Photodiodes Principio de Operación Características básicas. Las principales características y parámetros del fotodiodo. Duración de la batería

Principio de acción de los fotodiodos.

El semiconductor fotodiodo es un diodo semiconductor que depende de la iluminación.

Por lo general, los diodos semiconductores se utilizan como un fotodio con una transición, que se desplaza en la dirección opuesta por una fuente de alimentación externa. Sobre la absorción de la cantidad de luz de luz en la R-N, la transición o en las regiones adyacentes a él se forman nuevos transportistas de carga. Los portadores de carga de Nezore que surgen en las áreas adyacentes a la transición a la transición a distancia, no la preyección, ', por la longitud de difusión, difusa en la transición R-N y pasando * a través de la acción del campo eléctrico. Es decir, la corriente inversa aumenta cuando aumenta la iluminación. La absorción de cuantos directamente en la transición conduce a resultados similares. El valor para el cual aumenta la corriente inversa se llama Photoc.

Características de los fotodiodos.

Las propiedades del fotodiodo se pueden describir en las siguientes características:

La característica de Volt-AMP del fotodiodo es la dependencia de la corriente de luz en una corriente de luz constante y una corriente oscura de 1 tonelada por voltaje.

La característica de luz del fotodiodo se debe a la dependencia de la fotocorriente de la iluminación. Con un aumento en la iluminación, aumenta la fotocorriente.

La característica espectral del fotodiodo es la dependencia de la fotocorriente de la longitud de onda de la luz que cae sobre el fotodiodo. Se determina para grandes longitudes de onda de longitud de onda de la zona prohibida, y con longitudes de onda bajas, el indicador de absorción más grande y aumenta el efecto de la recombinación de la superficie de los portadores de carga con una disminución en la longitud de onda de la longitud de onda del cuanto de la luz. Es decir, el límite de sensibilidad de onda corta depende del grosor de la base y de la velocidad de la recombinación de la superficie. La posición del máximo en la característica espectral del fotodiodo depende en gran medida del grado de crecimiento del coeficiente de absorción.

El tiempo constante es el momento durante el cual la foto del fotodiodo cambia después de la iluminación o después de atenuzar el fotodiodo en los tiempos (63%) en relación con el valor establecido.

Resistencia oscura: resistencia a los fotodiodos en ausencia de iluminación.

La sensibilidad integral está determinada por la fórmula:

donde 1 F - Phototok, F - Iluminación.

Inercia

Hay tres factores físicos que afectan a la inercia:

1. Tiempo de difusión o transportistas de desequilibrio a través de la base T;

2. Tiempo de vuelo a través de la transición P-N T,;

3. Recargue el tiempo de la capacidad de barrera de la transición R-N, caracterizada por un TIEMPO CONSTANTE RC 6 AP.

El grosor de la transición, dependiendo de la tensión inversa y la concentración de impurezas en la base de datos, suele ser inferior a 5 micrones, y por lo tanto, T, - 0.1 no. RC 6 AP está determinado por la capacidad de barrera de la transición R-N, dependiendo del voltaje y la resistencia de la base del fotodiodo en una resistencia de carga baja en la cadena exterior. El valor de RC 6 AP suele ser varios nanosegundos.

Cálculo de la eficiencia del fotodiodo y la potencia.

La eficiencia se calcula por la fórmula:

donde la fila es iluminación; I - fuerza actual;

U es el voltaje en el fotodiodo.

El cálculo de la potencia del fotodiodo ilustra la FIG. 2.12 y Tabla 2.1.

Higo. 2.12. La dependencia de la potencia del fotodiodo de voltaje y corriente.

La potencia máxima del fotómico corresponde al área máxima de este rectángulo.

Tabla 2.1. Poder dependencia de la eficiencia.

Poder ligero, mw	Fuerza actual	Voltaje, B.	Eficiencia,%

Aplicación de Photodiode en OldElectronics

PhotoDiode es un elemento integral en muchos dispositivos optoelectrónicos complejos:

Chips integrales optoelectrónicos.

El fotodiodo puede tener mayor velocidad, pero su ganancia de la fotocorriente no exceda la unidad. Debido a la disponibilidad de la comunicación óptica, los chips integrales optoelectrónicos tienen una serie de ventajas significativas, a saber: casi la omisión perfecta de los circuitos de control de la alimentación mientras mantiene una fuerte conexión funcional entre ellos.

