Photodiodes Princíp prevádzky Základné charakteristiky. Hlavné charakteristiky a parametre fotodiódy. Životnosť batérie

Princíp činnosti fotodiód

Semiconductor Photodiode je polovodičová dióda, ktorá závisí od osvetlenia.

Zvyčajne sa polovodičové diódy používajú ako fotódium s prechodom, ktorý je posunutý v opačnom smere externým zdrojom energie. Po absorpcii svetla kvantifikácie v R-N, prechod alebo v oblastiach susediacich s ňou je vytvorené nových nosičov nabitia. Nezore Nosiče nabíjania, ktoré vznikajú v oblastiach susediacich s prechodom na prechod na diaľku, nie premieta, ', dĺžkou difúzie, difúzne v prechode R-N a prechádzajúc * cez neho pod pôsobením elektrického poľa. To znamená, že spätný prúd sa zvyšuje pri zvýšení osvetlenia. Absorpcia kvantónu priamo v prechode vedie k podobným výsledkom. Hodnota, pre ktorú sa zvyšuje reverzný prúd, sa nazýva phopl.

Charakteristiky fotodiód

Vlastnosti fotodiódy môžu byť opísané v nasledujúcich charakteristikách:

Volt-amp charakteristika fotodiódy je závislosť svetelného prúdu pri konštantnom svetelnom prúde a tmavý prúd 1 tonu z napätia.

Svetla charakteristika fotodiódy je spôsobená závislosťou fotokrurenta od osvetlenia. S nárastom osvetlenia sa zvyšuje fotokurrentné.

Spektrálna charakteristika fotodiódy je závislosť fotokurénu z vlnovej dĺžky padajúceho svetla na fotodiódu. Stanoví sa pre veľké vlnové dĺžky vlnových dĺžok zakázanej zóny a s nízkymi vlnovými dĺžkami, väčším indikátorom absorpcie a zvýšenie účinku povrchovej rekombinácie nosičov nabíjania znížením vlnovej dĺžky svetla. To znamená, že limit citlivosti s krátkou vlnou závisí od hrúbky základne a rýchlosťou povrchovej rekombinácie. Pozícia maxima v spektrálnej charakteristike fotodiódy je vysoko závislá od stupňa rastu absorpčného koeficientu.

Časová konštanta je čas, počas ktorého sa fotodiodika zmení po osvetlení alebo po stmievaní fotodiódy v e-krát (63%) vzhľadom na stanovenú hodnotu.

Dark odolnosť - fotodiódová rezistencia v neprítomnosti osvetlenia.

Integrálna citlivosť je určená vzorcom:

kde 1 F - Fototok, F - Osvetlenie.

Zotrvačnosť

Existujú tri fyzické faktory ovplyvňujúce zotrvačnosť:

1. Difúzny čas alebo nerovnovážne nosiče cez bázu t;

2. Čas letu cez prechod T ,;

3. dobíjať čas bariérovej kapacity prechodu R-N, vyznačujúci sa časovým konštantom RC 6 AP.

Hrúbka prechodu, v závislosti od inverzného napätia a koncentrácie nečistôt v databáze, je zvyčajne menšia ako 5 mikrometrov, a preto t, - 0,1 nie. RC 6 AP je určený bariérou snímačou prechodu R-N v závislosti od napätia a odolnosti photodiódovej základne pri nízkom odolnosti zaťaženia vo vonkajšom reťazci. Hodnota RC 6 AP je zvyčajne niekoľko nanoseconds.

Výpočet efektívnosti fotodiódy a výkonu

Účinnosť sa vypočíta podľa vzorca:

kde riadok je osvetlenie; I - Sila prúdu;

U je napätie na fotodióde.

Výpočet výkonu fotodiódovej zobrazení obr. 2.12 a tabuľka 2.1.

Obr. 2.12. Závislosť sily fotodiódy z napätia a prúdu

Maximálny výkon fotodika zodpovedá maximálnej ploche tohto obdĺžnika.

Tabuľka 2.1. Elektrická závislosť na efektívnosti

Svetelný výkon, MW	Prúdová sila	Napätie, B.	Účinnosť,%

Aplikácia fotodiódy v olelektronike

Fotodióda je integrálnym prvkom v mnohých komplexných optoelektronických zariadeniach:

Optoelektronické integrálne čipy.

Fotodióda môže mať väčšiu rýchlosť, ale jeho zisk fotokurénu nepresahuje jednotku. Vďaka dostupnosti optickej komunikácie majú optoelektronické integrálne čipy niekoľko významných výhod, a to: takmer dokonalé elektrolytické opomenutie riadiacich obvodov z výkonu pri zachovaní silného funkčného spojenia medzi nimi.

