Фотодиоды: принцип работы

Квантовая эффективность

Квантовая эффективность излучателя определяется как отношение числа выделенных электронов к числу падающих фотонов. У кремния и InGaAs пиковая квантовая эффективность около 80%.

Интересно почитать: фотореле в уличном освещении.

Скорость ответа

Скорость ответа детектора ограничена временем прохода, которое является временем преодоления свободными зарядами ширины внутреннего слоя. Это функция напряжения обратного смещения и физической ширины. Для быстрых p-i-n-диодов она колеблется от 1,5 до 10 нс. Емкость также влияет на ответ устройства, причем емкость перехода образует изолирующим внутренним слоем между электродами, образованными p- и n-областями. У высокоскоростных фотодиодов время ответа может достигать 10 пикосекунд при емкости в несколько пикофарад с очень маленькими площадями поверхностей.

Вольтамперная характеристика

Типичные вольтамперные (I-U) кривые для кремниевого p-i-n-фотодиода показа, на рис. 6.11. Можно видеть, что даже когда нет оптической мощности, течет небольшой обратный ток, который называется темновым током (dark current). Он вызывается температурным образованием свободных носителей зарядов, обычно удваиваясь через каждые 10°С прироста температуры после 25°С.

Динамический диапазон

Линейная зависимость между напряжением и оптической мощностью, показанная на рис. 6.11 сохраняется обычно на протяжении около шести десятков, давая динамический диапазон около 50 дБ.

Фотодиод на схеме.

Фотодиод на схеме.

5.3. Лавинный фотодиод. Конструкция, принцип действия, основные характеристики. Преимущества ЛФД

В лавинном фотодиоде достигается усиление первичного фототока за счет управляемого лавинного умножения числа носителей заряда. Этому способствует конструкция ЛФД. Лавинное умножение возникает в слое умножения (рисунок 5.7).

Лавинное умножение достигается за счет увеличения напряжения Есм до величины, близкой к пробойному. При этом на p — n переходе устанавливается очень сильное электрическое поле (Е > 10 5 В/см). Эта напряженность достигается в узкой области. Высокое быстродействие прибора будет достигнуто, если основная часть фотонов поглощается в слое, где существует сильное электрическое поле. Фотоны пролетают слой умножения и не успевают взаимодействовать с кристаллами. Носители зарядов образуются в слое поглощения и дрейфуют к соответствующим потенциалам. Двигаясь в сильном поле, носители приобретают большую кинетическую энергию и, отдавая часть ее другим носителям, освобождают новые носители (электроны и дырки).

Рисунок 5.7. Конструкция ЛФД

Рисунок 5.7. Конструкция ЛФД

Процесс увеличения числа носителей зарядов развивается лавинообразно и характеризуется коэффициентом

image2326.gif (5.8)

где D — показатель, определяемый материалом фотодиода (для Si
D = 1,5…9), Епроб – напряжение пробоя ЛФД.

Реальная величина усиления для кремниевых ЛФД — 50…100, для германиевых ЛФД — 2…15, для арсенидгалиевых – 10…35.

Величина фототока возрастает на коэффициент G.

image2327.gif (5.9)

Аналогично происходит увеличение чувствительности.

Спектральная чувствительность ЛФД сохраняет свои свойства, аналогичные p-i-n фотодиоду. Рабочей областью ЛФД на вольт-амперной характеристике будет зона, близкая к электрическому пробою.

При этом темновой ток также будет испытывать умножение. Величина темнового тока будет складываться из умножаемой и неумножаемой составляющих

image2328.gif (5.10).

Одной из характеристик ЛФД, определяющих динамический диапазон оптических сигналов, является линейность детектирования

image2329.gif (5.11)

Реальная величина динамического диапазона ЛФД может быть около 20 дБ.

Особенностью схемы включения ЛФД является регулируемый через цепь обратной связи источник напряжения смещения (рисунок 5.8).

Рисунок 5.8. Схема включения ЛФД

Рисунок 5.8. Схема включения ЛФД

Главное достоинство ЛФД заключается в высоком коэффициенте усиления и быстродействии, что позволяет использовать приборы с арсенидгалиевой основой на скоростях передачи данных до 10 Гбит/с и выше.

Недостатками ЛФД принято считать высокое напряжение смещения (до 400 В) и сложность схемы управления регулируемым источником Есм.

Температурная устойчивость

Обнаружители состоят из тонкой пленки на стеклянной подложке. Эффективная форма и рабочая площадь фотопроводящей поверхности могут значительно варьироваться в зависимости от условий эксплуатации. При этом рабочие характеристики прибора также меняются, в частности – чувствительность детектора изменяется в зависимости от рабочей температуры. Температурные характеристики запрещенных полос в соединениях PbS и PbSe отрицательны, поэтому охлаждение детектора сдвигает диапазон спектрального отклика на область более длинных волн. Для достижения наилучших результатов рекомендуется использовать фотодиоды в стабильной среде.

