Демонстрационное устройство для измерения времени жизни неравновесных носителей заряда
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (!9) (! !) (5!)5 6 09 В 23/18
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908691/12 (22) 08.02.91 (46) 30,10.92. Бюл. М 40 (75) Л. Н. Борицкая и П. 3, Борицкий (56) Борицкая Л. Н. Методические указания к лабораторной работе по физике. М.: МИИТ, 1982, с, 9. (54) ДЕМОНСТРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕРАВНОВЕСНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА (57) Сущность изобретения: устройство содержит триггер 1, генератор 2 тактовых импульсов, делитель 3 частоты, формирователь 4 импульсов, светодиод 5, фотодиод 6, элемент НЕ 7, одновибраторы
8, 9, повторитель 10 напряжения, элемент
11 выделения максимального-значения напряжения, элемент 12 вычитания элемент
13 сравнения. элемент И 14, счетчик 15, индикатор 16. 2 ил.
1772817
Изобретение относится к демонстрационным устройствам для измерения времени жизни неравновесных носителей заряда.
Известно демонстрационное устройство для измерения времени жизни неравновесных носителей заряда, содержащее генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов, соединенный выходом со входом светодиода, оптически связанного с фотодиодом, и индикатор, Недостатками известного устройства являются невысокие дидактические вазможности, Целью изобретения является расширение дидактических возможностей путем повышения точности измерения, На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 — временная диаграмма работы.
Устройство содержит триггер 1, управляемый генератор 2 тактовых импульсов, делитель 3 частоты, формирователь 4 импульсов, светодиод 5, фотадиад 6, элемент
HE 7, первый 8 и второй 9 однавибраторы, повторитель 10 напряжения, элемент 11 выделения максимального значения напряжения, элемент 12 вычитания, элемент 13 сравнения, элемент 14 И, счетчик 15, индикатор 16.
Элемент 11 выделения максимального значения напряжения выполнен в виде амплитуднога детектора.
Принцип работы устройства основан на зависимости инерционных свойств фотадиода ат времени жизни неравновесных носителей заряда. В известном устройстве используется метод, основанный на измерении крутизны наклона у кривой спада импульса фотоэдс у его вершины, которая равна kT/esp, где k — постоянная Бальцмана, Т вЂ” температура в Кельвинах, е — заряд электрона, zp — среднее время жизни неравновесных носителей заряда. При этом
eоц должно соблюдаться условие ехр > 1, kT где pe — вентильная фатоэдс,.Чем сильнее неравенство, тем меньше теоретическая погрешность. Однако точное измерение наклона спада импульса фотоэдс у его вершины на экране осциллографа представляется сложным, громоздким и неудобным и вносит значительную погрешность самих измерений. В предлагаемом устройстве на основании формулы
pa In f exI> (. )+1)
kT для времен 1«трпри условии tf,>> 1 (для погрешности не более 10% 1,=-301,, где
1 > — максимальное значение фотатака, а 1 — темновай ток насыщения), что мо>кет быть
55 легко осуществимо при больших освещенностях, можно считать
kT
p ao — ps— где е гр
kT I to у>во + In, Поэтому для непосе 4 редственного измерения гр достаточно измерить время, за которое вентильная фатоэдс фотодиода уменьшится на величину kT/å (0,026 В при T=300 К).
Устройство работает следующим образом.
После включения питания устройства и подачи короткого импульса на его вход устройство приводится в исходное состояние и готово к работе, При измерении времени жизни неравHoBecHblx носителей заряда на вход устройства подается короткий импульс, который переводит триггер 1 в единичное состояние.