Photodetectores multi-elemento.

Estos dispositivos (escáner, matriz de fotodiode con control en el transistor MOS, instrumentos fotosensibles con cargo y otros) se encuentran entre los productos de tecnología electrónica de más rápido crecimiento y progresivo. El "ojo" optoeléctrico basado en el fotodiodo puede reaccionar no solo a los tiempos brillantes, sino también a las características espaciales del objeto, es decir, para percibir su imagen visual completa.

El número de células fotosensibles en el dispositivo es bastante grande, por lo que además de todos los problemas del fotodetector discreto (sensibilidad, velocidad, área espectral), es necesario resolver el problema de la información de lectura. Todos los fotodetectores de varios elementos son sistemas de exploración, es decir, dispositivos que permiten el análisis del espacio estudiado al verlo constantemente (descomposición del elemento).

¿Cómo es la percepción de las imágenes?

La distribución del brillo del objeto de observación se convierte en una imagen óptica y se enfoca en la superficie fotosensible. Aquí, la energía de la luz entra en electricidad, con la respuesta de cada elemento (corriente, carga, voltaje) proporcional a su iluminación. El patrón de brillo se convierte en un alivio eléctrico. El esquema de escaneo produce una encuesta secuencial periódica de cada elemento y leyendo la información contenida en ella. Luego, en la salida del dispositivo, obtenemos una secuencia de pulsos de video en los que se codifica la imagen percibida.

Al crear fotodetores de varios elementos, se esfuerzan por garantizar la mejor ejecución de las funciones de conversión y escaneo. Opro

OPTO se llama un dispositivo optoelectrónico de este tipo en el que hay una fuente y un receptor de radiación con uno u otro tipo de comunicación óptica entre ellos, combinados constructivamente y se colocan en un caso. Entre la cadena de control (la corriente en la que es pequeña, sobre varios MA), donde se enciende el emisor, y el ejecutivo, en el que funciona el fotodetector, no hay conexión eléctrica (galvánica), y la información de control se transmite por Medios de radiación ligera.

Esta propiedad del par optoelectrónico (y en algunos tipos de optocoules, incluso el optopar óptico está presente en algunas otras unidades) resultó ser indispensable en esos nodos electrónicos, donde es necesario solucionar el efecto de los circuitos eléctricos de salida a la entrada. . Todos los elementos discretos (transistores, tiristores, microcircuitos que son conjuntos de conmutación, o un chip con un rendimiento que permiten cambiar la carga de la alta potencia), el control y las cadenas ejecutivas se conectan eléctricamente entre sí. A menudo es inaceptable si la carga de alto voltaje cambia. Además, las retroalimentaciones emergentes provocan inevitablemente a la apariencia de interferencia adicional.

Un fotodetector constructivo generalmente se une al fondo de la carcasa, y el emisor está en la parte superior. La brecha entre el emisor y el fotodetector se llena con material de inmersión: el pegamento óptico del polímero a menudo realiza este papel. Este material realiza el papel de una radiación de enfoque de lente en una capa sensible del fotodetector. El material de inmersión está cubierto con una película especial que refleja los rayos de luz dentro para evitar la dispersión de la radiación más allá del área de trabajo del fotodetector.

El papel de los emisores en Optocoules, como regla general, realiza LED de arsenidos-Gally. Los elementos fotosensibles en los optocopladores pueden ser fotodiodos (optoacopladores de la serie ADD ...), fototransistores, fototrimistores (serie de optocreter de dee.,) Y esquemas de PhotoWork altamente infectados. En un diodo optopar, por ejemplo, un fotodiodo basado en silicona se usa como un elemento de fotodeteid, y el emisor está servido un diodo de emisión infrarrojo. La característica máxima espectral de la radiación de diodos se produce en la longitud de onda de aproximadamente 1 μm. Los opocopladores de diodos se utilizan en los modos de fotodiodo y fotogenencia.

La óptica de transistor (serie AOT ...) tiene algunas ventajas en relación con el diodo. La corriente del colector del transistor bipolar se controla ópticamente (actuando en el LED) y eléctricamente de acuerdo con la cadena base (en este caso, el trabajo del fototransistente en ausencia de radiación del LED de control óptico no es prácticamente diferente de la Operación de un transistor de silicio ordinario). En el transistor de campo, el control se realiza a través de la cadena de obturador.

