров в рамках укрупненной группы специальностей и направлений подготовки 210000 – Электронная техника, радиотехника и связь. Стенд может быть также использован для образовательных программ технической и педагогической направленности в учебных заведениях среднего профессионального образования Внешний вид измерительного блока и оптической камеры представлен на рисунке 2.1.

Стенд предназначен для исследований спектральных, люкс-амперных и динамических характеристик полупроводниковых фоторезисторов и расчета на их основе электрофизических параметров исходного материала. Дополнительно реализованы измерения ВАХ фоторезисторов, фотодиодов, фототранзисторов и светодиодов. Аппаратная часть стенда состоит из персонального компьютера (ПК), измерительного блока (ИБ) и оптической системы с исследуемыми образцами источников и приемников излучения.

 

 

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 .

 

Описание интерфейса пользователя

 

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.

· Амперметр А1. Предназначен для измерения тока через фотоприемник.

· Вольтметр V1. Предназначен для измерения напряжения на фотоприемнике.

· Управляемый источник света. Предназначен для изменения длины волны источника излучения и освещенности.

 

Схема измерений № 3. Эта схема (рисунок 3.5) наиболее простая и предназначена для проведения измерений спектральных характеристик фотоприемников. При этих измерениях на объект подается неизменное напряжение 2 В. Длину волну излучения и освещенность можно изменять с помощью управляемого источника света.

На схеме присутствуют следующие элементы:

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

· Амперметр А1. Предназначен для измерения тока через фотоприемник.

· Управляемый источник света. Предназначен для изменения длины волны излучения и освещенности.

 

Схема измерений № 4. Эта схема (рисунок 3.6) предназначена для проведения измерений переходных характеристик фотоприемников, т.е. для измерения кривых нарастания (спада) фототока при вклю

включении (выключении) источника излучения. При этих измерениях на объект подается неизменное напряжение 2 В. Длину волну излучения и освещенность можно изменять с помощью управляемого источника света.

Регистрирующим прибором этой схемы является цифровой осциллограф, а управлять включением и выключением источника излучения можно при помощи генератора импульсов.

На схеме присутствуют следующие элементы:

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

· Осциллограф. Предназначен для измерения зависимости тока через фотоприемник от времени. Начало развертки синхронизируется от генератора импульсов.

· Генератор импульсов. Предназначен для формирования од

нократных импульсов, включающих (выключающих) источник излучения.

· Управляемый источник света. Предназначен для изменения длины волны излучения и освещенности.

 

Схема измерений № 5. Эта схема (рисунок 3.7) предназначена как для проведения измерений ВАХ источников излучения, так и для измерений зависимости интенсивности излучения от напряжения и тока через источник. При этих измерениях на фотоприемник подается неизменное напряжение 2 В и регистрируется фототок.

Элементы схемы представляют собой комбинацию схемы №1 и схемы №3.

Схема измерений № 6. Эта схема (рисунок 3.8) предназначена для проведения измерений параметров фотодиода в режиме фотоэлемента. При этом возможно измерить как ток короткого замыкания, так и фото-ЭДС в зависимости от интенсивности излучения и длины волны. Изменить режим измерений можно при помощи переключателя, щелкнув на нем "мышкой".

На схеме вольтметр V1 предназначен для измерения фото-ЭДС на фотоприемнике, а амперметр А1 – тока короткого замыкания фотоприемника. Назначение остальных элементов аналогично другим схемам измерений.