Multi-prvok fotodetektory.

Tieto zariadenia (skener, fotodiódová matrica s kontrolou na tranzistoroch MOS, fotosenzitívnych nástrojov s nabíjaním a inými) patria medzi najrýchlejšie rastúce a progresívne produkty elektronickej technológie. Optoelektrické "oko" na základe fotodiódy je schopné reagovať nielen na svetlý čas, ale aj na priestorových charakteristík objektu, to znamená, že vnímať jeho plný vizuálny obraz.

Počet fotosenzitívnych buniek v zariadení je pomerne veľký, takže okrem všetkých problémov diskrétneho fotodetetoru (citlivosť, rýchlosť, spektrálna plocha) je potrebné vyriešiť problém informácií o čítaní. Všetky fotodetektory s viacerými prvkami sú skenovacie systémy, to znamená, že zariadenia, ktoré umožňujú analýzu študovaného priestoru konzistentne prezeraním (rozklad prvku).

Ako je vnímanie obrázkov?

Distribúcia jasu pozorovacieho objektu sa zmení na optický obraz a zaostruje sa na fotosenzitívny povrch. Zvláštna energia tu ide do elektrickej, s odozvou každého prvku (prúd, náboj, napätie) úmerné jeho osvetleniu. Vzor jasu sa prevedie na elektrický reliéf. Skenovacia schéma vytvára periodický postupný prieskum každého prvku a číta informácie obsiahnuté v ňom. Potom na výstup zariadenia získame sekvenciu video pulzov, v ktorých je vnímaný obraz kódovaný.

Pri vytváraní viacerých prvkov fotodetektorov sa snažia zabezpečiť čo najlepšie vykonávanie funkcií konverzie a skenovania. OPRO.

Opto sa nazýva takéto optoelektronické zariadenie, v ktorom je zdroj a žiarenie prijímač s jedným alebo iným druhom optickej komunikácie medzi nimi, konštruktívne kombinovaný a umiestnený v jednom prípade. Medzi kontrolným reťazcom (prúd, v ktorom je malý, asi niekoľko MA), kde je zapnutý Emitor, a výkonný riaditeľ, v ktorom fotodetiacek pracuje, neexistuje elektrické (galvanické) pripojenie a riadiace informácie sa prenášajú prostriedkov na ľahké žiarenie.

Táto vlastnosť optoelektronického páru (a v niektorých typoch optocoules, dokonca optické optopar je prítomné v niektorých iných jednotkách) sa ukázalo byť nevyhnutné v tých elektronických uzloch, kde je potrebné stanoviť účinok výstupných elektrických obvodov na vstup . Všetky diskrétne prvky (tranzistory, tyristory, mikroobvody, ktoré sú spínacie zostavy, alebo čip s výťažkom, ktoré umožňujú spínanie zaťaženia vysokého výkonu) riadenia a výkonných reťazcov sú elektricky spojené. Často je neprijateľné, ak je zapnuté zaťaženie vysokého napätia. Okrem toho vznikajúca spätná väzba nevyhnutne vedie k vzniku dodatočného rušenia.

Konštruktívny fotodetec je zvyčajne pripojený k spodnej časti puzdra a vysielač je na vrchole. Rozdiel medzi emitorom a fotodetatorom je naplnený ponorným materiálom - táto úloha je najčastejšie vykonávajú optické lepidlo polyméru. Tento materiál vykonáva úlohu objektívu zaostrenia žiarenia na citlivú vrstvu fotodetetora. Ponorný materiál je pokrytý špeciálnym filmom, ktorý odráža ľahké lúče vo vnútri, aby sa zabránilo rozptylu žiarenia za pracovnou plochou fotodetetora.

Úloha žiaričov v Optocoules spravidla vykonáva LED diódy Arsenid-Gally. PhotoStenzívne prvky v optočlelách môžu byť fotodiodes (optočleny pridanej série ...), fototranistory, fototrimistory (séria OPCOPROWETREHOP.) A.) A vysoko infikované programy fotobanky. V dióde optopar, napríklad fotodióda založená na kremíku sa používa ako fotodeteidový prvok a infračervená emitujúca dióda sa podáva vysielačom. Maximálna spektrálna charakteristika diódového žiarenia sa vyskytuje na vlnovej dĺžke približne 1 um. Diodé optočníky sa používajú v režimoch fotodiódovej a fotogenerácie.

Transistorová optika (AOT Séria ...) majú niektoré výhody v porovnaní s diódou. Zberateľský prúd bipolárneho tranzistora sa kontroluje opticky (pôsobiace na LED LED) a elektricky podľa základného reťazca (v tomto prípade, práca fototranistória v neprítomnosti žiarenia optickej kontrolovej LED je prakticky nelíši sa od Prevádzka bežného kremíka tranzistora). V poli tranzistora sa kontrola vykonáva cez uzávierkový reťazec.

Okrem toho môže fototransistor pracovať v režimoch kľúčov a amplifikácie a fotodióda je len kľúč. Oproes s kompozitnými tranzistormi (napríklad AOT1YUB), majú najväčší zisk (ako aj obvyklé montáž na kompozitnom tranzistore), môžu prepínať napätie a prúdu dostatočne veľkých hodnôt a podľa týchto parametrov len tyristor optooules a Optoelektronický typ typu KR293KP2 - KR293KP4, ktorý upravený na spínanie s vysokým napätím a vysokým prietokom. Dnes sa na maloobchodnom trhu objavili nové optoelektronické relé série K449 a K294. Séria K449 vám umožňuje prepínať napätie až do 400 V na prúd na 150 mA. Takéto čipy v štrkovej kompaktnom puzdre DIP-4 prichádzajú nahradiť nízkoenergetické elektromagnetické relé a majú veľa výhod v porovnaní so relé (tichú prevádzku, spoľahlivosť, trvanlivosť, nedostatok mechanických kontaktov, široký rozsah napätia odozvy) . Okrem toho ich cenovo dostupná cena je vysvetlená tým, že nie je potrebné používať drahé kovy (kontakty swingu sú pokryté relé).

V rezistore optočlety (napríklad OEP-1) a energie sú elektrické nerovnomerné minibum, umiestnené v jednom prípade.

Grafický zápis optočlerov podľa GOST je priradený podmienečným kódom - Latinským písmenom U, po ktorom v schéme nasleduje poradové číslo zariadenia.

Kapitola 3 knihy popisuje zariadenia a zariadenia znázorňujúce používanie optocals.

Aplikácia fotodetektorov

Akékoľvek optoelektronické zariadenie obsahuje foto resekčnú jednotku. A vo väčšine moderných optoelektronických zariadení je fotodióda základom fotodetetora.

V porovnaní s inými, zložitejšími fotožetormi majú najväčšiu stabilitu teplôt a najlepších prevádzkových vlastností.

Hlavnou nevýhodou, ktorá je zvyčajne uvedená, je nedostatok posilnenia. Ale je dostatočne podmienený. V takmer každom optromickom zariadení pracuje fotodetiacek na tomto alebo že zodpovedajúci elektronický obvod. A zavedenie amplifikácie kaskády do nej je oveľa jednoduchšie a expedickejšie ako dávať fotodegradu nezvyčajným zisk funkciami.

Vysoká informačná nádoba optického kanála vďaka skutočnosti, že frekvencia svetelných oscilácie (približne 10 15 Hz) je 10 3 ... 10 4-krát vyššia ako vo vyvinuté Radio Engineering Ranges. Malá hodnota vlnovej dĺžky svetelných oscilácie poskytuje vysokú hustotu nahrávania informácií v optických pamäťových zariadeniach (až 10 8 bitov / cm2).

Akútny smer (presnosť) ľahkého žiarenia, vzhľadom na skutočnosť, že uhlová divergencia lúča je úmerná vlnovej dĺžke a môže byť menej ako jednu minútu. To umožňuje koncentrované a malé straty prenášať elektrickú energiu do akejkoľvek oblasti priestoru.

Možnosť dvojitého časového a priestorového - modulácie svetelného lúča. Keďže zdroj a prijímač v OP-ELECTRONIKE nie sú elektricky spojené s ostatnými a spojenie medzi nimi sa vykonáva len pomocou svetelného lúča (elektricky neutrálne fotóny), neovplyvňujú navzájom. A preto v optoelektronickom zariadení sa tok informácií prenáša len v jednom smere - zo zdroja k prijímaču. Kanály, pre ktoré sa aplikujú optické žiarenie, neovplyvňujú navzájom a prakticky nie sú citlivé na elektromagnetické rušenie, čo určuje ich vysokú šumovú imunitu.

Dôležitou črtou fotodiód je vysoká rýchlosť. Môžu pracovať pri frekvenciách niekoľkých MHz. Zvyčajne vyrobené z Nemecka alebo kremíka.

Fotodióda je potenciálne širokopásmový prijímač. To spôsobuje jeho rozšírené použitie a popularitu.

IR Spectrum

Infračervená dióda (IR dióda) je polovodičová dióda, ktorá pri prúdení cez neho vydáva priamy prúd elektromagnetickú energiu v infračervenej oblasti spektra.