Además, el fototransistente puede trabajar en modos clave y amplificador, y el fotodiodo es solo clave. OPROES con transistores compuestos (por ejemplo, AOT1YUB), tienen la mayor ganancia (así como la asamblea habitual en el transistor compuesto), puede cambiar la tensión y la corriente de valores suficientemente grandes y de acuerdo con estos parámetros solo por Thyristor OptosOules y El tipo optoelectrónico de tipo KR293KP2, KR293KP4, que se adaptó para cambiar de alto voltaje y cadenas de alto flujo. Hoy en día, los nuevos relés optoelectrónicos de la serie K449 y K294 aparecieron en el mercado minorista. La serie K449 le permite cambiar el voltaje de hasta 400 V en una corriente a 150 mA. Dichas fichas en el caso DIP-4 compacto de cuatro aguas vienen a reemplazar los relés electromagnéticos de baja potencia y tienen muchas ventajas en comparación con el relé (operación silenciosa, confiabilidad, durabilidad, falta de contactos mecánicos, una amplia gama de voltaje de respuesta) . Además, su precio asequible se explica por el hecho de que no es necesario usar metales preciosos (los contactos de swing están cubiertos en relés).

En los opcionadores de resistencia (por ejemplo, OEP-1) y las energías son minibium eléctricas incandescentes, colocadas en un caso.

La notación gráfica de optocoplers según GOST se le asigna un código condicional, la letra latina U, después de lo cual el número de secuencia del dispositivo sigue en el esquema.

El Capítulo 3 del Libro describe dispositivos y dispositivos que ilustran el uso de optos de opciones.

Aplicación de Photodetectores.

Cualquier dispositivo optoelectrónico contiene una unidad de resección de fichas. Y en la mayoría de los dispositivos optoelectrónicos modernos, el fotodiodo es la base del fotodetector.

En comparación con otros fotodetores más complejos, tienen la mayor estabilidad de las características de temperatura y las mejores propiedades operativas.

La principal desventaja que generalmente se indica es la falta de fortalecimiento. Pero él está lo suficientemente condicionado. En casi todos los dispositivos optómicos, el fotodetector funciona en este o ese circuito electrónico correspondiente. Y la introducción de una cascada amplificadora en ella es mucho más fácil y más conveniente que dar la función PhotoDadegrad por las funciones de ganancia inusuales.

El contenedor de alta información del canal óptico debido al hecho de que la frecuencia de las oscilaciones de luz (aproximadamente 10 15 Hz) es 10 3 ... 10 4 veces más alta que en el rango de ingeniería de radio desarrollado. Un pequeño valor de la longitud de onda de las oscilaciones de luz proporciona una alta densidad de grabación de información alcanzable en dispositivos de almacenamiento óptico (hasta 10 8 bits / cm 2).

La dirección aguda (precisión) de la radiación de la luz, debido al hecho de que la divergencia angular del haz es proporcional a la longitud de onda y puede ser inferior a un minuto. Esto permite que las pérdidas concentradas y pequeñas transmitan energía eléctrica en cualquier área de espacio.

La posibilidad de doble temporal y espacial: modulación del haz de luz. Dado que la fuente y el receptor en OP-Electronics no se relacionan eléctricamente entre sí, y la conexión entre ellos se lleva a cabo solo por medio de un haz de luz (fotones eléctricamente neutros), no se afectan entre sí. Y, por lo tanto, en el dispositivo optoelectrónico, el flujo de información se transmite solo en una dirección, desde la fuente hasta el receptor. Los canales para los cuales se aplica la radiación óptica, no se afectan entre sí y prácticamente no son sensibles a la interferencia electromagnética, lo que determina su alta inmunidad al ruido.

Una característica importante de los fotodiodos es de alta velocidad. Pueden trabajar en frecuencias a varios MHz. Generalmente fabricado desde Alemania o silicio.

Photodiode es un receptor potencialmente ancho. Esto causa su uso y popularidad generalizados.

IR SPECTRUM

El diodo emisor de infrarrojos (diodo IR) es un diodo semiconductor, que, al fluir a través de él, la corriente continua emite energía electromagnética en el área infrarroja del espectro.

