Photodiodes Principiul operațiunii Caracteristicile de bază. Principalele caracteristici și parametri ai fotodiodei. Durata de viata a bateriei

Principiul acțiunii fotodidelor

Photodiodul semiconductor este o diodă semiconductoare care depinde de iluminare.

De obicei, diodele semiconductoare sunt utilizate ca fotodiu cu o tranziție, care este deplasată în direcția opusă printr-o sursă externă de alimentare. La absorbția cuanțelor de lumină în R-N, tranziția sau în regiunile adiacente se formează noi purtători de încărcare. Purtătorii de taxare NEZORE care apar în zonele adiacente tranziției la tranziția la o distanță, nu la prejudiciu ", prin lungimea de difuzie, difuză în tranziția R-N și trecerea * prin intermediul acțiunii câmpului electric. Aceasta este, actualul curent crește atunci când iluminatul crește. Absorbția cuantului direct în tranziție conduce la rezultate similare. Valoarea pentru care creșterile curente inverse se numește fotoc.

Caracteristicile fotodiodelor

Proprietățile fotodiodului pot fi descrise în următoarele caracteristici:

Caracteristica VOP-AMP a fotodiodului este dependența curentului de lumină la un curent luminos constant și un curent întunecat de 1 tonă din tensiune.

Caracteristica luminii fotodiodului se datorează dependenței fotocurrentului de iluminare. Cu o creștere a iluminării, creșterea fotocurrentă.

Caracteristica spectrală a fotodiodului este dependența fotocurrentului de la lungimea de undă a luminii care se încadrează pe fotodiodă. Se determină pentru lungimi de undă mari de lungimi de undă ale zonei interzise și cu lungimi de undă scăzute, indicatorul de absorbție mai mare și creșterea efectului recombinării de suprafață a purtătorilor de încărcare cu o scădere a lungimii de undă a cuanței de lumină. Aceasta este, limita de sensibilitate cu valuri scurte depinde de grosimea bazei și de viteza recombinării de suprafață. Poziția maximă în caracteristica spectrală a fotodiodului este extrem de dependentă de gradul de creștere a coeficientului de absorbție.

Constanta de timp este timpul în care fotografia fotodidelor se schimbă după iluminare sau după diminuarea fotodiodului în E ori (63%) față de valoarea stabilită.

Rezistența întunecată - Rezistența fotodiodă în absența iluminării.

Sensibilitatea integrată este determinată prin formula:

unde 1 f - fototok, f - iluminare.

Inerţie

Există trei factori fizici care afectează inerția:

1. Timp de difuzie sau purtători de dezechilibru prin baza T;

2. timpul de zbor prin tranziția p-n;;

3. Timpul de reîncărcare al capacității de barieră a tranziției R-N, caracterizată printr-o constantă de timp RC 6 AP.

Grosimea tranziției, în funcție de tensiunea inversă și de concentrația impurităților din baza de date, este de obicei mai mică de 5 microni și, prin urmare, t, - 0,1 nu. RC 6 AP este determinat de capacitatea de barieră a tranziției R-N în funcție de tensiunea și rezistența bazei fotodiodului la o rezistență scăzută a sarcinii în lanțul exterior. Valoarea RC 6 AP este de obicei mai multe nanosecunde.

Calcularea eficienței fotodiodului și a puterii

Eficiența este calculată prin formula:

unde rândul este iluminarea; I - puterea actuală;

U este tensiunea de pe fotodiodă.

Calculul puterii fotodiodului ilustrează fig. 2.12 și Tabelul 2.1.

Smochin. 2.12. Dependența de puterea fotodiodului de la tensiune și de curent

Puterea maximă a fotodiului corespunde zonei maxime a acestui dreptunghi.

Tabelul 2.1. Dependența de putere de eficiență

Putere ușoară, MW	Puterea actuală	Tensiune, B.	Eficienţă,%

Aplicarea fotodiodului în Olterelectronics

Photodiode este un element integrat în multe dispozitive optoelectronice complexe:

Optoelectronic chips-uri integrale.

Photodiodul poate avea o viteză mai mare, dar câștigul său fotocurrent nu depășește unitatea. Datorită disponibilității comunicării optice, jetoanele integrale optoelectronice au o serie de avantaje semnificative, și anume: aproape omisiunea perfectă de electroplantare a circuitelor de control de la putere, menținând o legătură funcțională puternică între ele.

Multi-elemente fotodetectoare.

