Измерения темнового тока и сопротивления

Измерения электрических параметров

В связи с электрической природой выходного сигнала фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения крайне важно установить единую методику описания и определения электрических параметров и характеристик фотоприемников. Некоторые из них при низких частотах могут рассматриваться как простые переменные резисторы. Другие, особенно в области высоких частот, должны быть представлены в виде сложной эквивалентной схемы, включающей иногда нелинейные элементы. Электрические параметры приемника при модулированном излучении могут значительно отличаться от параметров при немодулированном излучении. Поэтому значения параметров эквивалентной схемы приемника должны соответствовать реальным условиям его работы.

К числу основных электрических параметров ФЭПП относятся темновой ток фотоприемника, его темновое сопротивление, дифференциальное сопротивление и ёмкость.

Темновой ток является параметром, характерным для фотоприемников, работающих при подаче смещения (или напряжения питания) от внешнего источника. Поскольку любой фотоприемник представляет собой некоторое конечное сопротивление, подключение его к внешнему источнику напряжения вызывает в нем протекание электрического тока, который и рассматривается здесь как темновой. Величина этого тока определяется величиной приложенного напряжения и сопротивлением приемника. Измерение темнового тока в этом случае аналогично измерению постоянного тока в любой другой схеме и осуществляется с помощью стандартных амперметров, включаемых последовательно в цепь, состоящую из источника питания, фотоприемника и резистора нагрузки. Как и в общем случае, выбирая измерительный прибор для контроля величины темнового тока, следует обращать внимание на то, чтобы его внутреннее сопротивление не оказывало заметного влияния (в пределах допустимой погрешности измерения) на параметры схемы в целом, то есть на величину измеряемого тока. Ввиду малых значений темнового тока для его контроля обычно используют гальванометры или микроамперметры с относительно малым внутренним сопротивлением. Допустимо определение темнового тока по величине падения напряжения на нагрузочном резисторе. Для этой цели могут быть использованы вольтметры постоянного тока с большим входным сопротивлением.

В соответствии с ГОСТ 17772-88 измерения темнового тока рекомендуется проводить на измерительной установке, функциональная схема которой приведена на рисунке 12.3

Рисунок 12.3 - Функциональная схема установки для измерения темнового тока

Конструкция измерительной установки должна исключать влияние рассеянного света и посторонних источников излучения на результаты измерений.

Тип источника излучения следует выбирать с учетом параметров измеряемого изделия, установленных в стандартах или ТУ на изделие конкретных типов. Максимальное значение потока излучения, падающего на ФЭПП, должно выбираться из условия работы ФЭПП на линейном участке его энергетической характеристики. Нестабильность потока излучения не должна выходить за пределы интервала .

Источник питания ФЭПП должен обеспечивать установление напряжения питания ФЭПП с погрешностью, которая не должна выходить за пределы интервала ,если иное не оговорено в ТУ на ФЭПП конкретного типа. Коэффициент пульсации должен находиться в пределах % и не оказывать влияние на результат измерения параметров ФЭПП.

Измерители тока и напряжения должны обеспечивать измерение, погрешность которых не должна выходить за пределы .

Испытуемый ФЭПП следует поместить в посадочное место измерительной установки, подключить его к измерительной цепи, закрыть светозащитным экраном и установить режим измерения в соответствии с требованиями ТУ на ФЭПП конкретного типа. Для измерения темнового тока ФЭПП устанавливают напряжение питания ФЭПП в соответствии с требованиями ТУ на ФЭПП конкретного типа и по показаниям измерителя тока регистрируют значение темнового тока ФЭПП. Если в ТУ на ФЭПП конкретного типа предусмотрено проводить измерение темнового тока после предварительного освещения его световым потоком, то уровень освещенности, время освещения и промежуток времени между снятием освещенности и измерением темнового тока должны соответствовать ТУ на ФЭПП конкретного типа.

Для измерения общего тока и фототока устанавливают режим измерения в соответствии с требованиями ТУ на ФЭПП конкретного типа и измеряют ток при облучении (общий ток). По результатам измерений общего тока и темнового тока необходимо вычислить фототок (I _ф) по формуле

I_ф=I_общ–I _т, (12.2.1)

где I_общ. – общий ток;

I_т – темновой ток.

Погрешность измерения темпового тока, общего тока и фототока не должна выходить за пределы интервала ±5% с заданной вероятностью P=0.912.

Темновое сопротивление R _т фотоприемника является весьма важным параметром, определяющим выбор оптимальной нагрузки, а потому – подлежащим обязательному измерению. Измерения проводятся классическим методом амперметра – вольтметра, и R_т рассчитывается как отношение падения напряжения на фотоприемнике к величине протекающего через него темпового тока. Поскольку в большинстве случаев приемники являются достаточно высокоомными (десятки и сотни килом, единицы мегом), погрешностями за счет влияния внутреннего сопротивления измерительных приборов обычно можно пренебречь.

Темновое сопротивление (R_т) следует вычислять по формуле

R_т=U/I_т, (12.2.1)

где U – напряжение питания ФЭПП.

Погрешность измерения темнового сопротивления ФЭПП не должно выходить за пределы интервала ± 5 % с заданной вероятностью P = 0.95.

По результатам измерения темновых токов фотоприемника при различных напряжениях питания можно построить его вольт – амперную характеристику, которая позволяет выбрать рабочую точку, определить оптимальные рабочие напряжения, а также их предельные значения. Она же является основой для расчета дифференциального сопротивления (R_диф=dU/dI) при различных рабочих напряжениях.

Из определения следует, что дифференциальное сопротивление соответствует тангенсу угла наклона к оси абсцисс касательной в соответствующей точке вольтамперной характеристики.