A diferencia del espectro de radiación visible al ojo humano (por ejemplo, produce un diodo emisor de luz convencional basado en el fosfuro de galio) la radiación IR no puede ser percibida por un ojo humano, sino que se registra utilizando dispositivos especiales sensibles a este espectro de emisión. Entre los diodos fotográficos populares, el espectro de IR se puede observar los dispositivos fotosensibles MDK-1, FD263-01 y similares a ella.

Las características espectrales de los diodos radiantes IR tienen un máximo pronunciado en el rango de onda de 0.87 ... 0.96 μm. La eficiencia de la radiación y la eficiencia de estos instrumentos son más altas que las de diodos emisores de luz.

Basado en diodos IR (que en estructuras electrónicas ocupan un lugar importante de transmisores de pulsos de espectro IR), las líneas de fibra óptica están diseñadas (distinguidas por su inmunidad por velocidad y ruido), nodos electrónicos multifacéticos y, por supuesto, nodos de protección electrónicos. Esta es su ventaja, porque IK Right Invisible con un ojo humano y, en algunos casos (sujeto al uso de varias vigas IR multidireccional), es imposible determinar la presencia visual del dispositivo de seguridad hasta que se transfiera al modo "Alarma"). Los experimentos en la producción y mantenimiento de sistemas de protección basados \u200b\u200ben los emisores de IR le permiten aún así dar alguna recomendación para determinar la condición de trabajo de los emisores de IR.

Si se ve cerca de la superficie emisora \u200b\u200bdel diodo IR (por ejemplo, AL147A, AL156A), cuando se sirve la señal de control en él, entonces puede notar un brillo rojo débil. El espectro luminoso de este resplandor está cerca del color de los ojos de los animales de albino (ratas, hámsters, etc.). En el oscuro brillo de IR es aún más pronunciado. Cabe señalar que un largo tiempo para mirar en la energía de la luz IR radiante es indeseable desde un punto de vista médico.

Además de los sistemas de protección, los diodos radiantes IR se están utilizando actualmente en llaveros de alarma para automóviles, varios tipos de transmisores de señal inalámbrica para la distancia. Por ejemplo, al conectar una señal de LC modulada desde el amplificador al transmisor, utilizando un receptor de IR a cierta distancia (depende de la potencia de la radiación y el terreno), puede escuchar la información de audio, las llamadas telefónicas también se pueden traducir a una distancia . Este método es menos efectivo hoy, pero aún es una opción alternativa para el teléfono de radio doméstico. El uso más popular (en la vida cotidiana) de diodos radiantes IR es controles remotos de varios electrodomésticos.

Cómo se puede convencer cualquier aficionado, el removedor del control remoto, el circuito electrónico de este dispositivo no es difícil y se puede repetir sin ningún problema. En las estructuras de los aficionados, algunos de los cuales se describen en el tercer capítulo de este libro, los dispositivos electrónicos con dispositivos iR irradiadores y receptores IR son mucho más fáciles que los dispositivos industriales.

Los parámetros que determinan los modos estáticos de funcionamiento de los diodos de IR (voltaje permitido directo y de reverso, corriente continua, etc.) son similares a los parámetros de los fotodiodos. Los principales parámetros específicos para los que se identifican, para los diodos de IR son:

El poder de la radiación es P del flujo de radiación de una cierta composición espectral emitida por un diodo. La característica del diodo, como fuente de radiación IR, es una característica de vatios amperios, la dependencia de la potencia de radiación en W (milivatts) de la corriente continua que fluye a través del diodo. El diagrama del patrón de radiación del diodo muestra una disminución en la potencia de radiación dependiendo del ángulo entre la dirección de radiación y el eje óptico del instrumento. Los diodos modernos de IR difieren entre tener radiación direccional y dispersos.

Al diseñar nodos electrónicos, debe tenerse en cuenta que el rango de transmisión de la señal IR depende directamente del ángulo de inclinación (alineación de las partes de transmisión y recepción del dispositivo) y la potencia del diodo IR. Con los intercambios de diodos de IR, es necesario tener en cuenta este parámetro de potencia de radiación. Algunos datos de referencia para diodos nacionales de IR se muestran en la tabla. 2.2.

Los datos sobre los intercambios de dispositivos extranjeros y nacionales se muestran en la solicitud. Hoy en día, los tipos más populares de diodos de IR entre los aficionados de radio son los dispositivos de la serie modelo al 156 y al147. Son óptimos en la versatilidad de la aplicación y el valor.