Aceste dispozitive (scaner, matricea fotodiodică cu control asupra tranzistorului MOS, instrumentele fotosensibile cu taxă și alte produse cu cea mai rapidă creștere și progresivă a tehnologiei electronice. Optoelectric "ochiul" bazat pe fotodiod este capabil să reacționeze nu numai la timpul luminos, ci și de caracteristicile spațiale ale obiectului, adică să percepe imaginea vizuală completă.

Numărul de celule fotosensibile din dispozitiv este destul de mare, astfel încât, în afară de toate problemele fotodetectorului discret (sensibilitate, viteză, suprafață spectrală), este necesar să se rezolve problema citirii informațiilor. Toate fotodetectorii multi-elemente sunt sisteme de scanare, adică dispozitive care permit analiza spațiului studiat prin vizualizarea consecventă (descompunerea elementului).

Cum este percepția imaginilor?

Distribuția luminozității obiectului de observare se transformă într-o imagine optică și se concentrează pe suprafața fotosensibilă. Aici, energia ușoară intră în electrice, cu răspunsul fiecărui element (curent, încărcare, tensiune) proporțional cu iluminarea sa. Modelul de luminozitate este transformat într-o ușurare electrică. Schema de scanare produce o anchetă secvențială periodică a fiecărui element și a citirii informațiilor conținute în acesta. Apoi, la ieșirea dispozitivului, obținem o secvență de impulsuri video în care este codificată imaginea percepută.

La crearea fotodetectoare multi-elemente, acestea se străduiesc să asigure cea mai bună execuție a funcțiilor de conversie și de scanare. Opro.

OPTO este numit un astfel de dispozitiv optoelectronic în care există o sursă și un receptor de radiații cu unul sau altul de comunicare optică între ele, combinate constructiv și plasate într-un singur caz. Între lanțul de control (curentul în care este mic, despre mai multe MA), în cazul în care emițătorul este pornit și executivul, în care funcționează fotodetectorul, nu există o conexiune electrică (galvanică), iar informațiile de control sunt transmise de către mijloace de radiație ușoară.

Această proprietate a perechii optoelectronice (și în unele tipuri de optocoules, chiar și Optopar optic este prezentă în alte unități) sa dovedit a fi indispensabilă în acele noduri electronice, unde este necesar să se fixeze efectul circuitelor electrice de ieșire la intrare . Toate elementele discrete (tranzistoare, tiristoare, microcircuite care au ansambluri de comutare sau un cip cu un randament care permit comutarea încărcăturii de control de mare putere) și lanțuri executive sunt conectate electric unul cu celălalt. Este adesea inacceptabilă dacă sarcina de înaltă tensiune a fost schimbată. În plus, feedbackul emergent conduce în mod inevitabil la apariția unei interferențe suplimentare.

Un fotodetector constructiv este de obicei atașat la partea inferioară a carcasei, iar emițătorul este în partea de sus. Diferența dintre emițător și fotodetector este umplută cu material de imersie - adezivul optic polimer este cel mai adesea efectuând acest rol. Acest material îndeplinește rolul unei radiații de focalizare a obiectivului pe un strat sensibil al fotodetectorului. Materialul de imersie este acoperit cu un film special care reflectă razele luminoase din interior pentru a împiedica împrăștierea radiației dincolo de zona de lucru a fotodetectorului.

Rolul emițătorilor în Optocoules, de regulă, efectuează LED-uri bazate pe arsenid. Elementele fotosensibile din Optocuplers pot fi fotodiode (optocuplere ale serii Add ...), fototranzistors, fototomistori (seria OpCreter de Dee,.) Și scheme de fotocare foarte infectate. Într-un Optopar de diodă, de exemplu, o fotodiod bazată pe siliciu este folosită ca element fotodeteid, iar emițătorul este servit o diodă emitentă cu infraroșu. Caracteristica spectrală maximă a radiației diodei are loc pe lungimea de undă de aproximativ 1 μm. Optocuploarele diode sunt utilizate în modurile fotodide și fotogenerare.

Optica tranzistorului (seria AOT ...) au unele avantaje în raport cu diode. Curentul colector al tranzistorului bipolar este controlat atât optic (acționând pe LED), cât și electric în funcție de lanțul de bază (în acest caz, lucrarea fototranzistorului în absența radiației LED-ului de control optic este practic diferită de funcționarea unui tranzistor obișnuit de siliciu). La tranzistorul de câmp, controlul se efectuează prin lanțul de declanșare.