Na rozdiel od radiačného spektra viditeľného ľudského oka (napríklad produkuje konvenčnú svetelnú diódu na báze galiam fosfidu) IR žiarenia nemožno vnímať ľudským okom, ale zaznamenáva sa pomocou špeciálnych zariadení citlivých na toto emisné spektrum. Medzi obľúbené fotografické diódy, IR spektrum možno poznamenať fotosenzitívne zariadenia MDK-1, FD263-01 a podobné.

Spektrálne charakteristiky IR vyžarujúce diódy majú výrazné maximum v rozsahu vlny 0,87 ... 0,96 um. Účinnosť žiarenia a účinnosti týchto nástrojov je vyššia ako dávka svetelných diód.

Na základe IR diód (ktoré v elektronických štruktúrach zaberajú dôležité miesto vysielača IR spektrum impulzov), optické linky sú navrhnuté (vyznačujú sa ich rýchlosťou a hluk imunity), mnohostrannými elektronickými uzlami pre domácnosť a, samozrejme, elektronické ochranné uzly. To je jeho výhoda, pretože IK vpravo neviditeľné s ľudským okom av niektorých prípadoch (s výhradou použitia niekoľkých multidrizťahových irových nosníkov) nie je možné určiť vizuálnu prítomnosť samotného bezpečnostného zariadenia, kým nebude prechod na režim "ALARM"). Experimenty vo výrobe a údržbe ochranných systémov založených na IR emistách vám umožňujú, aby ste určili určité odporúčanie na určenie pracovného stavu IR žiaričov.

Ak sa pozriete v blízkosti emisitného povrchu IR diódy (napríklad AL147A, AL156A), keď sa na ňom podáva riadiaci signál, potom si môžete všimnúť slabú červenú žiaru. Svetelné spektrum tohto žiara je blízko farby očí zvierat albín (potkany, škrečky atď.). V tmavom IR žiara je ešte výraznejšia. Treba poznamenať, že dlhý čas na peer do priamej IR svetelnej energie je nežiaduce z lekárskeho hľadiska.

Okrem systémov ochrany sa IR vyžarujúce diódy v súčasnosti používajú v alarmových kľúčoch pre automobily, rôzne druhy bezdrôtových signálov pre diaľku. Napríklad pripojením modulovaného LC signálu zo zosilňovača k vysielači, pomocou IR prijímača v určitej vzdialenosti (závisí od sily žiarenia a terénu), môžete počúvať zvukové informácie, telefonické hovory môžu byť tiež preložené na diaľku . Táto metóda je dnes menej efektívna, ale stále je alternatívna možnosť pre domáce rádio telefónu. Najobľúbenejšie (v každodennom živote) Použitie IR vyžarujúcich diód je diaľkové ovládače rôznych domácich spotrebičov.

Akýkoľvek amatérsky môže byť ľahko presvedčený, odstraňovač diaľkového ovládača, elektronický obvod tohto zariadenia nie je ťažké a môže sa opakovať bez problémov. V amatérskych konštrukciách sú niektoré z nich opísané v tretej kapitole tejto knihy, elektronické zariadenia s IR vyžarujúce a prijímajúce zariadenia sú oveľa jednoduchšie ako priemyselné zariadenia.

Parametre, ktoré určujú statické spôsoby prevádzky IR diód (priame a reverzné maximálne prípustné napätie, priame prúd atď.) Sú podobné parametrom fotodiód. Hlavné špecifické parametre, pre ktoré sú identifikované, pre IR diódy sú:

Sila žiarenia je p z radiačného toku určitej spektrálnej kompozície emitovanej diódou. Charakteristika diódy, ako zdroj IR žiarenia, je watt-ampérická charakteristika - závislosť s radiačným výkonom vo W (Millivatts) z priameho prúdu prúdiacej cez diódu. Schéma žiarenia vzorov diódy ukazuje zníženie žiarenia v závislosti od uhla medzi smeru žiarenia a optickou osou prístroja. Moderné IR diódy sa líšia medzi striedavým žiarením a rozptýleným.

Pri navrhovaní elektronických uzlov treba mať na pamäti, že prenosový rozsah IR signálu priamo závisí od uhla sklonu (zarovnanie vysielacích a prijímacích častí zariadenia) a silu IR diódy. S výmenami IR diód je potrebné vziať do úvahy tento parameter radiačného výkonu. Niektoré referenčné údaje pre domáce IR diódy sú uvedené v tabuľke. 2.2.