Potencia de radiación del pulso - P de la amplitud del flujo de radiación, medido en un pulso de corriente continua determinada a través de un diodo.

El ancho del espectro de radiación es el intervalo de longitud de onda en el que la densidad espectral de la potencia de radiación es la mitad del máximo.

La corriente de pulso directa máxima permitida 1 PRI (diodos IR se utilizan principalmente en el modo de pulso).

Tabla 2.2. Emitiendo diodos de espectro infrarrojo

Diodo IR	Potencia de radiación, MW	Longitud de onda, μm	Ancho del espectro, μm	Tensión en el dispositivo en	Ángulo de radiación, granizo
			no hay datos		no hay datos

Se usa el tiempo creciente del impulso de radiación T HAP: el intervalo de tiempo durante el cual la potencia de radiación del diodo aumenta del 10 al 100% del valor máximo.

El parámetro de tiempo de la recesión del pulso T CNM 3 J 1 es similar a la anterior.

Igualdad - Q - La relación del período de las oscilaciones de pulsos a la duración del pulso.

La base de los nodos electrónicos ofrecidos a la repetición (Capítulo 3 de este libro) es el principio de transmitir y recibir una señal de IR modulada. Pero no solo en este formulario puede utilizar el principio de operación del diodo IR. Tal optornel también puede funcionar en el modo de reflexión de los rayos (el fotodetector se acomoda junto al emisor). Este principio está encarnado en componentes electrónicos que reaccionan a una aproximación a la unidad de transmisión de recepción combinada de un sujeto o persona, que también puede servir como un sensor en los sistemas de protección.

Las opciones para usar diodos de IR y dispositivos basados \u200b\u200ben ellos son infinitamente y están limitados solo a la eficiencia del enfoque creativo de la radio aficionada.

Propósito: Photodiode - Receptor de radiación óptica, que convierte la luz a su área fotosensible en una carga eléctrica.

Principio de operación: El fotodiodo más simple Es un diodo semiconductor ordinario, que garantiza la posibilidad de exposición a la radiación óptica en la transición P-N. Cuando se expone a la radiación en la dirección perpendicular al plano de transición P-N, como resultado de la absorción de fotones con energía, mayor que el ancho de la zona prohibida, los pares de orificios de electrones se producen en la región n. Estos electrones y agujeros llaman. photo Porteros. En la difusión de los portadores de fotos en la profundidad de la región n, la principal proporción de electrones y orificios no tiene tiempo para recombinar y viene a la frontera de la transición P-N. Aquí, los portadores de fotos están separados por un campo eléctrico de la transición P-N, y los orificios van a la región P, y los electrones no pueden superar el campo de transición y se acumular en el borde de la transición P-N y la región n. Por lo tanto, la corriente a través de la transición P-N se debe a la deriva de los transportistas no núcleos: agujeros. Portadores de fotos actuales de deriva llamados fototok.

Los fotodiodos pueden operar en uno de los dos modos, sin una fuente externa de energía eléctrica (modo de fotogroogénico) o con una fuente externa de energía eléctrica (modo fotógrafo).

Dispositivo: Esquema estructural Photodiode. 1 - cristal semiconductor; 2 - Contactos; 3 Conclusiones; F - El flujo de radiación electromagnética; Fuente E - DC; RN - Carga.

Parámetros: sensibilidad (refleja el cambio en el estado eléctrico en la salida del fotodiodo cuando se suministra la señal óptica de la unidad). Ruido (además de la señal útil en la salida del fotódico, aparece una señal caótica con una amplitud aleatoria y espectro - ruido de fotodiode)

Características: a) Volt-amperio característico El fotodiodo es la dependencia de la tensión de salida de la corriente de entrada. b) características de luz La dependencia de la fotocorriente de la iluminación, corresponde a la proporcionalidad directa de la fotocorriente de la iluminación. c) características espectrales de fotodiode - Esta es la dependencia de la fotocorriente de la longitud de onda de la luz que cae sobre el fotodiodo.

Solicitud: a) Chips integrales optoelectrónicos.

b) Photodetectores de varios elementos.c) Optocouls.

9. LEDs. Propósito, dispositivo, principio de operación, parámetros básicos y características.

Propósito: LED - Este es un dispositivo semiconductor que emite luz cuando la corriente se pasa a través de ella en la dirección delantera.

Principio de operación: el trabajo se basa en el fenómeno físico de la aparición de la radiación de la luz durante el paso de la corriente eléctrica a través de la transición P-N. El color de la luminiscencia (longitud de onda del máximo del espectro de radiación) se determina mediante el tipo de materiales semiconductores utilizados formando la transición P-N.

El LED es un dispositivo de radiación de semiconductores con una o más transiciones N-P que convierten la energía eléctrica en la energía de la radiación ligera no coherente. La radiación surge como resultado de la recombinación de medios inyectados en una de las regiones adyacentes a la transición N-P. La recombinación se produce al mover los medios desde los niveles superiores hasta la parte inferior.

Características y parámetros: El parámetro principal del LED es la eficiencia cuántica interna (la relación de la cantidad de fotones a la cantidad de portador inyectado en la base) y la eficiencia externa (la relación del flujo de fotones del LED al flujo. de portadores de carga en ella). La eficiencia externa se determina en gran medida por la tecnología y con un aumento en su nivel puede aumentarse significativamente.

Las principales características de los LED son voltios, brillo y espectral. Los principales parámetros de los diodos emisores de luz son la longitud de la onda, la mitad del ancho del espectro de radiación, la potencia de radiación, la frecuencia de operación y el diagrama de patrones de radiación.

Los LED son ampliamente utilizados en indicadores digitales, marcadores de luz, dispositivos electrónicos. Es fundamentalmente posible formación basada en su pantalla de televisión en color.

PhotoDiode es un diodo fotosensible que utiliza energía ligera para crear un voltaje. Ampliamente utilizado en los sistemas de control automático de hogares e industriales, donde el interruptor es la cantidad de luz entrante. Por ejemplo, controlar el grado de descubrimiento de las persianas en el sistema de la casa inteligente, basada en el nivel de iluminación.

Cuando la luz cae en el fotodiodo, la energía de la luz que ha caído en el material fotosensible causa la apariencia de un voltaje que hace que los electrones se muevan a través de la transición P-N. Hay dos tipos de fotodiodos: fotografías y conductores de fotos.

Diodos de realización de fotos

Dichos diodos se utilizan para controlar los circuitos eléctricos a los que se suministra el potencial desde el exterior, es decir, desde una fuente extraña.

Por ejemplo, pueden ajustar la encendido y apagado de la iluminación de la calle o abrir y cerrar las puertas automáticas.

En una cadena típica, en la que se instala el fotodiodo, el potencial suministrado al diodo tiene un desplazamiento en la dirección opuesta, y su valor es ligeramente inferior al voltaje de perforación del diodo. Para tal circuito, la corriente no va. Cuando la luz cae en el diodo, entonces el voltaje adicional que comienza a moverse a través de la transición P-N provoca un estrechamiento del área agotada y crea la capacidad de mover la corriente a través del diodo. La cantidad de corriente en curso se determina mediante la intensidad del flujo de luz que cae sobre el fotodiodo.

Diodos fotoeléctricos

Los diodos fotoeléctricos son la única fuente de voltaje para la cadena en la que están instalados.

Un ejemplo de dicho diodo fotoeléctrico puede servir como un fotoexpondicional utilizado en la foto para determinar la iluminación. Cuando la luz entra en el diodo fotosensible en el PhotoExponometer, el voltaje resultante que resulta en el dispositivo de medición. Cuanto mayor sea la iluminación, mayor se produce el voltaje en el diodo.

El fotodiodo más simple Es un diodo semiconductor ordinario, que garantiza la posibilidad de exposición a la radiación óptica en la transición P-N.

En estado de equilibrio, cuando el flujo de radiación está completamente ausente, la concentración de portadores, la distribución potencial y el diagrama de zona de energía del fotodiodo corresponden completamente a la estructura P-N habitual.

Cuando se expone a la radiación en la dirección perpendicular al plano de transición P-N, como resultado de la absorción de fotones con energía, mayor que el ancho de la zona prohibida, los pares de orificios de electrones se producen en la región n. Estos electrones y agujeros se llaman fotos.

En la difusión de los portadores de fotos en la profundidad de la región n, la principal proporción de electrones y orificios no tiene tiempo para recombinar y viene a la frontera de la transición P-N. Aquí, los portadores de fotos están separados por un campo eléctrico de la transición P-N, y los orificios van a la región P, y los electrones no pueden superar el campo de transición y se acumular en el borde de la transición P-N y la región n.

Por lo tanto, la corriente a través de la transición P-N se debe a la deriva de los transportistas no núcleos: agujeros. La corriente de deriva de los portadores de fotos se llama Photoc.

Photomasters: los agujeros cobran la región P positivamente en relación con la región n, y las portadoras de fotos - electrones, la región n negativamente en relación con la región P. La diferencia de potencial resultante se llama Photodas EF. La corriente generada en el fotodiodo está invertida, se dirige desde el cátodo al ánodo, y su valor es mayor, más iluminación.

Los fotodiodos pueden operar en uno de los dos modos, sin una fuente externa de energía eléctrica (modo de fotogroogénico) o con una fuente externa de energía eléctrica (modo fotógrafo).

Los fotodiodos que operan en el modo de foticenerador se usan a menudo como fuentes de alimentación que convierten la energía solar de radiación en electricidad. Ellos se llaman elementos soleados E incluido en los paneles solares utilizados en la nave espacial.

La eficiencia de las células solares de silicona es de aproximadamente el 20%, y en células solares de película puede tener un valor mucho mayor. Los parámetros técnicos importantes de los paneles solares son las relaciones de su potencia de salida a la masa y el área ocupada por el panel solar. Estos parámetros alcanzan los valores de 200 w / kg y 1 kW / m2, respectivamente.

Cuando el fotodiodo está funcionando en el modo fotográfico, la fuente de alimentación E se activa en el circuito en la dirección de bloqueo (Fig. 1, A). Las ramas inversas de las fotos del fotodiodo se utilizan en diferentes iluminación (Fig. 1, B).

Higo. 1. Esquema para encender el fotodiodo en el modo de conversión de fotos: A - Esquema de inclusión, B - Photodiode

La corriente y el voltaje en la resistencia de carga RN se pueden definir gráficamente por los puntos de intersección de las fotos del fotodiodo y la línea de carga correspondiente a la resistencia de la resistencia RN. En ausencia de iluminación, el fotodiodo opera en un modo de diodo regular. La corriente oscura en Alemania fotodiodos es de 10 a 30 μA, silicona 1 - 3 μA.

Si en los fotodiodos use una avería eléctrica reversible, acompañada de la multiplicación de avalancha de los portadores de carga, tanto en la estabilización de semiconductores, y luego una fotocider, y, por lo tanto, la sensibilidad aumentará significativamente.

Sensibilidad avalanche Photodiodes Puede ser varias órdenes de magnitud mayor que la de los fotodiodos ordinarios (Alemania - 200 - 300 veces, Silicon - 104 - 106 veces).

Los fotodiodos de avalancha son dispositivos fotoeléctricos de alta velocidad, su rango de frecuencia puede alcanzar 10 GHz. La desventaja de los fotodiodos de avalancha es un nivel más alto de ruido en comparación con los fotodiodos convencionales.

Higo. 2. Esquema del fotorestor (A), UGO (B), Energía (B) y Volt-Ampere (D) Características del fotorestor

Además de los fotodiodos, se aplican fotoresistores (Fig. 2), phototransistores y fotoctors en los que se utiliza el PhotoEFF interno. La desventaja característica de ellos es alta inercia (frecuencia de operación de límites FGR

El diseño del fototransistente es similar al transistor habitual, que en el caso hay una ventana a través de la cual la base se puede encender. Hugo Phototransistor - Transistor con dos flechas dirigidas a ella.

Los LED y los fotodiodos se usan a menudo en un par. Al mismo tiempo, se colocan en un caso de tal manera que el sitio fotosensible del fotódico se encuentra frente a la plataforma emisora \u200b\u200bdel LED. Los dispositivos semiconductores que usan los pares "LED - Fotodiodos" se llaman (Fig. 3).

Higo. 3. Oppin: 1 - LED, 2 - Photodiode

Las cadenas de entrada y salida en dichos dispositivos se relacionan eléctricamente, ya que la transmisión de la señal se realiza a través de la radiación óptica.

Potapov L. A. A.

