Lehrer-/Dozentenblatt Die Fotodiode (Artikelnr.: P378200) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 0-3 Lehrplanthema: Elektrizitätslehre Unterthema: Elektronik Experiment: Die Fotodiode Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 0 Minuten 0 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Taschenlampe Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen Bei einer Fotodiode wird durch einen speziellen Aufbau erreicht, dass Licht in die Grenzschicht des pn-übergangs eindringen kann. Durch die Photonenergie werden hier Ladungsträgerpaare erzeugt, die einen Fotostrom ermöglichen. Dessen Stärke ist der Beleuchtungsstärke proportional, so dass sich Fotodioden sehr gut für optische Messaufgaben eignen. Für die durch das Licht erzeugte Fotospannung gibt es keinen linearen Zusammenhang. Daher werden die Photodioden häufig als beleuchtungsabhängige Stromquellen im Kurzschlussbetrieb eingesetzt. Durch eine angelegte Spannung wird der Fotostrom nur unwesentlich erhöht. Wenn die Schüler die lineare Abhängigkeit der Fotostromstärke von der Beleuchtungsstromstärke erkennen sollen, ist es erforderlich, den Zusammenhang zwischen dem Abstand einer punktförmigen Lichtquelle von einer bestrahlten Fläche einerseits und der Beleuchtungsstärke andererseits zu klären. Der erste Versuch zeigt die Proportionalität zwischen Beleuchtungsstärke und Kurzschlussstromstärke der Fotodiode. Hinweise zum Aufbau und zur Durchführung Es wird empfohlen, eine Taschenlampe ohne Reflektor zu verwenden. Sie besitzt einen gleichmäßigeren Lichtkegel, so dass die Kurzschlusstromstärke nicht so stark schwankt. Es sollte möglichst kein Fremdlicht auf die Fotodiode fallen.
Die Fotodiode (Artikeler.: P378200) Aufgabe ued Material Aufgabe Nach welchem Priezip arbeitet eie Belichtuegsmesser? Untersuche das Verhalten einer Fotodiode bei Beleuchtung. Miss die Kurschlussstromstärke und die Leerlaufspannung der Fotodiode bei verschiedenen Beleuchtungsstärken.
Material Positioe Material Besteller. Meege Leitungs-Baustein, Anschlussbaustein, SB 0560-0 2 2 Leitungs-Baustein, gerade mit Buchse, SB 0560-2 3 Lampenfassung E0, SB 05604-00 4 Fotodiode, SB 05653-00 5 Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, rot 07360-0 6 Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, blau 07360-04 7 Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, rot 0736-0 2 8 Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, blau 0736-04 2 9 Glühlampe 6 V/0,5 A, E 0, 0 Stück 35673-03 Stück 0 Vielfachmessinstrument, analog 07028-0 2 PHYWE Netzgerät DC: 0...2 V, 2 A / AC: 6 V, 2 V, 5 A 3506-93 Taschenlampe 0864-00 Batterie,,5 V, Babyzelle, R4/UM-2 (Typ C) 07922-0 2
Aufbau ued Durchführueg Aufbau. Versuch Baue den Versuch wie in Abb. a und b auf. Entferne den Reflektor von der Taschenlampe und wähle den Messbereich 50 µa. Abb. a Abb. b 2. Versuch Setze zwei Bausteinreihen wie in Abb. 2 und Abb. 3 zusammen und wähle den Messbereich 50 µa. Abb. 2 Abb. 3
Durchführueg. Versuch. Aufgabe: Beleuchte die Fotodiode aus verschiedenen Abständen und überschreite dabei nach Möglichkeit nicht eine Stromstärke von 50 µa. Notiere Deine Beobachtungen im Protokoll. Positioniere die Taschenlampe senkrecht über der Fotodiode und wähle den Abstand so, dass die Kurzschlussstromstärke 50 µa beträgt. Verdoppele den Abstand zwischen der Taschenlampe und der Fotodiode. 2. Aufgabe: Miss die Kurzschlussstromstärke und notiere den Messwert. Wähle den Messbereich V. 3. Aufgabe: Beleuchte die Fotodiode aus verschiedenen Abständen und notiere Deine Beobachtungen. Positioniere die Taschenlampe so, dass die Leerlaufspannung 0,5 V beträgt. Verdoppele den Abstand zwischen der Taschenlampe und der Fotodiode. 4. Aufgabe: Miss die Spannung und notiere den Messwert. 2. Versuch Miss die Lampenspannung direkt am Netzgerät. Stelle die Bausteinreihe mit der Glühlampe und die mit der Fotodiode schräg, so dass sie einander direkt gegenüber stehen (Abb. 4). Abb. 4 Stelle die Lampenspannung auf 6 V ein. Wähle den Abstand der Bausteinreihen so, dass die Stromstärke der Fotodiode ca. 50 µa beträgt. 5. Aufgabe: Miss die Lampenspannung U L und die Kurzschlussstromstärke I K der Fotodiode. Verringere die Lampenspannung um jeweils V. Notiere die Messwerte in der Tabelle im Protokoll.
Protokoll: Die Fotodiode Ergebeis - Tabelle (7 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 5. Aufgabe (s. Durchführung). U L in V 6 5 4 3 2 0 I K in μa Number.0 0.5 I K in μa 0.0-0.5 -.0 - -0.75-0.5-0.25 0 0.25 0.5 0.75 U L in V
Ergebeis - Beobachtuegee (0 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur. Aufgabe (s. Durchführung). Ergebeis - Beobachtuegee 2 (0 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 2. Aufgabe (s. Durchführung).
Ergebeis - Beobachtuegee 3 (0 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 3. Aufgabe (s. Durchführung). Ergebeis - Beobachtuegee 4 (0 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 4. Aufgabe (s. Durchführung).
Auswertueg - Frage (0 Puekte) Beschreibe den Zusammenhang zwischen Beleuchtungsstärke (Lampenabstand) und Kurzschlussstromstärke, der sich aus den Beobachtungen zur 2. Aufgabe ergibt. Auswertueg - Frage 2 (0 Puekte) Beschreibe den Zusammenhang zwischen Beleuchtungsstärke (Lampenabstand) und Leerlaufspannung, der sich aus den Beobachtungen zur 4. Aufgabe ergibt.
Auswertueg - Frage 3 (0 Puekte) Die Kurzschlussstromstärke einer Fotodiode ist ein Maß für die Beleuchtungsstärke. Was lässt sich aus dem Graphen zu Tabelle über die Helligkeit einer Glühlampe schließen, die nicht mit Nennspannung betrieben wird?