Характеристики фотодиодов

Если рассматривать в целом непосредственно фотодиоды, принцип действия и другие параметры этих устройств, следует отметить то, как выходная мощность соотносится с общей массой и площадью солнечной батареи. Максимальное значение этих параметров может достигать соответственно 200 ватт на 1 кг и 1 киловатт на 1 м2.

fotodiody-printsip-raboty-osnovnye-harakteristiki_9.jpg

Кроме того, значение имеет вольт-амперная характеристика, в которой выходное напряжение зависит от выходного тока. Значение спектральных характеристик показывает соотношение фототока и величины световых волн, падающих на фотодиод. Максимальное значение данного параметра находится в прямой зависимости от того, насколько возрастает коэффициент поглощения.

Фототок и освещенность определяют световую характеристику фотодиода. Обе величины имеют между собой прямую пропорциональную зависимость. Эта величина представляет временной отрезок, на протяжении которого происходят изменения после того как фотодиод освещен или затемнен. Показатель соотносится с установленным значением. Фотодиод также характеризуется в соответствии с сопротивлением при отсутствии освещения и другими параметрами, определяющими его работоспособность и область практического применения.

fotodiody-printsip-raboty-osnovnye-harakteristiki_13.gif Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная библиотека / Схемы радиоэлектронных и электротехнических устройств

Фототранзисторы. Справочные данные

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Справочные материалы

fotodiody-printsip-raboty-osnovnye-harakteristiki_14.gif Комментарии к статье

Фототранзисторы отличаются от фотодиодов дополнительным усилением фототока на эмиттерном p-n переходе. Фототранзисторы могут работать как фотодиоды (режим с плавающей базой), так и в транзисторном режиме с источником смещения в базовой цепи. Вывод эмиттера фототранзистора маркируется цветной точкой на корпусе или цветной меткой на проволочном выводе. Фототранзисторы выпускают в металлостеклянном корпусе с входным окном базы в двух конструктивных оформлениях, как с отдельным электрическим выводом базы, так и без него.

Основные параметры фототранзисторов приведены в таблице, внешний вид фототранзисторов показан на рис. 1.

Тип Площадь фото-чувстви-тельного элемента, мм2 Основные параметры при температуре 20±°С
Диапазон спектральной характеристики дельта лямбда, мкм Максимальная спектральная характеристика дельта лямбда, max, мкм Рабочее напряжение Uр, В Темновой ток Iт, мкА Интегральная токовая чувствительность S1 инт, мкА/Лк, не менее Импульсная постоянная времени tи, с, не более Масса, г не более
ФТ-1К 2,8 0.5 … 1.12 0.8 … 0.9 5 3 (0.4) 8e-5 0.9
ФТ-2К 2,8 0.5 … 1.12 0.8 … 0.9 5 3 (0.4) 8e-5 0.9
ФТ-1Г 3 0.4 … 1.8 1.5 … 1.6 1 … 5 300 0.2 2e-4 1.5
ФТ-2Г 1 0.4 … 1.8 1.5 … 1.6 12 … 24 500 2 1e-5 1.5
ФТ-3Г 3 0.4 … 1.8 1.5 … 1.6 10 … 12 1000 2 … 7 1e-4 1.5
ФТГ-3 3 0.4 … 1.8 1.5 … 1.55 5 … 10 60 1 1(2 … 10)e-5 1.8
ФТГ-4 3 0.4 … 1.8 1.5 … 1.55 5 … 10 40 3 3(2 … 10)e-5 1.8
ФТГ-5 3 0.4 … 1.8 1.5 … 1.55 5 … 10 50 1 (1 … 2)e-5 1.8

fotodiody-printsip-raboty-osnovnye-harakteristiki_15.gif

Рис. 1 Внешний вид и цоколевка

ТИП Фототок
IF,мкА
Темновой ток
IT,мкА
Время нарастания импульса
tн,нС
Обратное напряжение UОБР(UНАС) В Режим Измерения
КТФ102А 200 1.0 500 50 (0.5) Ее=60мВт/ср RНАГР=15 кОм
КТФ102А1 800 0,5
КТФ102А2
КТФ104А 150 1.0 800 0,5 Ее=7 Лк
КТФ104Б 100 5.0
КТФ104В 50

Импортные фототранзисторы

Наименование

Описание

n-p-n черный пластиковый фототранзистор

T-1 (3мм) фототранзистор с кристальной линзой

T-1 3/4 (5мм) фототранзистор с кристальной линзой

Н.В.Пароль, С.А.Кайдалов; Публикация: www.cxem.net

fotodiody-printsip-raboty-osnovnye-harakteristiki_16.gif Смотрите другие статьи раздела Справочные материалы.

fotodiody-printsip-raboty-osnovnye-harakteristiki_17.gif Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

журналы Радиоаматор (годовые архивы)

журналы Химия и жизнь (годовые архивы)

книга Дифференциальные защиты трансформаторов с реле типа ДЗТ-21 (ДЗТ-23). Голанцов Е.Б., Молчанов В.В., 1990

книга Металлоискатели для поиска кладов и реликвий. Теория и практика. Щедрин А.,1999

статья Консервирование дерева

статья Тон-регистр

справочник Сервисные меню зарубежных телевизоров. Книга №8

Заключение

Более подробно о том, что такое фотодиод, можно узнать, прочитав статью Устройство и использование фотодиодов. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.izmer-ls.ru

www.studme.org

www.in-science.ru

www.studref.com

Предыдущая

ПолупроводникиЧто такое Диод Зенера

Следующая

ПолупроводникиНесколько фактов о лазерном диоде

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом