Photothiodes Principe de fonctionnement Caractéristiques de base. Les principales caractéristiques et paramètres de la photodiode. Vie de la batterie

Principe d'action des photodiodes

La photodiode à semi-conducteur est une diode semi-conductrice qui dépend de l'éclairage.

Habituellement, les diodes semi-conductrices sont utilisées comme photodium avec une transition, qui est décalée dans le sens opposé par une source d'alimentation externe. Lors de l'absorption de la lumière quant dans le R-N, la transition ou dans les régions adjacentes à celle-ci est formée de nouveaux transporteurs de charge. Les transporteurs de charge Nezore surviennent dans les zones adjacentes à la transition vers la transition à distance, pas la préjection », par la longueur de diffusion, diffuse dans la transition R-N et en passant * à travers elle sous l'action du champ électrique. C'est-à-dire que le courant d'inverse augmente lorsque l'éclairage augmente. L'absorption de Quanta directement dans la transition conduit à des résultats similaires. La valeur pour laquelle le courant inverse augmente est appelé photoc.

Caractéristiques des photodiodes

Les propriétés de la photodiode peuvent être décrites dans les caractéristiques suivantes:

La caractéristique Volt-amp de la photodiode est la dépendance du courant de lumière dans un flux de lumière constant et un courant sombre de 1 tonne de la tension.

La caractéristique de la lumière de la photodiode est due à la dépendance du photocourant de l'illumination. Avec une augmentation de l'éclairage, le photocourent augmente.

La caractéristique spectrale de la photodiode est la dépendance du photocourant de la longueur d'onde de la lumière qui tombe sur la photodiode. Il est déterminé pour les grandes longueurs d'onde de la longueur d'onde de la zone interdite et avec des longueurs d'onde basse, le plus grand indicateur d'absorption et l'augmentation de l'effet de la recombinaison de surface des supports de charge avec une diminution de la longueur d'onde de la lumière Quanta. C'est-à-dire que la limite de sensibilité aux ondes abrégées dépend de l'épaisseur de la base et de la vitesse de la recombinaison de surface. La position du maximum dans la caractéristique spectrale de la photodiode dépend fortement du degré de croissance du coefficient d'absorption.

La constante de temps est la période pendant laquelle la photo de photodiode change après illumination ou après la variation de la photodiode dans E Times (63%) par rapport à la valeur établie.

Résistance sombre - résistance de la photodiode en l'absence d'éclairage.

La sensibilité intégrale est déterminée par la formule:

où 1 f - PhotoTok, F - Illumination.

Inertie

Il y a trois facteurs physiques affectant l'inertie:

1. Temps de diffusion ou supports de déséquilibre à travers la base T;

2. Temps de vol à travers la transition P-N;

3. Temps de recharge de la capacité de barrière de la transition R-N, caractérisé par une constante de temps RC 6 AP.

L'épaisseur de la transition, en fonction de la tension inverse et de la concentration d'impuretés dans la base de données, est généralement inférieure à 5 microns, et donc t, - 0,1 non. RC 6 AP est déterminé par la capacité de barrière de la transition R-N en fonction de la tension et de la résistance de la base de photodiode à une résistance à faible charge dans la chaîne extérieure. La valeur de RC 6 AP est généralement de plusieurs nanosecondes.

Calcul de l'efficacité de la photodiode et de la puissance

L'efficacité est calculée par la formule:

où la rangée est l'éclairage; I - Force actuelle;

U est la tension sur la photodiode.

Le calcul de la puissance de la photodiode illustre la Fig. 2.12 et Tableau 2.1.

Figure. 2.12. La dépendance de la puissance de la photodiode de la tension et du courant

La puissance maximale de la photodium correspond à la zone maximale de ce rectangle.

Tableau 2.1. Dépendance de pouvoir sur l'efficacité

Puissance légère, MW	Force de courant	Voltage, B.	Efficacité,%

Application de photodiode dans Ollelectronics

PhotoDiode fait partie intégrante de nombreux dispositifs optoélectroniques complexes:

Chips intégrales optoélectroniques.

La photodiode peut avoir une vitesse supérieure, mais son gain du photocourant ne dépasse pas l'unité. En raison de la disponibilité de la communication optique, les puces intégrales optoélectroniques ont un certain nombre d'avantages significatifs, à savoir: presque l'omission de la galvanoplastie parfaite des circuits de contrôle de la puissance tout en maintenant une connexion fonctionnelle forte entre elles.

Photodétecteurs multi-éléments.

Ces dispositifs (scanner, matrice de photodiode avec contrôle sur le transistor MOS, les instruments photosensibles avec charge et autres) sont parmi les produits la plus rapide et progressif de la technologie électronique. L'option optoélectrique basée sur la photodiode est capable de réagir non seulement au temps lumineux, mais également sur les caractéristiques spatiales de l'objet, c'est-à-dire de percevoir son image visuelle complète.

Le nombre de cellules photosensibles dans l'appareil est assez volumineux, donc outre tous les problèmes du photodétecteur discret (sensibilité, vitesse, zone spectrale), il est nécessaire de résoudre le problème des informations de lecture. Tous les photodétecteurs multi-éléments sont des systèmes de numérisation, c'est-à-dire des périphériques qui permettent l'analyse de l'espace étudié en le visant régulièrement (décomposition d'élément).

Comment est la perception des images?

La distribution de la luminosité de l'objet d'observation se transforme en une image optique et se concentre sur la surface photosensible. Ici, l'énergie lumineuse passe en électricité, avec la réponse de chaque élément (courant, charge, tension) proportionnelle à son éclairage. Le motif de luminosité est converti en un relief électrique. Le schéma de numérisation produit une enquête séquentielle périodique de chaque élément et la lecture des informations contenues. Ensuite, à la sortie de l'appareil, nous obtenons une séquence d'impulsions vidéo dans lesquelles l'image perçue est codée.

Lors de la création de photodétecteurs multi-éléments, ils s'efforcent d'assurer la meilleure exécution des fonctions de conversion et de numérisation. Opro.

Opto s'appelle un tel dispositif optoélectronique dans lequel il existe une source et un récepteur de rayonnement avec l'un ou l'autre type de communication optique entre eux, combiné de manière constructive et placée dans un cas. Entre la chaîne de contrôle (le courant dans lequel est petit, sur plusieurs mA), où l'émetteur est allumé et l'exécutif, dans lequel le photodétecteur fonctionne, il n'y a pas de connexion électrique (galvanique) et les informations de contrôle sont transmises par moyen de rayonnement léger.

Cette propriété de la paire optoélectronique (et dans certains types d'optocoules, même optique Optopar est présente dans certaines autres unités) s'est avérée indispensable dans ces nœuds électroniques, où il est nécessaire de fixer l'effet des circuits électriques de sortie à l'entrée. . Tous les éléments distincts (transistors, thyristors, microcircuits qui changent d'ensembles, ou une puce avec un rendement permettant de commuter la charge de puissance élevée) et les chaînes de direction sont connectées électriquement les unes aux autres. Il est souvent inacceptable si la charge haute tension est commutée. De plus, les retours émergents entraînent inévitablement l'apparition d'interférences supplémentaires.

Un photodétecteur constructif est généralement fixé au bas du boîtier et l'émetteur est en haut. L'écart entre l'émetteur et le photodétecteur est rempli de matériau d'immersion - la colle optique polymère fonctionne le plus souvent ce rôle. Ce matériau effectue le rôle d'une lentille de concentration sur une couche sensible du photodétecteur. Le matériau d'immersion est recouvert d'un film spécial reflétant les rayons lumineux à l'intérieur pour empêcher la diffusion de rayonnement au-delà de la zone de travail du photodétecteur.

Le rôle des émetteurs dans les optocoules, en règle générale, effectuer des voyants arsenid-gally-gallyes. Les éléments photosensibles des optocoupleurs peuvent être des photodiodes (optocoupleurs de la série ADD ...), des phototransistors, des phototrimistants (série d'optocromètre d'un Dee. ,.) et des systèmes de photowork hautement infectés. Dans une diode Optopar, par exemple, une photodiode basée sur le silicium est utilisée comme élément photodéteid et une diode d'émission infrarouge est servie par l'émetteur. La caractéristique spectrale maximale du rayonnement de la diode survient sur la longueur d'onde d'environ 1 μm. Les optocoupleurs de diode sont utilisés dans les modes de photodiode et de photogogénéération.

Les optiques du transistor (série AOT ...) ont des avantages par rapport à la diode. Le courant de collecteur du transistor bipolaire est contrôlé à la fois optiquement (agissant sur la LED) et électriquement selon la chaîne de base (dans ce cas, le travail du phototransistor en l'absence de rayonnement de la LED de contrôle optique n'est pratiquement pas différent de celui de la exploitation d'un transistor de silicium ordinaire). Sur le transistor de terrain, le contrôle est effectué à travers la chaîne d'obturation.

De plus, le phototransistor peut fonctionner dans des modes de clé et d'amplification, et la photodiode n'est que la clé. OPROES avec des transistors composites (par exemple, AOT1YUB), ont le plus grand gain (ainsi que l'ensemble habituel sur le transistor composite), peut basculer la tension et le courant de valeurs suffisamment volumineuses et selon ces paramètres uniquement par les optocoles thyristor et Le type optoélectronique de type KR293KP2 - KR293KP4, adapté à la commutation de chaînes à haute tension et à débit élevé. Aujourd'hui, de nouveaux relais optoélectroniques de la série K449 et K294 sont apparus sur le marché de la vente au détail. La série K449 vous permet de basculer la tension jusqu'à 400 V à un courant à 150 mA. De telles puces dans l'étui de trempette compact à quatre eaux arrivent à remplacer des relais électromagnétiques à faible puissance et présentent de nombreux avantages par rapport au relais (fonctionnement silencieux, fiabilité, durabilité, manque de contacts mécaniques, une large plage de tension de réponse) . En outre, leur prix abordable s'explique par le fait qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser des métaux précieux (les contacts de swing sont couverts de relais).

Dans les optocoupleurs de résistance (par exemple, OEP-1) et les énergies sont une minibique à incandescence électrique, placée dans un cas.

La notation graphique d'optocoupleurs selon GOST est attribuée à un code conditionnel - la lettre latine u, après laquelle le numéro de séquence de l'appareil suit dans le schéma.

Le chapitre 3 du livre décrit les périphériques et les périphériques illustrant l'utilisation d'optocouples.

Application de photodétecteurs

Tout dispositif optoélectronique contient une unité de résection de la photo. Et dans la plupart des dispositifs optoélectroniques modernes, la photodiode est la base du photodétecteur.

En comparaison avec d'autres photodétecteurs plus complexes, ils ont la plus grande stabilité des caractéristiques de la température et de meilleures propriétés opérationnelles.

Le principal inconvénient généralement indiqué est le manque de renforcement. Mais il est suffisamment conditionnel. Dans presque tous les dispositifs optomiques, le photodétecteur fonctionne sur ce circuit électronique ou ce circuit électronique correspondant. Et l'introduction d'une cascade amplifiante dans celle-ci est beaucoup plus facile et plus rapide que de donner à la photodegrad par des fonctions de gain inhabituelles.

Le récipient d'information élevé du canal optique due au fait que la fréquence des oscillations de lumière (environ 10 15 Hz) est de 10 3 ... 10 4 fois supérieure à celle de la plage de génie radio développée. Une faible valeur de la longueur d'onde d'oscillations lumineuses fournit une densité d'enregistrement d'informations à haute performance dans des dispositifs de stockage optiques (jusqu'à 10 8 bits / cm 2).

La direction aiguë (précision) du rayonnement léger, du fait que la divergence angulaire du faisceau est proportionnelle à la longueur d'onde et peut être inférieure à une minute. Cela permet aux pertes concentrées et de petites pertes de transmettre de l'énergie électrique dans n'importe quelle zone d'espace.

La possibilité de double - temporelle et spatiale - modulation du faisceau lumineux. Étant donné que la source et le récepteur en électronique OP-electronics ne sont pas liés électriquement l'un à l'autre, et la connexion entre elles est effectuée uniquement au moyen d'un faisceau lumineux (photons électriquement neutres), ils ne s'affectent pas. Et donc, dans le dispositif optoélectronique, le flux d'informations n'est transmis que dans une direction - de la source au récepteur. Les canaux pour lesquels un rayonnement optique est appliqué, ne s'affectent pas et ne sont pratiquement pas sensibles aux interférences électromagnétiques, ce qui détermine leur immunité de bruit élevée.

Une caractéristique importante des photodiodes est à grande vitesse. Ils peuvent travailler à des fréquences à plusieurs MHz. Généralement fabriqué en Allemagne ou en silicium.

PhotoDiode est un récepteur potentiellement large bande. Cela provoque son utilisation généralisée et son popularité.

Spectre ir

La diode d'émission infrarouge (diode IR) est une diode semi-conductrice qui, lorsqu'elle coule à travers elle, le courant continu émet une énergie électromagnétique dans la zone infrarouge du spectre.

Contrairement au spectre de rayonnement visible à l'œil humain (par exemple, il produit une diode d'émission de lumière classique basée sur le phosphure de gallium) Les rayons IR ne peuvent être perçus par un œil humain, mais sont enregistrés en utilisant des dispositifs spéciaux sensibles à ce spectre d'émission. Parmi les diodes photographiques populaires, le spectre IR peut être noté des appareils photosensibles MDK-1, FD263-01 et similaire à celui-ci.

Les caractéristiques spectrales des diodes rayonnantes IR ont un maximum prononcé dans la plage d'ondes de 0,87 ... 0,96 μm. L'efficacité du rayonnement et de l'efficacité de ces instruments est supérieure à celle des diodes électroluminescentes.

Basé sur des diodes IR (dans les structures électroniques occupant une place importante d'émetteurs d'impulsions de spectre IR), des lignes à fibres optiques sont conçues (distinguées par leur rapidité et leur immunité de bruit), des nœuds de ménage électroniques multiformes et, bien sûr, des nœuds de protection électroniques. C'est son avantage, car IK à droite invisible avec un œil humain et dans certains cas (sous réserve de l'utilisation de plusieurs faisceaux IR multidirectionnelles), il est impossible de déterminer la présence visuelle du dispositif de sécurité elle-même jusqu'à ce qu'elle transition vers le mode "Alarme"). Les expériences de la production et de la maintenance des systèmes de protection basées sur des émetteurs infrarouges permettent de donner une certaine recommandation pour déterminer l'état de fonctionnement des émetteurs infrarouges.

Si vous regardez près de la surface d'émission de la diode IR (par exemple, AL147A, AL156A), lorsque le signal de commande est servi dessus, vous pouvez remarquer une faible lueur rouge. Le spectre lumineux de cette lueur est proche de la couleur des yeux des animaux d'albinos (rats, hamsters, etc.). Dans la brille noire IR est encore plus prononcée. Il convient de noter que beaucoup de temps à regarder dans l'énergie lumineuse irradiatrice est indésirable d'un point de vue médical.

Outre les systèmes de protection, des diodes irradiatrices IR sont actuellement utilisées dans des porte-clés d'alarme pour voitures, divers types de transmetteurs de signaux sans fil à distance. Par exemple, en connectant un signal LC modulé de l'amplificateur à l'émetteur, à l'aide d'un récepteur IR à une certaine distance (dépend de la puissance du rayonnement et du terrain), vous pouvez écouter des informations audio, les appels téléphoniques peuvent également être traduits sur une distance. . Cette méthode est moins efficace aujourd'hui, mais elle est toujours une option alternative pour le téléphone à la radio. L'utilisation la plus populaire (dans la vie quotidienne) des diodes irradiatrices IR est des contrôles à distance de divers appareils ménagers.

La manière dont tout amateur peut facilement être convaincu, le dissolvant de la télécommande, le circuit électronique de ce périphérique n'est pas difficile et peut être répété sans aucun problème. Dans les structures amateurs, dont certains sont décrits dans le troisième chapitre de ce livre, les périphériques électroniques avec des appareils de rayonnement et de réception IR sont beaucoup plus faciles que les appareils industriels.

Les paramètres qui déterminent les modes statiques de fonctionnement des diodes IR (tension maximale maximale directe et inverse, courant continu, etc.) sont similaires aux paramètres des photodiodes. Les principaux paramètres spécifiques pour lesquels ils sont identifiés, pour les diodes IR sont:

La puissance du rayonnement est P de l'écoulement de rayonnement d'une certaine composition spectrale émise par une diode. La caractéristique de la diode, comme source de rayonnement IR, est une caractéristique de watt-ampère - la dépendance de la puissance de rayonnement dans W (millivatts) du courant continu circulant à travers la diode. Le diagramme du diode de rayonnement de la diode montre une diminution de la puissance de rayonnement en fonction de l'angle entre la direction de rayonnement et l'axe optique de l'instrument. Les diodes IR modernes diffèrent entre un rayonnement solide et dispersé.

Lors de la conception de nœuds électroniques, il convient de garder à l'esprit que la plage de transmission du signal IR dépend directement de l'angle d'inclinaison (alignement des parties de transmission et de réception du dispositif) et de la puissance de la diode IR. Avec les interchanges des diodes IR, il est nécessaire de prendre en compte ce paramètre de radiation. Certaines données de référence pour les diodes intérieures IR sont présentées dans le tableau. 2.2.

Les données sur les interchanges des périphériques étrangers et nationaux sont présentées dans la demande. Aujourd'hui, les types les plus populaires de diodes IR parmi les radio-amateurs sont les appareils de la série Model Series AL 156 et AL147. Ils sont optimaux sur la polyvalence de l'application et de la valeur.

Puissance de rayonnement d'impulsion - P de l'amplitude du flux de rayonnement, mesurée à une impulsion de courant direct donnée à travers une diode.

La largeur du spectre de rayonnement est l'intervalle de longueur d'onde dans laquelle la densité spectrale de la puissance de rayonnement est la moitié maximale.

Le courant d'impulsion directe maximum admissible 1 PRI (diodes IR sont principalement utilisées en mode impulsion).

Tableau 2.2. Émettre des diodes à spectre infrarouge

Diode IR	Puissance de rayonnement, MW	Longueur d'onde, μm	Largeur du spectre, μm	Tension sur l'appareil dans	Angle de rayonnement, grêle
			il n'y a pas de données		il n'y a pas de données

Le temps augmentant de l'impulsion de rayonnement T HAP est utilisé - l'intervalle de temps pendant lequel la puissance de rayonnement de la diode augmente de 10 à 100% de la valeur maximale.

Le paramètre Time de la récession d'impulsion t Cnm 3 J 1 est similaire au précédent.

Équilibre - Q - Le rapport de la période d'oscillations d'impulsions à la durée de l'impulsion.

La base des nœuds électroniques proposés à la répétition (chapitre 3 de ce livre) est le principe de transmission et de réception d'un signal IR modulé. Mais non seulement sous cette forme, vous pouvez utiliser le principe de fonctionnement de la diode IR. Un tel Optornel peut également travailler au mode de réflexion des rayons (le photodétecteur est logé à côté de l'émetteur). Ce principe est incorporé dans des composants électroniques qui réagissent à une approximation de l'unité de transmission de la réception combinée d'un sujet ou d'une personne, qui peut également servir de capteur dans les systèmes de protection.

Les options d'utilisation de diodes et de périphériques IR basées sur elles sont infiniment beaucoup et elles ne sont limitées qu'à l'efficacité de l'approche créative de la radio amateur.

But: Photodiode. - Récepteur de rayonnement optique, qui convertit la lumière à sa zone photosensible en une charge électrique.

Principe de fonctionnement: La photodiode la plus simple C'est une diode semi-conductrice ordinaire, ce qui garantit la possibilité d'une exposition à un rayonnement optique sur la transition p-n. Lorsqu'il est exposé à un rayonnement dans la direction perpendiculaire au plan de transition P-N, à la suite d'une absorption de photons avec énergie, supérieure à la largeur de la zone interdite, des paires d'électrons se produisent dans la région N. Ces électrons et trous appellent porte-photos. Dans la diffusion de porte-photo dans la profondeur de la région N, la proportion principale d'électrons et de trous n'a pas le temps de recombiner et de la frontière de la transition P-N. Ici, les transporteurs de photos sont séparés par un champ électrique de la transition P-N et les trous vont à la région P, et les électrons ne peuvent pas surmonter le champ de transition et s'accumuler à la bordure de la transition P-N et de la région N. Ainsi, le courant à travers la p-n-transition est dû à la dérive des porteurs non noces - trous. Les transporteurs photo de la dérive appelés phototok.

Les photodiodes peuvent fonctionner dans l'un des deux modes - sans source externe d'énergie électrique (mode de photogogène) ou avec une source externe d'énergie électrique (mode photographe).

Dispositif: Schéma structurel PhotoDiode. 1 - cristal semi-conducteur; 2 - contacts; 3 - Conclusions; F - le flux de rayonnement électromagnétique; Source e-dc; Rn - charge.

Paramètres: sensibilité (reflète la variation de l'état électrique à la sortie de la photodiode lorsque le signal optique de l'unité est fourni.); Bruit (en plus du signal utile à la sortie de la photodium, un signal chaotique apparaît avec une amplitude aléatoire et spectre - bruit photodiode)

Caractéristiques: a) Caractéristiques Volt-Ampere PhotoDiode est la dépendance de la tension de sortie du courant d'entrée. b) caractéristique de la lumière La dépendance du photocourant de l'illumination correspond à la proportionnalité directe du photocourant de l'illumination. c) Caractéristiques spectrales photodiode - Il s'agit de la dépendance du photocourant de la longueur d'onde de la lumière qui tombe sur la photodiode.

Application: a) Chips intégrales optoélectroniques.

b) Photodétecteurs multi-éléments.c) Optocoles.

9. LED. Objet, périphérique, principe de fonctionnement, paramètres de base et caractéristiques.

But: LED - Il s'agit d'un dispositif semi-conducteur qui émet une lumière lorsque le courant est transmis dans le sens avant.

Principe de fonctionnement: Le travail est basé sur le phénomène physique de la survenue de rayonnement léger pendant le passage du courant électrique à travers la p-n-transition. La couleur de la luminescence (longueur d'onde du maximum du spectre de rayonnement) est déterminée par le type de matières semi-conductrices utilisées formant la p-n-transition.

La LED est un dispositif rayonnant à semi-conducteur avec une ou plusieurs transitions N-P convertit l'énergie électrique en énergie de rayonnement lumineux non cohérent. Le rayonnement découle à la suite de la recombinaison des milieux injectés dans l'une des régions adjacentes à la transition N-P. La recombinaison se produit lors du déplacement de supports des niveaux supérieurs vers le bas.

Caractéristiques et paramètres: Le paramètre principal de la LED est l'efficacité quantique interne (le rapport du nombre de photons à la quantité de support injecté dans la base) et de l'efficacité externe (le rapport de flux de photons de la LED au débit des transporteurs de charge dedans). L'efficacité externe est largement déterminée par la technologie et une augmentation de son niveau peut être considérablement augmentée.

Les principales caractéristiques des LED sont Volt-ampere, la luminosité et spectrale. Les paramètres principaux des diodes électroluminescentes sont la longueur de l'onde, la demi-largeur du spectre de rayonnement, la puissance de rayonnement, la fréquence de fonctionnement et le diagramme de diagramme de rayonnement.

Les LED sont largement utilisées dans les indicateurs numériques, le tableau de bord de la lumière, les appareils électroniques. C'est une formation fondamentalement possible en fonction de leur écran de télévision couleur.

PhotoDiode est une diode photosensible qui utilise une énergie lumineuse pour créer une tension. Largement utilisé dans les systèmes de contrôle automatique des ménages et industriels, où le commutateur est la quantité de lumière entrante. Par exemple, contrôler le degré de découverte des stores dans le système de la maison intelligente, basé sur le niveau d'éclairage

Lorsque la lumière tombe sur la photodiode, l'énergie de la lumière tombée dans le matériau photosensible entraîne l'apparition d'une tension qui provoque des électrons de se déplacer dans la transition P-N. Il existe deux types de photodiodes: conducteurs photoélectriques et photo.

Photo conductrice de diodes

Ces diodes sont utilisées pour contrôler les circuits électriques auxquels le potentiel est fourni de l'extérieur, c'est-à-dire d'une source étranger.

Par exemple, ils peuvent ajuster l'allumé et l'écart de la rue, ouvrir et fermer les portes automatiques.

Dans une chaîne typique, dans laquelle la photodiode est installée, le potentiel fourni à la diode a un déplacement dans la direction opposée et sa valeur est légèrement inférieure à la tension de poinçonnage de la diode. Pour un tel circuit, le courant ne va pas. Lorsque la lumière tombe sur la diode, la tension supplémentaire qui commence à se déplacer à travers la transition P-N provoque une rétrécissement de la zone épuisée et crée la possibilité de déplacer le courant à travers la diode. La quantité de courant en cours est déterminée par l'intensité du flux lumineux tombant sur la photodiode.

Diodes photoélectriques

Les diodes photoélectriques sont la seule source de tension de la chaîne dans laquelle ils sont installés.

Un exemple d'une telle diode photoélectrique peut servir de photoexponomètre utilisé sur la photo pour déterminer l'éclairage. Lorsque la lumière entre dans la diode photosensible du film photoexponomètre, la tension résultante entraînant le dispositif de mesure. Plus l'éclairage est élevé, plus la tension est grande sur la diode.

La photodiode la plus simple C'est une diode semi-conductrice ordinaire, ce qui garantit la possibilité d'une exposition à un rayonnement optique sur la transition p-n.

Dans l'état d'équilibre, lorsque le flux de rayonnement est complètement absent, la concentration de supports, la distribution potentielle et le diagramme de la zone d'énergie de la photodiode correspondent parfaitement à la structure p-n habituelle.

Lorsqu'il est exposé à un rayonnement dans la direction perpendiculaire au plan de transition P-N, à la suite d'une absorption de photons avec énergie, supérieure à la largeur de la zone interdite, des paires d'électrons se produisent dans la région N. Ces électrons et trous sont appelés copains.

Dans la diffusion de porte-photo dans la profondeur de la région N, la proportion principale d'électrons et de trous n'a pas le temps de recombiner et de la frontière de la transition P-N. Ici, les transporteurs de photos sont séparés par un champ électrique de la transition P-N et les trous vont à la région P, et les électrons ne peuvent pas surmonter le champ de transition et s'accumuler à la bordure de la transition P-N et de la région N.

Ainsi, le courant à travers la p-n-transition est dû à la dérive des porteurs non noces - trous. Le courant de dérive des transporteurs photo s'appelle une photocope.

Photomasters - Les trous chargent la région P relatif à la région N et les porte-photo - électrons - la région N négativement par rapport à la région P. La différence de potentiel résultante est appelée Photodes EF. Le courant généré dans la photodiode est inverse, il est dirigé à partir de la cathode à l'anode et sa valeur est la plus grande, plus illumination.

Les photodiodes peuvent fonctionner dans l'un des deux modes - sans source externe d'énergie électrique (mode de photogogène) ou avec une source externe d'énergie électrique (mode photographe).

Les photodiodes fonctionnant dans le mode photchenerator sont souvent utilisées comme sources d'alimentation convertissant l'énergie de rayonnement solaire en électricité. Ils s'appellent Éléments ensoleillés Et inclus dans les panneaux solaires utilisés sur le vaisseau spatial.

L'efficacité des cellules solaires de silicium est d'environ 20% et dans des cellules solaires cinématographiques, elle peut avoir une valeur beaucoup plus grande. Les paramètres techniques importants des panneaux solaires sont les ratios de leur puissance de sortie à la masse et de la zone occupée par le panneau solaire. Ces paramètres atteignent les valeurs de 200 W / KG et 1 kW / m2, respectivement.

Lorsque la photodiode fonctionne en mode photographique, la source d'alimentation E est activée dans le circuit dans la direction de verrouillage (Fig. 1, A). Les branches inverse des photos de la photodiode sont utilisées à différents éclairages (Fig. 1, B).

Figure. 1. Schéma d'activation de la photodiode dans le mode de conversion photo: A - Schéma d'inclusion, B - Photodiode

Le courant et la tension sur la résistance de charge RN peuvent être définis graphiquement par les points d'intersection des photos de la photodiode et la ligne de charge correspondant à la résistance de la résistance RN. En l'absence d'illumination, la photodiode fonctionne dans un mode de diode régulier. Le courant noir en Allemagne Photothiodes est de 10 à 30 μA, Silicon 1 - 3 μA.

Si dans les photodiodes utilise une ventilation électrique réversible, accompagnée d'une multiplication d'avalanche des supports de charge, à la fois en stabilisation à semi-conducteurs, puis un photociprise et, par conséquent, la sensibilité augmentera de manière significative.

Sensibilité photodiodes avalanches Il peut s'agir de plusieurs ordres de grandeur supérieur à celui des photododes ordinaires (Allemagne - 200 - 300 fois, Silicon - 104 - 106 fois).

Les photodiodes à avalanche sont des périphériques photoélectriques à haute vitesse, leur gamme de fréquences peut atteindre 10 GHz. L'inconvénient des photodiodes d'avalanche est un niveau de bruit plus élevé par rapport aux photodiodes conventionnelles.

Figure. 2. Schéma de la photoresistor (A), UGO (B), Energie (B) et Volt-Ampere (D) Caractéristiques du photoresistor

Outre les photodiodes, les photoresistors sont appliqués (Fig. 2), phototransistors et photocteurs dans lesquels la photoeffie interne est utilisée. L'inconvénient caractéristique d'eux est une inertie élevée (fréquence de fonctionnement des limites FGR

La conception du phototransistor est similaire au transistor habituel, qui, dans le cas, il y a une fenêtre à travers laquelle la base peut être allumée. Hugo PhotoTransistor - Transistor avec deux flèches dirigées vers elle.

Les LED et les photodiodes sont souvent utilisés dans une paire. Dans le même temps, ils sont placés dans un cas de telle sorte que le site photosensible de la photodium est situé en face de la plate-forme émettrice de la LED. Des dispositifs semi-conducteurs utilisant les paires "LED-PhotoDiode" sont appelés (Fig. 3).

Figure. 3. Oppon: 1 - LED, 2 - Photodiode

Les chaînes d'entrée et de sortie de ces périphériques ne sont pas liées électriquement, car la transmission du signal est effectuée par rayonnement optique.

Potapov L. A. A.

Les photodiodes convertissent des signaux de lumière directement en électriques à l'aide de l'ordre inverse avec le processus physique LED. Dans la P-I-N-PhotoDiode, il existe une large couche de semi-conducteur interne (I-), séparant les zones du type P et N, comme illustré à la Fig. 6.9. Le décalage inverse (5-20 volts) est introduit à la diode, il aide à maintenir les souris de charge de la région intérieure.

Figure. 6.9. P-i-n-photodiode

La largeur de la couche interne garantit que la probabilité d'absorption des photons entrants est exactement la couche, et non des régions d'un type P-ou N. La couche interne a une résistance élevée, car elle n'a pas de transporteurs de charge gratuits. Cela conduit à une baisse de la majeure partie de la tension sur cette couche et le champ électrique résultant augmente la vitesse de réponse et réduit le bruit. Lorsque le faisceau de lumière avec énergie appropriée tombe sur la couche interne, il crée une paire de trou électroniques, levant un électron de la zone de la valence dans la zone de conduction et laissant le trou à sa place. La tension de décalage provoque rapidement ces supports de charge (électrons dans la zone de conduction) de la zone de transition, créant ainsi un courant proportionnel à la lumière qui tombe, comme le montre la Fig. 6.9.

6.7.2. Paramètres de fonctionnement

Longueur d'onde coupée

Le photon entrant doit avoir suffisamment d'énergie pour soulever l'électron à travers la zone interdite et la création d'une paire d'un trou d'électron. Dans divers matériaux semi-conducteurs, la largeur de la zone interdite est différente, la barrière d'énergie dans l'électron-volt (EV) peut être associée à une longueur d'onde (λ) en utilisant la même équation que pour les LED.

Pour un type de détecteur spécifique, la barrière d'énergie W est permanente, par conséquent, la formule ci-dessus donne la longueur d'onde maximale, qui peut être corrigée, c'est-à-dire la longueur d'onde de la coupure.

Sensibilité

Sensibilité ρ a un rapport de courant de sortie ( jE.) Détecteur pour saisir la puissance optique ( R).

Pour 800 nm, la sensibilité au silicium est d'environ 0,5 A / W et Ingaas Peak Sensibilité est d'environ 1,1 A / W pendant 1700 nm, diminué à 0,77 A / W pour 1300 nm.

Caractéristique spectrale

La caractéristique spectrale montre le changement de sensibilité en fonction de la longueur d'onde. Les courbes caractéristiques spectrales typiques pour le silicium et les ingaas p-n-n-n-n-n-n-n-n-n-n-n-n-n-n-n-n-n-n 6.10.

Efficacité quantique

L'efficacité quantique de l'émetteur est définie comme le rapport du nombre d'électrons dédiés au nombre de photons incidents. Efficacité quantique de silicium et d'Ingaas d'environ 80%.

Figure. 6.10. Caractéristiques spectrales des p-n-n-diodes

Vitesse de réponse

Le taux de réponse du détecteur est limité au moment du passage, ce qui est temps de surmonter les charges libres de la largeur de la couche interne. Ceci est la fonction de la tension de déplacement inversée et de la largeur physique. Pour les p-n-n-diodes rapides, il varie de 1,5 à 10 ns. La capacité affecte également la réponse du dispositif et le conteneur de transition forme une couche interne isolante entre les électrodes formées par des régions de p et n. Dans les photododes à grande vitesse, le temps de réponse peut atteindre 10 picosecondes avec un conteneur de plusieurs picofrades avec de très petites surfaces.

Caractéristiques Volt-Ampere

Courbes typiques Voltamper (I-U) pour un écran de silicium P-I-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-PHOTODIO »de la Fig. 6.11. On peut voir que même s'il n'ya pas de puissance optique, un petit courant d'inverse est appelé courant sombre (courant foncé). Il est causé par la formation de la température des porteurs de charge gratuits, a généralement doublé toutes les 10 ° C de température de température après 25 ° C.

Plage dynamique

Relation linéaire entre la tension et la puissance optique représentée sur la Fig. 6.11 est généralement préservé pendant environ six douzaines, donnant une plage dynamique d'environ 50 dB.

Figure. 6.11. Caractéristiques de la par exemple de silicium p-n-n-photodiode

6.7.3. Construction de P-I-N-photodiodes

La conception de P-I-N-photodiodes est similaire à celle utilisée pour les LED et les lasers, mais les exigences optiques sont moins critiques. La zone active des détecteurs est généralement beaucoup plus grande que le noyau de la fibre, de sorte que l'alignement transversal ne crée pas de problèmes.