Údaje o výmere cudzích a domácich zariadení sú uvedené v aplikácii. Dnes sú najobľúbenejšie typy IR diód medzi rádiovými amatérmi zariadeniami modelovej série Al 156 a AL147. Sú optimálne na všestrannosti aplikácie a hodnoty.

Pulzný radiačný výkon - p amplitúdy žiarenia prúdom, merané pri danej priamom prúde pulzu cez diódu.

Šírka radiačného spektra je interval vlnovej dĺžky, v ktorom je spektrálna hustota radiačného výkonu polovica maximum.

Maximálny prípustný priamy impulzný prúd 1 PRI (IR diódy sa používajú hlavne v režime impulzov).

Tabuľka 2.2. Emitujúca infračervené spektrum diód

Ir dióda	Radiačný výkon, MW	Vlnová dĺžka, μm	Šírka spektra, μm	Napätie na zariadení	Uhol žiarenia, krupobitie






			neexistujú žiadne údaje		neexistujú žiadne údaje

Používa sa zvyšujúci čas žiarenia pulzu TAP - časový interval, počas ktorého sa zvyšuje radiačný výkon diódy z 10 až 100% maximálnej hodnoty.

Časový parameter recesie impulzov T CNM 3 J 1 je podobný predchádzajúcemu.

Rovnosť - Q - Pomer obdobia pulzného oscilácie do trvania impulzu.

Základom elektronických uzlov ponúkaných na opakovanie (kapitola 3 tejto knihy) je princíp prenosu a prijímania modulovaného IR signálu. Ale nielen v tomto formulári môžete použiť princíp fungovania IRIODE. Takýto Optiontel môže tiež pracovať v režime reflexie lúčov (fotodetec je umiestnený vedľa Emitter). Tento princíp je vytvorený v elektronických komponentoch, ktoré reagujú na aproximáciu kombinovanej prijímacej jednotky subjektu alebo osoby, ktorá môže tiež slúžiť ako senzor v ochranných systémoch.

Možnosti používania IR diód a zariadení na základe nich sú nekonečne veľa a sú obmedzené len na efektívnosť kreatívneho prístupu rádia amatérskeho.

Účel: fotodióda - Receiver optického žiarenia, ktorý prevádza svetlo na jeho fotosenzitívnu oblasť do elektrického náboja.

Princíp činnosti: Najjednoduchšia fotodióda Je to bežná polovodičová dióda, ktorá zaisťuje možnosť vystavenia optickému žiareniu na prechode P-N. Keď sú vystavené žiareniu v smere kolmé na prechodovú rovinu P-N, v dôsledku absorpcie fotónov s energiou, väčšou ako šírkou zakázanej zóny, vyskytujú sa v N-oblasti. Tieto elektróny a otvory foto nosiče. V difúzii fotografických nosičov v hĺbke N-oblasti, hlavný podiel elektrónov a otvorov nemá čas na rekombín a prichádza na hranicu prechodu P-N. Tu sú foto nosiče oddelené elektrickým poľom prechodu P-N a otvory idú do p-oblasti a elektróny nemôžu prekonať prechodné pole a hromadiť na hranici prechodu P-N a N-oblasť. Preto je prúd cez P-N-prechodu spôsobený driftom non-jadrových nosičov - otvorov. Driftové aktuálne foto nosiče fototok.

Fotodódy môžu fungovať v jednom z dvoch režimov - bez externého zdroja elektrickej energie (fotogogogene režim) alebo s externým zdrojom elektrickej energie (režim fotografického fotografa).

Zariadenie: Štrukturálna schéma Fotodiode. 1 - polovodičový kryštál; 2 - Kontakty; 3 - Závery; F - tok elektromagnetického žiarenia; E - DC Zdroj; RN - zaťaženie.

Parametre: citlivosť (odráža zmenu v elektrickom stave na výstupe fotodiódy, keď je dodaný optický signál jednotky.); Šum (okrem užitočného signálu na produkte fotodika, sa objaví chaotický signál s náhodnou amplitúdou a spektrum - Hluk fotodixu)

Charakteristiky: a) vlastnosti volt-ampér Fotodióda je závislosť výstupného napätia zo vstupného prúdu. b) svetelná charakteristika Závislosť fotokrurenta od osvetlenia zodpovedá priamemu proporcionalitu fotokurénu od osvetlenia. c) spektrálne charakteristiky fotodiodi - Toto je závislosť fotokurénu z vlnovej dĺžky padajúceho svetla na fotodiódu.

Aplikácia: a) optoelektronické integrálne čipy.

b) Fotodetektory s viacerými prvkami.c) optocoules.

9. LED diódy. Účel, zariadenie, princíp prevádzky, základné parametre a charakteristiky.

Účel: LED - Toto je polovodičové zariadenie, ktoré vyžaruje svetlo, keď sa prúd prechádza cez smer dopredu.

Princíp prevádzky: Práca je založená na fyzickom fenoméne výskytu ľahkého žiarenia počas priechodu elektrického prúdu cez P-N-prechod. Farba luminiscencie (vlnová dĺžka maxima s radiačným spektrom) je určená typom polovodičových materiálov, ktoré tvoria transformáciu P-N.

LED dióda je polovodičové vyžarujúce zariadenie s jedným alebo viacerými prechodmi N-P, ktorý prevádza elektrickú energiu do energie nekoherentného ľahkého žiarenia. Žiarenie vzniká v dôsledku rekombinácie injikovaných médií v jednej z oblastí susediacich s prechodom N-P. Rekombinácia sa vyskytuje pri pohybe médií z horných úrovní na nižšie.

Charakteristiky a parametre: Hlavný parameter LED je vnútorná kvantová účinnosť (pomer počtu fotónov k množstvu nosiča vstrekovaného do základne) a vonkajšej účinnosti (pomer toku fotónov z LED do prietoku v nej nákladov). Externá účinnosť je do značnej miery určená technológiou a s nárastom jeho úrovne sa môže výrazne zvýšiť.

Hlavnými charakteristikami LED diódy sú volt-ampér, jas a spektrálne. Hlavnými parametrami svetelných diód sú dĺžka vlny, polovičná šírka radiačného spektra, radiačného výkonu, prevádzkovej frekvencie a diagrečného vzorového diagramu.

LED diódy sú široko používané v digitálnych indikátoroch, svetelnej tabuľke, elektronických zariadeniach. Je to zásadne možné vytvoriť na základe ich farebnej televíznej obrazovky.

Fotodióda je fotosenzitívna dióda, ktorá využíva svetelnú energiu na vytvorenie napätia. Široko používané v systémoch domácností a priemyselných automatických riadiacich systémov, kde spínač je množstvo prichádzajúceho svetla. Napríklad kontrolujte určitý stupeň objavovania žalúzií v systéme inteligentného domova založený na úrovni osvetlenia

Keď svetlo padá na fotodiódu, energia svetla, ktorá spadla do fotosenzitívneho materiálu, spôsobuje vzhľad napätia, ktorý spôsobuje, že elektróny sa pohybuje cez prechod P-N. Existujú dva typy fotodiód: fotoelektrické a fotografické vodiče.

Fotografie diódy

Takéto diódy sa používajú na kontrolu elektrických obvodov, ku ktorým je potenciál dodávaný zvonku, to znamená od cudzieho zdroja.

Môžu napríklad nastaviť zapnuté a vypnuté osvetlenie ulice alebo otvoriť a zatvoriť automatické dvere.

V typickom reťazci, v ktorom je nainštalovaná fotodióda, potenciál dodávaný do diódy má posunutie v opačnom smere a jeho hodnota je o niečo nižšia ako dierovacie napätie diódy. Pre takýto okruh, prúd nejde. Keď svetlo padá na diódu, potom ďalšie napätie, ktoré sa začína pohybovať cez prechod P-N, spôsobuje zúženie vyčerpanej oblasti a vytvára schopnosť pohybovať prúdom cez diódu. Množstvo podstupujúceho prúdu je určené intenzitou svetelného toku, ktorý patrí na fotodiódu.

Fotoelektrické diódy

Fotoelektrické diódy sú jediným zdrojom napätia pre reťazec, v ktorom sú nainštalované.

Jedným príkladom takejto fotoelektrickej diódy môže slúžiť ako fotoexponomeometer používaný na fotografii, aby sa určilo osvetlenie. Keď svetlo vstúpi do fotosenzitívnej diódy v fotoexponememere, výsledné napätie, čo vedie k meraciemu zariadeniu. Čím vyššie je osvetlenie, tým väčšie sa napätie vyskytuje na dióde.

Najjednoduchšia fotodióda Je to bežná polovodičová dióda, ktorá zaisťuje možnosť vystavenia optickému žiareniu na prechode P-N.

V rovnovážnom stave, keď je radiačný prúd úplne chýba, koncentrácia nosičov, potenciálna distribúcia a schéma energetickej zóny fotodiódy úplne zodpovedajú obvyklej P-N-štruktúre.

Keď sú vystavené žiareniu v smere kolmé na prechodovú rovinu P-N, v dôsledku absorpcie fotónov s energiou, väčšou ako šírkou zakázanej zóny, vyskytujú sa v N-oblasti. Tieto elektróny a otvory sa nazývajú fotografii.

V difúzii fotografických nosičov v hĺbke N-oblasti, hlavný podiel elektrónov a otvorov nemá čas na rekombín a prichádza na hranicu prechodu P-N. Tu sú foto nosiče oddelené elektrickým poľom prechodu P-N a otvory idú do p-oblasti a elektróny nemôžu prekonať prechodné pole a hromadiť na hranici prechodu P-N a N-oblasť.

Preto je prúd cez P-N-prechodu spôsobený driftom non-jadrových nosičov - otvorov. Drift prúd fotografií sa nazýva phopl.

Photomasters - otvory nabite P-oblasť pozitívne v porovnaní s N-oblasťou a foto nosičom - elektróny - N-oblasť negatívne relatívne k p-oblasti. Výsledný potenciálny rozdiel sa nazýva fotodey EF. Generovaný prúd v fotodióde je opačný, je zameraný na katódu do anódy a jeho hodnota je väčšia, tým viac osvetlenia.

Fotodódy pôsobiace v režime PhotICHerator sa často používajú ako zdroje energie, ktoré prevádzajú solárnu žiarenie energiu na elektrické. Sú nazývaní slnečné prvky A zahrnuté do solárnych panelov používaných na kozmickej lodi.

Účinnosť silikónových solárnych článkov je asi 20% a vo filmových solárnych článkoch môže mať oveľa väčšiu hodnotu. Dôležité technické parametre solárnych panelov sú pomery ich výstupného výkonu na hmotnosť a oblasť obsadenú solárnym panelom. Tieto parametre dosiahnu 200 W / kg hodnôt a 1 kW / m2.

Keď fotodióda pracuje v fotografickom režime, zdroj napájania E je aktivovaný v okruhu v smere blokovania (obr. 1, A). Inverzné vetvy fotografií fotodiódy sa používajú pri rôznych osvetlení (obr. 1, b).

Obr. 1. Schéma na zapnutie fotódy v režime konverzie fotografií: A - Inclusion Scheme, B - Photodiode

Súčasný a napätie na nosnom rezistore RN môže byť definovaný graficky bodmi priesečníka fotografií fotodiódy a nosného vedenia zodpovedajúceho odolnosti rezistora RN. V neprítomnosti osvetlenia funguje fotodióda v bežnom diódovom režime. Tmavý prúd v Nemecku Photodiodes je 10 - 30 μA, silikón 1 - 3 μA.

Ak sa v fotódy používajú reverzibilné elektrické členenie, sprevádzané lavínovým množením nosičov nabitia, a to ako v stabilizácii polovodičov, potom fotokider, a teda citlivosť sa výrazne zvýši.

Citlivosť avalanche Photodiodes Môže to byť niekoľko rádovo väčších ako je obyčajné fotodódy (Nemecko - 200 - 300 krát, silikón - 104 - 106 krát).

Avalanche Photodiodes sú vysokorýchlostné fotoelektrické zariadenia, ich frekvenčný rozsah môže dosiahnuť 10 GHz. Nevýhodou lavínových fotodiód je vyššia hladina hluku v porovnaní s konvenčnými fotodódami.

Obr. 2. Schéma fotoreresistory (A), UGO (B), Energetiky (b) a Volt-Ampér (D) Charakteristiky fotoreresistory

Okrem fotodiód sa aplikujú fotorezistory (obr. 2), fototransistory a photctors, v ktorých sa používa interný fotoeff. Charakteristická nevýhoda z nich je vysoká zotrvačnosť (hraničná prevádzková frekvencia FGR

Dizajn fototransistory je podobný obvyklého tranzistora, ktorý v prípade, že je možné svietiť bázu. Hugo Photootransistor - tranzistor s dvoma šípmi smerujúcimi k nemu.

LED diódy a fotodiodes sa často používajú v páre. Súčasne sú umiestnené v jednom prípade takým spôsobom, že fotosenzitívne miesto fotodika sa nachádza oproti emitujúcej platforme LED. Semiconductor zariadenia, ktoré používajú páry "LED - Photodiode" (obr. 3).

Obr. 3. OPPN: 1 - LED, 2 - fotodióda

Vstupné a výstupné reťazce v takýchto zariadeniach sú elektricky nesúvisiace, pretože prenos signálu sa uskutočňuje optickým žiarením.

Potapov L. A.

Fotodódy Premeniť svetelné signály priamo do elektrickej energie pomocou spätného poradia s fyzickým procesom LED. V p-i-n-fotodióde sa nachádza široká vnútorná (I-) polovodičová vrstva, oddeľuje zóny P- a N-typu, ako je znázornené na obr. 6.9. Rezací posun (5-20 voltov) je privádzaný na diódu, pomáha držať nábojové musery z vnútornej oblasti.

Obr. 6.9. P-i-n-fotodióda

Šírka vnútornej vrstvy zaisťuje, že pravdepodobnosť absorpcie prichádzajúcich fotónov je presne vrstva, a nie regióny P-alebo N-typu. Vnútorná vrstva má vysokú odolnosť, pretože nemá voľné nosiče. To vedie k poklesu väčšiny napätia na tejto vrstve, a výsledné elektrické pole zvyšuje rýchlosť odozvy a znižuje hluk. Keď lúč svetla s vhodnou energiou spadne na vnútornú vrstvu, vytvára pár elektrónového otvoru, zdvíha elektrón z zóny valencie do zóny vedenia a opúšťa dieru na jeho mieste. Offsetové napätie spôsobí, že tieto nosiče nabitia (elektróny v zóne vedenia) rýchlo posuňte z prechodovej zóny, čím sa vytvorí prúd úmerný padajúcemu svetlu, ako je znázornené na obr. 6.9.

6.7.2. Prevádzkové parametre

Odrezaná vlnová dĺžka

Prichádzajúci fotón musí mať dostatok energie na zdvihnutie elektrónu cez zakázanú zónu a vytvorenie dvojice elektrónového otvoru. V rôznych polovodičových materiáloch je šírka zakázanej zóny odlišná, energetická bariéra v elektrón-volte (EV) môže byť spojená s vlnovou dĺžkou (λ) s použitím rovnakej rovnice ako pre LED diódy.

Pre špecifický typ detektora je energetická bariéra W trvalá, preto vyššie uvedený vzor poskytuje maximálnu vlnovú dĺžku, ktorá môže byť upevnená, to znamená vlnovú dĺžku cut-off.

Citlivosť

Citlivosť ρ má výstupný prúdový prúd ( i.) Detektor na vstup optického výkonu ( Ročník).

Pre 800 nm je citlivosť kremíka približne 0,5 A / W a Citlivosť špičky Ingaas je približne 1,1 A / W pre 1700 nM, znížil sa na 0,77 A / W pre 1300 nm.

Spektrálna charakteristika

Spektrálna charakteristika ukazuje zmenu citlivosti v závislosti od vlnovej dĺžky. Typické spektrálne charakteristické krivky na silikón a INGAAAS P-I-N-diódy sú znázornené na obr. 6.10.

Kvantová účinnosť

Kvantová účinnosť vysielača je definovaná ako pomer počtu vyhradených elektrónov na počtu incidentov fotónov. Silikónová a IngAas špičková kvantitačná účinnosť približne 80%.

Obr. 6.10. Spektrálne charakteristiky P-I-N-diódy

Rýchlosť odozvy

Rýchlosť odozvy detektora je obmedzená časom priechodu, ktorým je čas prekonaním voľných obvinení zo šírky vnútornej vrstvy. Toto je funkcia napätia spätného posunu a fyzickej šírky. Pre rýchle p-i-n-diódy sa pohybuje od 1,5 do 10 ns. Kapacitancia tiež ovplyvňuje odozvu zariadenia a prechodový kontajner tvorí izolačnú vnútornú vrstvu medzi elektródami vytvorenými P- a N-oblasťami. V vysokorýchlostných fotodiodes môže čas odozvy dosiahnuť 10 pikosekúnd s nádobou niekoľkých picofrades s veľmi malými plochami.

Volt-Ampere Charakteristiky

Typické krivky voltamper (I-U) pre silikónový p-I-N-N-N-N-N-N-fotodium displej, na obr. 6.11. Je možné vidieť, že aj keď nie je optický výkon, malé reverzné prúdy, ktoré sa nazýva tmavý prúd (tmavý prúd). Je spôsobená tvorbou teploty voľných nosičov nabíjania, zvyčajne zdvojnásobil každé 10 ° C teploty po 25 ° C.

Dynamický rozsah

Lineárny vzťah medzi napätím a optickým výkonom znázornený na obr. 6.11 sa zvyčajne konzervuje asi šesť desiatok, čím sa dáva dynamický rozsah asi 50 dB.

Obr. 6.11. Voltample Charakteristiky Silicon P-I-N-Photodiode

6.7.3. Výstavba P-I-N-Photodiodes

Návrh P-I-N-Photodiodes je podobný tým, ktoré sa používajú pre LED diódy a lasery, ale optické požiadavky sú menej kritické. Aktívna oblasť detektorov je zvyčajne oveľa väčšia ako jadro vlákien, takže priečne zarovnanie nevytvára problémy.