Los fotodiodos convierten las señales de luz directamente en electricidad utilizando el orden inverso con el proceso físico LED. En el P-I-N-Potodiodo, hay una capa de semiconductora interna (I-) amplia, que separa las zonas del tipo P- y N, como se muestra en la FIG. 6.9. El desplazamiento inverso (5-20 voltios) se alimenta al diodo, lo que ayuda a mantener las ratinas de carga de la región interna.

Higo. 6.9. P-i-n-photodiode

El ancho de la capa interna garantiza que la probabilidad de absorción de fotones entrantes sea exactamente la capa, y no las regiones de un tipo P o N. La capa interna tiene alta resistencia, porque no tiene portadores de carga gratuita. Esto conduce a una caída de la mayor parte del voltaje en esta capa, y el campo eléctrico resultante aumenta la velocidad de respuesta y reduce el ruido. Cuando el haz de luz con energía adecuada cae en la capa interna, crea un par de un orificio de electrones, elevando un electrón de la zona de valencia en la zona de conducción y dejando el agujero en su lugar. El voltaje de desplazamiento causa estos portadores de carga (electrones en la zona de conducción) para cambiar rápidamente de la zona de transición, creando una corriente proporcional a la luz que cae, como se muestra en la FIG. 6.9.

6.7.2. Parámetros de operación

Longitud de onda de corte

El fotón entrante debe tener suficiente energía para levantar el electrón a través de la zona prohibida y la creación de un par de un agujero de electrones. En varios materiales semiconductores, el ancho de la zona prohibida es diferente, la barrera de energía en el voltaje electrón (EV) puede asociarse con una longitud de onda (λ) utilizando la misma ecuación que para los LED.

Para un tipo específico de detector, la barrera de energía W es permanente, por lo tanto, la fórmula anterior da la longitud de onda máxima, que puede fijarse, es decir, la longitud de onda del corte.

Sensibilidad

La sensibilidad ρ tiene una relación de corriente de salida ( i.) Detector para ingresar potencia óptica ( R).

Para 800 nm, la sensibilidad de silicio es de aproximadamente 0,5 A / W, y la sensibilidad al máximo de Ingaas es aproximadamente 1.1 a / W durante 1700 nm, disminuyó a 0.77 A / W durante 1300 nm.

Característico espectral

La característica espectral muestra el cambio en la sensibilidad dependiendo de la longitud de onda. Las curvas características espectrales típicas para el silicio y las Ingaas P-I-N-Diodos se muestran en la FIG. 6.10.

Eficiencia cuántica

La eficiencia cuántica del emisor se define como la relación de la cantidad de electrones dedicados al número de fotones incidentes. Eficiencia cuántica de Silicon e Ingaas Peak de aproximadamente el 80%.

Higo. 6.10. Características espectrales de P-I-N-DIODES

Velocidad de respuesta

La tasa de respuesta del detector está limitada en el momento del pasaje, que es el tiempo superando los cargos libres del ancho de la capa interna. Esta es la función del voltaje de desplazamiento inversa y el ancho físico. Para los diodos p-i-n-niodos rápidos, varía de 1.5 a 10 ns. La capacitancia también afecta la respuesta del dispositivo, y el contenedor de transición forma una capa interna aislante entre los electrodos formados por las regiones P- y N. En los fotodiodos de alta velocidad, el tiempo de respuesta puede alcanzar 10 picosegundos con un contenedor de varios picofrades con áreas de superficie muy pequeñas.

Características de Volt-Ampere

Curvas típicas de voltamper (I - U) para una pantalla P-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N, en la FIG. 6.11. Se puede ver que incluso cuando no hay potencia óptica, un pequeño flujos de corriente inversa, que se llama una corriente oscura (corriente oscura). Es causada por la formación de temperatura de los portadores de carga gratuita, generalmente se duplicó cada 10 ° C de temperatura de temperatura después de 25 ° C.

Gama dinámica

Relación lineal entre el voltaje y la potencia óptica mostrada en la FIG. 6.11 generalmente se conserva durante aproximadamente seis docenas, dando un rango dinámico de aproximadamente 50 dB.

Higo. 6.11. Características de Voltample de Silicon P-I-N-N-Photodiode

6.7.3. Construcción de p-i-n-fotodiodos

El diseño de P-I-N-Photodiodes es similar a los utilizados para LEDs y láseres, pero los requisitos ópticos son menos críticos. El área activa de los detectores suele ser mucho más grande que el núcleo de fibra, por lo que la alineación transversal no crea problemas.