Сигнал с выхода триггера поступает на вход высакостабильного управляемого генератора 2 тактовых импульсов, который формирует на своем выходе последовательность импульсов, используемых в качестве меток времени. Через определенное количество тактовых импульсов на выходе делителя 3 частоты формируется длинный импульс, по переднему фронту которого адновибратор 8 формирует сигнал, приводящий в исходное состояние элемент 11. выделения максимального значения напряжения и счетчик 15, Импульс с выхода делителя 3 частоты запускает формирователь 4 импульсов, который формирует на своем выходе импульс тока, обеспечивающий импульс излучения быстрадействующега светадида 5. Этот прямоугольный импульс излучения оптического ипи ближнега инфракрасного диапазона спектра обеспечивает засветку окна фотодиода 6, который формирует на своем выходе импульс фотоэдс. Однако, этот импульс фатоэдс из-за инерционности фатодиода за счет времени жизни неравновесных носителей заряда не сохраняет прямоугольную форму. Г1ричем, интервал времени от начала спада импульса фатоэдс да момента
kT времени, когда у>в = p во (pro е максимальное значение напряжения фотоэдс в импульсе), соответствует измеряемому времени жизни неравновесных носителей заряда.
Повторитель 10 напряжения отсле>кивает импульс фатоэдс фотодиода. Элемент 11 запоминает максимальное значение напряжения p go в импульсе, которое поступает на вход элемента 12 вычитания, вычитающе1772817
kT го из р8о постоянную . На выходе е элемента 12 вычитания начиная с момента времени окончания импульса излучения светодиода 5 присутствует напряжение . kT
Ю =P o
В это же время на выходе элемента 7
НЕ формируется единичный сигнал, который разрешает прохождение тактовых импульсовв через элемент 14 И на счетный вход счетчика 15.
В момент времени, когда напряжение на выходе повторителя 10 напряжения уменьшится до значения фв =у во — — . срабатывает элемент
kT е
13 сравнения и единичный сигнал на его выходе сменяется нулевым. По этому перепаду. одновибратор 9 формирует короткий импульс, который сбрасывает в ноль триггер 1. Одновременно закрывается элемент
14 И и тактовые импульсы перестают поступать на вход счетчика 15. Количество импульсов, зафиксированное счетчиком 15 соответствует измеренному времени жизни неравновесных носителей заряда, Это время жизни отображается на индикаторе 16.
Устройство готово для последующих измерений. Для наблюдения формы импульса фотоздс на подключенном к выходу устройства осциллографе на вход устройства подается последовательность импульсов.
Таким образом, применение устройства позволяет автоматически измерять время жизни неравновесных носителей заряда не проводя трудоемких рутинных операций по сьему формы импульса фотоэдс с экрана осциллографа и вычислению на основе формы импульса этого времени жизни, что повышает точность получаемых результатов, Формула изобретения
Демонстрационное устройство для из5 мерения времени жизни неравновесных носителей заряда, содержащее генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов, соединенный выходом с входом, светодиода, оптически связанного с фото10 диодом, и индикатор. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения дидактических возможностей путем повышения точности измерения, оно снабжено триггером, делителем частоты, последовательно, сое15 диненными первым одновибратором и счетчиком, последовательно включенными повторителем напряжения, элементами выделения максимального значения напряжения, вычитания и сравнения, элементами И
20 и НЕ и вторым одновибратором, соединенным выходом с установочными входами делителя частоты и триггера, который выходом через генератор тактовых импульсов под-ключен к первому входу элемента И и ин25 формационному входу делителя частоты, связанного выходом с входами формирователя импульсов, элемента НЕ и первого одновибратора, соединенного дополнительно выходом с управляющим входом элемента
30 выделения максимального значения напряжения, анод фотодиода подключен к входу повторителя напряжения, соединенного выходом с вторым в одом элемента сравнения, подключенного выходом к входу
35 второго одновибратора и второму входу элемента И, соединенного выходом с информационным входом счетчика. связанного выходами с входами индикатора, причем выход элемента Н Е связан с третьим входом
40 элемента И.
1772817
Составитель Л.Борицкая
Техред M.Moðãåíòàë Корректор Н.Ревская
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
Заказ 3847 Тираж Подписное.
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