În plus, fototranzistorul poate lucra în moduri de amplificare și de amplificare, iar fotodiodul este doar cheia. Oproes cu tranzistoare compozite (de exemplu, AOT1YUB), au cel mai mare câștig (precum și ansamblul obișnuit pe tranzistorul compozit), pot comuta tensiunea și curentul de valori suficient de mari și în funcție de acești parametri numai prin optoculerea tiristorului și Tipul optoelectronic de tip KR293KP2 - KR293KP4, care a fost adaptat pentru comutarea lanțurilor de înaltă tensiune și de debit mare. Astăzi, noi relee optoelectronice ale seriei K449 și K294 au apărut pe piața cu amănuntul. Seria K449 vă permite să comutați tensiunea de până la 400 V la un curent la 150 mA. Astfel de jetoane în carcasa Dip-4 compactă cu patru apă vin pentru a înlocui relee electromagnetice cu putere redusă și au o mulțime de avantaje comparativ cu releul (funcționare silențioasă, fiabilitate, durabilitate, lipsă de contacte mecanice, o gamă largă de tensiune de răspuns) . În plus, prețul lor accesibil este explicat prin faptul că nu este necesar să se utilizeze metale prețioase (contactele swing sunt acoperite cu relee).

În optocuplurile de rezistor (de exemplu, OEP-1) și energiile sunt un microbiu electric incandescent, plasat într-un singur caz.

Notația grafică a optocuploarelor în funcție de GOST este atribuită unui cod condiționat - litera latină U, după care numărul secvenței dispozitivului urmează în sistem.

Capitolul 3 al cărții descrie dispozitive și dispozitive care ilustrează utilizarea optocuplurilor.

Aplicarea fotodetectorilor

Orice dispozitiv optoelectronic conține o unitate de rezecție. Și în cele mai moderne dispozitive optoelectronice, fotodiodul este baza fotodetectorului.

În comparație cu alți, fotodetectorii mai complexi, au cea mai mare stabilitate a caracteristicilor de temperatură și a celor mai bune proprietăți operaționale.

Principalul dezavantaj care este de obicei indicat este lipsa de consolidare. Dar el este suficient de condiționat. În aproape fiecare dispozitiv optomic, fotodetectorul funcționează pe acest sau care se potrivește cu circuitul electronic. Iar introducerea unei cascade amplificatoare în acesta este mult mai ușoară și mai utilă decât să ofere fotodegrad prin funcții de câștig neobișnuit.

Containerul de informare ridicat al canalului optic datorită faptului că frecvența oscilațiilor luminii (aproximativ 105 Hz) este de 10 3 ... 10 de 4 ori mai mare decât în \u200b\u200bintervalul de inginerie radio dezvoltat. O mică valoare a lungimii de undă a oscilațiilor luminii oferă o densitate de înregistrare a informațiilor ridicate la dispozitive de stocare optică (până la 10 8 biți / cm2).

Direcția acută (precizia) radiației luminoase, datorită faptului că divergența unghiulară a fasciculului este proporțională cu lungimea de undă și poate fi mai mică de un minut. Acest lucru permite pierderilor concentrate și mici pentru a transmite energia electrică în orice zonă de spațiu.

Posibilitatea modulației duble-temporale și spațiale a fasciculului luminos. Deoarece sursa și receptorul din opelectronică nu sunt legate electric între ele, iar conexiunea dintre ele se efectuează numai prin intermediul unui fascicul luminos (fotoni neutri din punct de vedere electric), ele nu se afectează reciproc. Și, prin urmare, pe dispozitivul optoelectronic, fluxul de informații este transmis numai într-o singură direcție - de la sursă la receptor. Canalele pentru care se aplică radiațiile optice, nu se afectează reciproc și practic nu sunt sensibile la interferențele electromagnetice, ceea ce determină imunitatea lor ridicată a zgomotului.

O caracteristică importantă a fotodidelor este de mare viteză. Ei pot lucra la frecvențe la mai multe MHz. De obicei fabricate din Germania sau Silicon.

Photodiode este un receptor potențial în bandă largă. Acest lucru face ca utilizarea pe scară largă și popularitatea.

Spectrul IR.

Dioda emițătoare cu infraroșu (dioda IR) este o diodă semiconductoare, care, atunci când curge prin el, curentul direct emite energie electromagnetică în zona infraroșie a spectrului.

Spre deosebire de spectrul de radiații vizibil pentru ochiul uman (de exemplu, produce o diodă de emisie convențională bazată pe fosfura de galiu), radiația IR nu poate fi percepută de un ochi uman, dar este înregistrată utilizând dispozitive speciale sensibile la acest spectru de emisie. Dintre diodele fotografice populare, spectrul IR poate fi remarcat dispozitivele fotosensibile MDK-1, FD263-01 și similare cu ea.

Caracteristicile spectrale ale diodelor de radiație IR au un maxim pronunțat în intervalul de valuri de 0,87 ... 0,96 μm. Eficiența radiației și eficienței acestor instrumente este mai mare decât cea a diodelor emise de lumină.

Pe baza diodelor IR (care în structurile electronice ocupă un loc important de transmițătoare ale impulsurilor de spectru IR), sunt proiectate linii de fibră optică (distinse prin viteza și imunitatea zgomotului), nodurile electronice de uz casnic multiple și, desigur, noduri de protecție electronică. Acesta este avantajul său, pentru că IK Drept invizibil cu un ochi uman și, în unele cazuri, (sub rezerva utilizării mai multor grinzi IR multidirecționale), este imposibil să se determine prezența vizuală a dispozitivului de securitate în sine până când se trece la modul "alarmă"). Experimentele în producția și întreținerea sistemelor de protecție bazate pe emițătoare IR vă permit să dați încă o recomandare pentru a determina starea de lucru a emițătorilor IR.

Dacă vă uitați aproape de suprafața emitentă a diodei IR (de exemplu, AL147A, AL156A), când semnalul de control este servit pe acesta, atunci puteți observa o strălucire roșie slabă. Spectrul luminos al acestei străluciri este aproape de culoarea ochilor animalelor de la Albino (șobolani, hamsteri etc.). În întunericul IR strălucire este și mai pronunțată. Trebuie remarcat faptul că o lungă perioadă de timp să se uite în energia luminii IR radiant, este nedorită din punct de vedere medical.

În plus față de sistemele de protecție, diodele de radiație IR sunt utilizate în prezent în chei de alarmă pentru autoturisme, diferite tipuri de transmițătoare de semnal wireless pentru distanță. De exemplu, prin conectarea unui semnal LC modulat de la amplificator la emițător, utilizând un receptor IR la o anumită distanță (depinde de puterea radiației și a terenului), puteți asculta informații audio, apelurile telefonice pot fi traduse și pe o distanță . Această metodă este mai puțin eficientă astăzi, dar este încă o opțiune alternativă pentru telefonul radio de acasă. Cea mai populară (în viața de zi cu zi) Utilizarea diodelor IR radiant este telecomenzile de la diferite aparate de uz casnic.

Cum orice amator poate fi cu ușurință convins, remorca de la telecomandă, circuitul electronic al acestui dispozitiv nu este dificil și poate fi repetat fără probleme. În structurile amator, dintre care unele sunt descrise în capitolul al treilea al acestei cărți, dispozitivele electronice cu dispozitivele de radiație IR și dispozitivele de primire sunt mult mai ușor decât dispozitivele industriale.

Parametrii care determină modurile statice de funcționare ale diodelor IR (tensiunea maximă admisibilă și inversă, curentul direct etc.) sunt similare cu parametrii fotodidelor. Principalii parametri specifici pentru care sunt identificați, pentru diodele IR sunt:

Puterea radiației este p a debitului de radiație a unei anumite compoziții spectrale emise de o diodă. Caracteristica diodei, ca sursa radiației IR, este o caracteristică Watt-Ampere - dependența puterii de radiație în W (milivatte) din curentul direct care curge prin diodă. Diagrama modelului de radiație a diodei prezintă o scădere a puterii de radiație în funcție de unghiul dintre direcția de radiație și axa optică a instrumentului. Diodele IR moderne diferă între având radiații puternice și împrăștiate.

La proiectarea nodurilor electronice, ar trebui să se țină cont de faptul că intervalul de transmisie al semnalului IR depinde direct de unghiul de înclinare (alinierea părților de transmisie și primire ale dispozitivului) și puterea diodei IR. Cu schimbările de diode IR, este necesar să se țină cont de acest parametru de putere de radiație. Unele date de referință pentru diodele IR interne sunt prezentate în tabelul. 2.2.

Datele privind schimburile de dispozitive străine și interne sunt prezentate în aplicație. Astăzi, cele mai populare tipuri de diode IR în rândul amatorilor radio sunt dispozitive ale modelului model al 156 și al147. Acestea sunt optime pe versatilitatea aplicației și a valorii.

Pustibilul de radiație a impulsurilor - P a amplitudinii fluxului de radiație, măsurată la un impuls curent direct printr-o diodă.

Lățimea spectrului de radiații este intervalul lungimii de undă în care densitatea spectrală a puterii de radiații este jumătate din maxim.

Curentul de puls direct admisibil 1 PRI (diodele IR sunt utilizate în principal în modul puls).

Tabelul 2.2. Emiterea diodelor spectrului cu infraroșu

Diodă IR.	Putere de radiație, MW	Lungime de undă, μm.	Lățimea spectrului, μm	Tensiune pe dispozitiv în	Unghiul de radiație, grindină
			nu există date		nu există date

Timpul de creștere al impulsului de radiație este utilizat - intervalul de timp în care puterea de radiație a diodei crește de la 10 la 100% din valoarea maximă.

Parametrul de timp al recesiunii pulsului T CNM 3 J1 este similar cu cel precedent.

Egalitate - Q - Raportul dintre perioada oscilațiilor pulsului la durata pulsului.

Baza nodurilor electronice oferite repetiției (capitolul 3 al acestei cărți) este principiul transmiterii și primului semnal IR modulat. Dar nu numai în această formă puteți utiliza principiul funcționării diodei IR. Un astfel de optornel poate lucra, de asemenea, în modul de reflexie al razelor (fotodetectorul este găzduit lângă emițător). Acest principiu este încorporat în componente electronice care reacționează la o aproximare la unitatea de transmitere de primire combinată a unui subiect sau a unei persoane, care poate servi și ca senzor în sistemele de protecție.

Opțiunile pentru utilizarea diodelor IR și a dispozitivelor bazate pe ele sunt infinit și sunt limitate doar la eficiența abordării creative a radioului amator.

Scop: Photodirod. - Receptor de radiații optice, care convertește lumina în zona sa fotosensibilă într-o încărcătură electrică.

Principiul de funcționare: Cea mai simplă fotodiodă Este o diodă semiconductoare obișnuită, care asigură posibilitatea expunerii la radiațiile optice pe tranziția P-N. Când este expus la radiații în direcția perpendiculară pe planul de tranziție p-n, ca urmare a absorbției fotonilor cu energie, mai mare decât lățimea zonei interzise, \u200b\u200bperechile de gaură de electroni apar în regiunea N. Acești electroni și găuri apel transportatorii foto. În difuzarea transportatorilor foto în adâncimea N-regiunii, principala proporție de electroni și găuri nu are timp să se recombine și se ajunge la marginea tranziției p-n. Aici, purtătorii foto sunt separați de un câmp electric al tranziției p-n și găurile merg la regiunea P, iar electronii nu pot depăși câmpul de tranziție și se acumulează la marginea tranziției p-n și a N-regiunii. Astfel, curentul prin tranziția P-N se datorează drifierii transportatorilor non-core - găuri. Drift Carriers Photo curentă numiți phototok..

Photodiodele pot funcționa într-unul din cele două moduri - fără o sursă externă de energie electrică (modul fotogene) sau cu o sursă externă de energie electrică (modul fotograf).

Dispozitiv: Schema de structură fotodiodă. 1 - cristal semiconductor; 2 - Contacte; 3 - Concluzii; F - fluxul de radiații electromagnetice; E-dc sursă; RN - Încărcare.

Parametrii: sensibilitate (reflectă modificarea stării electrice la ieșirea fotodiodului atunci când se furnizează semnalul optic al unității.); Zgomot (în plus față de semnalul util la ieșirea fotodiului, un semnal haotic apare cu o amplitudine aleatorie și spectru - zgomot fotodiod)

Caracteristici: a) caracteristicile volți-amperi Photodiode este dependența tensiunii de ieșire din curentul de intrare. b) caracteristică ușoară Dependența fotocurrentului de iluminare, corespunde proporționalității directe a fotocurrentului de iluminare. c) caracteristicile spectrale fotodide - Aceasta este dependența fotocurrentului de la lungimea de undă a luminii care se încadrează pe fotodiodă.

Aplicație: a) jetoane integrale optoelectronice.

b) fotodetectoare multi-elemente.c) Optocoules.

9. LED-uri. Scop, dispozitiv, principiu de funcționare, parametri de bază și caracteristici.

Scop: LED. - Acesta este un dispozitiv semiconductor care emite lumină atunci când curentul este trecut prin el în direcția înainte.

Principiul de funcționare: Lucrarea se bazează pe fenomenul fizic al apariției radiației luminoase în timpul trecerii curentului electric prin p-N-tranziție. Culoarea luminescenței (lungimea de undă a spectrului de radiații) este determinată de tipul de materiale semiconductoare utilizate formând tranziția p-n.

LED-ul este un dispozitiv de radiant semiconductor cu una sau mai multe tranziții N-P care transformă energia electrică în energia radiației luminoase necoerente. Radiația apare ca urmare a recombinării mediilor injectate într-una din regiunile adiacente tranziției N-P. Recombinarea are loc atunci când se deplasează mediile de la nivel superior la nivelul inferior.

Caracteristici și parametri: Parametrul principal al LED-ului este eficiența cuantice interne (raportul dintre numărul de fotoni la cantitatea de purtător injectat în bază) și eficiența externă (raportul fluxului de fotoni din LED-ul la debit de transportatori de încărcare în IT). Eficiența externă este în mare măsură determinată de tehnologie și cu o creștere a nivelului său poate fi majorat semnificativ.

Principalele caracteristici ale LED-urilor sunt volt-ampere, luminozitate și spectrală. Parametrii principali ai diodelor emițătoare de lumină sunt lungimea valului, jumătatea lățimii spectrului de radiații, puterea de radiație, frecvența de funcționare și schema modelului de radiație.

LED-urile sunt utilizate pe scară largă în indicatoarele digitale, tabloul de bord al luminii, dispozitivele electronice. Este o formare fundamentală posibilă bazată pe ecranul lor de televiziune color.

Photodiode este o diodă fotosensibilă care utilizează energie ușoară pentru a crea o tensiune. Utilizate pe scară largă în sistemele de control automate de uz casnic și industrial, unde comutatorul este cantitatea de lumină primită. De exemplu, controlul gradului de descoperire a blind-urilor în sistemul casei inteligente, pe baza nivelului de iluminare

Când lumina cade pe fotodiod, energia luminii care a căzut în materialul fotosensibil determină apariția unei tensiuni care determină deplasarea electronilor prin tranziția p-n. Există două tipuri de fotodide: dirijoare fotoelectrice și foto.

Fotografie diode diode

Astfel de diode sunt utilizate pentru a controla circuitele electrice la care este furnizat potențialul din exterior, adică dintr-o sursă străină.

De exemplu, ele pot ajusta aprinderea și oprirea luminii stradale sau deschise și închideți ușile automate.

Într-un lanț tipic, în care fotodiodul este instalat, potențialul furnizat diodei are o deplasare în direcția opusă și valoarea sa este puțin mai mică decât tensiunea de perforare a diodei. Pentru un astfel de circuit, curentul nu merge. Când lumina cade pe diodă, atunci tensiunea suplimentară care începe să se deplaseze prin tranziția p-n determină o îngustare a zonei epuizate și creează capacitatea de a deplasa curentul prin diodă. Cantitatea de curentul supus este determinată de intensitatea fluxului de lumină care se încadrează pe fotodiodă.

Diode fotoelectrice

Diodele fotoelectrice sunt singura sursă de tensiune pentru lanțul în care sunt instalate.

Un exemplu al unei astfel de diode fotoelectrice poate servi ca un fotoexponometru utilizat în fotografie pentru a determina iluminarea. Când lumina intră în dioda fotosensibilă din fotoexponometrul, tensiunea rezultată rezultată în dispozitivul de măsurare. Cu cât este mai mare iluminarea, cu atât este mai mare tensiunea pe diodă.

Cea mai simplă fotodiodă Este o diodă semiconductoare obișnuită, care asigură posibilitatea expunerii la radiațiile optice pe tranziția P-N.

În stare de echilibru, când fluxul de radiații este complet absent, concentrația de purtători, distribuția potențială și diagrama zonei energetice a fotodiodului corespund integral structurii P-N obișnuite.

Când este expus la radiații în direcția perpendiculară pe planul de tranziție p-n, ca urmare a absorbției fotonilor cu energie, mai mare decât lățimea zonei interzise, \u200b\u200bperechile de gaură de electroni apar în regiunea N. Acești electroni și găuri sunt numiți fototori.

În difuzarea transportatorilor foto în adâncimea N-regiunii, principala proporție de electroni și găuri nu are timp să se recombine și se ajunge la marginea tranziției p-n. Aici, purtătorii foto sunt separați de un câmp electric al tranziției p-n și găurile merg la regiunea P, iar electronii nu pot depăși câmpul de tranziție și se acumulează la marginea tranziției p-n și a N-regiunii.

Astfel, curentul prin tranziția P-N se datorează drifierii transportatorilor non-core - găuri. Curentul de drift al transportatorilor foto este numit fotoc.

Fotometre - găuri încarcă p-regiunea pozitivă față de n-regiune și purtători foto - electroni - N-regiunea negativă față de regiunea P. Diferența potențială rezultată se numește fotode ef. Curentul generat în fotodiod este invers, este îndreptat de la catod la anod, iar valoarea sa este cea mai mare, cu atât mai multă iluminare.

Photodiodele pot funcționa într-unul din cele două moduri - fără o sursă externă de energie electrică (modul fotogene) sau cu o sursă externă de energie electrică (modul fotograf).

Fotografiile care operează în modul fotică sunt adesea folosite ca surse de alimentare care transformă energia de radiații solare în electrice. Se numesc elemente însorite Și incluse în panourile solare utilizate pe nave spațiale.

Eficiența celulelor solare din silicon este de aproximativ 20%, iar în celulele solare de film poate avea o valoare mult mai mare. Parametrii tehnici importanți ai panourilor solare sunt rapoartele puterii de ieșire la masă și zona ocupată de panoul solar. Acești parametri ajung la 200 W / kg valori și 1 kW / m2, respectiv.

Când fotodiodul funcționează în modul fotografic, sursa de alimentare E este activată în circuit în direcția de blocare (figura 1, a). Ramurile inverse ale fotografiilor de fotodiod sunt utilizate la iluminare diferită (figura 1, b).

Smochin. 1. Schema de pornire a fotodiodului în modul de conversie a fotografiilor: a - schema de incluziune, b - fotodiodă

Curentul și tensiunea de pe rezistorul de sarcină RN pot fi definite grafic prin punctele de intersecție a fotografiilor fotodiodului și liniei de încărcare corespunzătoare rezistenței rezistenței RN. În absența iluminării, fotodiodul funcționează într-un mod de diodă obișnuit. Curentul întunecat din Germania fotodide este de 10 - 30 μA, siliciu 1 - 3 μA.

Dacă în fotodidele de a utiliza o defalcare electrică reversibilă, însoțită de multiplicarea avalanșă a transportatorilor de încărcare, atât în \u200b\u200bstabilitatea semiconductorului, apoi un fotocider și, prin urmare, sensibilitatea va crește semnificativ.

Sensibilitate avalanche Photodiodes. Poate fi mai multe ordine de mărime mai mari decât cea a fotodidelor obișnuite (Germania - 200 - 300 de ori, siliciu - 104 - 106 ori).

Avalanche Photodiode sunt dispozitive fotoelectrice de mare viteză, intervalul de frecvență poate ajunge la 10 GHz. Dezavantajul fotodidelor de avalanșă este un nivel mai ridicat de zgomot comparativ cu fotodidele convenționale.

Smochin. 2. Schema fotorezistorului (a), UGO (b), energia (b) și volt-amperi (d) caracteristicile fotorezistorilor

În plus față de fotodide, sunt aplicate fotorezistorii (figura 2), fototranzistori și fotocticii în care se utilizează fotofeful intern. Dezavantajul caracteristic al acestora este inerția înaltă (frecvența de funcționare a frontierei FGR

Designul fototransistorului este similar cu tranzistorul obișnuit, care în cazul în care există o fereastră prin care baza poate fi aprinsă. Hugo Phototransistor - tranzistor cu două săgeți îndreptate spre ea.

LED-urile și fotodiodele sunt adesea folosite într-o pereche. În același timp, acestea sunt plasate într-un caz astfel încât site-ul fotosensibil al fotodiului să fie situat vizavi de platforma emitentă a LED-ului. Dispozitivele semiconductoare care utilizează perechile "LED-fotodiod" sunt numite (figura 3).

Smochin. 3. Oppon: 1 - LED, 2 - fotodiodă

Lanțurile de intrare și de ieșire din astfel de dispozitive sunt legate electric, deoarece transmisia semnalului este efectuată prin radiații optice.

Potapov L. A.

Photodiodes transformă semnalele luminoase direct în electrice folosind ordinea inversă cu procesul fizic LEDS. În P-I-N-fotodiod există un strat intern (i) semiconductor intern (i), care separă zonele de tip P și N, așa cum se arată în fig. 6.9. Offsetul invers (5-20 volți) este alimentat la diodă, ajută la menținerea mouse-urilor de încărcare din regiunea interioară.

Smochin. 6.9. P-i-n-fotodiodă

Lățimea stratului interior asigură faptul că probabilitatea de absorbție a fotonilor primite este exact stratul și nu regiunile unui tip P sau N. Stratul interior are o rezistență ridicată, deoarece nu are purtători de încărcare gratuită. Acest lucru duce la o picătură de cea mai mare parte a tensiunii pe acest strat, iar câmpul electric rezultat mărește viteza de răspuns și reduce zgomotul. Când fasciculul de lumină cu energie adecvată cade pe stratul interior, creează o pereche de gaură electronică, ridicând un electron din zona de valență în zona de conducere și lăsând gaura în locul său. Tensiunea offset determină acești purtători de încărcare (electroni în zona de conducere) pentru a trece rapid din zona de tranziție, creând un curent proporțional cu lumina care se încadrează, așa cum se arată în fig. 6.9.

6.7.2. Parametrii de funcționare

Cut-off Lungime de undă

Photonul primit trebuie să aibă suficientă energie pentru a ridica electronul prin zona interzisă și crearea unei perechi de gaură electronică. În diferite materiale semiconductoare, lățimea zonei interzise este diferită, bariera energetică în Electron-Volt (EV) poate fi asociată cu o lungime de undă (λ) folosind aceeași ecuație ca și pentru LED-uri.

Pentru un anumit tip de detector, bariera de energie W este permanentă, prin urmare formula de mai sus conferă lungimea de undă maximă, care poate fi fixată, adică lungimea de undă a tăierii.

Sensibilitate

Sensibilitate ρ are un raport curent de ieșire ( i.) detector la intrarea puterii optice ( R.).

Pentru 800 nm, sensibilitatea siliconului este de aproximativ 0,5 A / W, iar sensibilitatea la vârf Ingaas este de aproximativ 1,1 A / W timp de 1700 Nm, a scăzut la 0,77 A / W timp de 1300 nm.

Caracteristică spectrală

Caracteristica spectrală arată schimbarea sensibilității în funcție de lungimea de undă. Curbele caracteristice spectrale tipice pentru siliciul și Ingaas P-I-N-diode sunt prezentate în fig. 6.10.

Eficiența cuantică

Eficiența cuantică a emițătorului este definită ca raportul dintre numărul de electroni dedicați la numărul de fotoni incidenți. Silicon și InGaAs Eficiență cuantă de vârf de aproximativ 80%.

Smochin. 6.10. Caracteristicile spectrale ale diodelor p-i-n

Viteza de răspuns

Rata de răspuns a detectorului este limitată de timpul pasajului, care depășește timpul liber al lățimii stratului interior. Aceasta este funcția tensiunii de deplasare inversă și a lățimii fizice. Pentru p-I-N-diode rapide, acesta variază de la 1,5 la 10 ns. Capacitatea afectează, de asemenea, răspunsul dispozitivului, iar recipientul de tranziție formează un strat interior izolator între electrozi formați din regiuni P și N. În fotodide de mare viteză, timpul de răspuns poate ajunge la 10 picosecunde cu un container de mai multe picofrade cu zone de suprafață foarte mici.

Caracteristicile volt-amperi

Curbele tipice de voltamiper (I-U) pentru un afișaj de siliciu P-I-N-N-N-N-N-fotodiu, în fig. 6.11. Se poate observa că, chiar și atunci când nu există o putere optică, o mică flux de curent invers, care se numește curent întunecat (curent întunecat). Este cauzată de formarea de temperatură a transportatorilor de încărcare liberă, de obicei dublate la fiecare 10 ° C de temperatură de temperatură după 25 ° C.

Gama dinamică

Relația liniară între tensiune și puterea optică prezentată în fig. 6.11 este de obicei conservată pentru aproximativ șase duzini, oferind o gamă dinamică de aproximativ 50 dB.

Smochin. 6.11. Caracteristicile Voltample ale siliconului p-i-N-fotodiodă

6.7.3. Construcția fotodidelor p-i-N-N-

Designul fotodidelor P-I-N este similar cu cele utilizate pentru LED-uri și lasere, dar cerințele optice sunt mai puțin critice. Zona activă a detectorilor este de obicei mult mai mare decât miezul fibrei, astfel încât alinierea transversală nu creează probleme.