 |
Калькулятор. Исчерпывающая информация о фотодиодах. Принцип работы фотодиодов. Схема фотодиода. Режимы работы. Основные параметры
|
|
|
|
Калькулятор
Начало формы
Конец формы
История
Очистить историю
Исчерпывающая информация о фотодиодах
ООО «РадиоЭлемент»
14 октября 2020
Фотодиоды – полупроводниковые элементы, обладающие светочувствительностью. Их основная функция – трансформация светового потока в электросигнал. Такие полупроводники применяются в составе различных приборов, функционирование которых базируется на использовании световых потоков.
Принцип работы фотодиодов
Основа действия фотодиодных элементов – внутренний фотоэффект. Он заключается в возникновении в полупроводнике под воздействием светового потока неравновесных электронов и дырок (т. е. атомов с пространством для электронов), которые формируют фотоэлектродвижущую силу.
· При попадании света на p-n переход происходит поглощение световых квантов с образованием фотоносителей
· Фотоносители, находящиеся в области n, подходят к границе, на которой они разделяются под влиянием электрополя
· Дырки перемещаются в зону p, а электроны собираются в зоне n или около границы
· Дырки заряжают p-область положительно, а электроны – n-зону отрицательно. Образуется разность потенциалов
· Чем выше освещенность, тем больше обратный ток
Если полупроводник находится в темноте, то его свойства аналогичны обычному диоду. При прозванивании тестером в отсутствии освещения результаты будут аналогичны тестированию обычного диода. В прямом направлении будет присутствовать маленькое сопротивление, в обратном – стрелка останется на нуле.
Схема фотодиода
Режимы работы
Фотодиоды разделяют по режиму функционирования.
|
|
|
Режим фотогенератора
Осуществляется без источника электропитания. Фотогенераторы, являющиеся комплектующими солнечных батарей, иначе называют «солнечными элементами». Их функция – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Наиболее распространены фотогенераторы, созданные на базе кремния – дешевого, распространенного, хорошо изученного. Обладают невысокой стоимостью, но их КПД достигает всего 20%. Более прогрессивными являются пленочные элементы.
Режим фотопреобразования
Источник электропитания в схему подключается с обратной полярностью, фотодиод в данном случае служит датчиком освещенности.
Основные параметры
Свойства фотодиодов определяют следующие характеристики:
· Вольтамперная. Определяет изменение величины светового тока в соответствии с меняющимся напряжением при стабильных потоке света и темновом токе
· Спектральная. Характеризует влияние длины световой волны на фототок
· Постоянная времени – это период, в ходе которого ток реагирует на увеличение затемнения или освещенности на 63% от установленного значения
· Порог чувствительности – минимальный световой поток, на который реагирует диод
· Темновое сопротивление – показатель, характерный для полупроводника при отсутствии света
· Инерционность
Из чего состоит фотодиод?
Разновидности фотодиодов
P-i-n
Для этих полупроводников характерно наличие в зоне p-n перехода участка, обладающего собственной проводимостью и значительной величиной сопротивления. При попадании на этот участок светового потока появляются пары дырок и электронов. Электрополе в данной области постоянно, пространственного заряда нет. Такой вспомогательный слой расширяет диапазон рабочих частот полупроводника. По функциональному назначению p-i-n-фотодиоды разделяют на детекторные, смесительные, параметрические, ограничительные, умножительные, настроечные и другие.
|
|
|
Лавинные
Этот вид отличается высокой чувствительностью. Его функция – преобразование светового потока в электросигнал, усиленный с помощью эффекта лавинного умножения. Может применяться в условиях незначительного светового потока. В конструкции лавинных фотодиодов используются сверхрешетки, способствующие снижению помех при передаче сигналов.
С барьером Шоттки
Состоит из металла и полупроводника, вокруг границы соединения которых создается электрическое поле. Главным отличием от обычных фотодиодов p-i-n-типа является использование основных, а не дополнительных носителей зарядов.
С гетероструктурой
Образуется из двух полупроводников, имеющих разную ширину запрещенной зоны. Гетерогенным называют слой, находящийся между ними. Путем подбора таких полупроводников можно создать устройство, работающее в полном диапазоне длин волн. Его минусом является высокая сложность изготовления.
Области применения фотодиодов
· Оптоэлектронные интегральные микросхемы. Полупроводники обеспечивают оптическую связь, что гарантирует эффективную гальваноразвязку силовых и руководящих цепей при поддержании функциональной связи.
· Многоэлементные фотоприемники – сканисторы, фоточувствительные аппараты, фотодиодные матрицы. Оптоэлектрический элемент способен воспринимать не только яркостную характеристику объекта и ее изменение во времени, но и создавать полный визуальный образ.
Другие сферы использования: оптоволоконные линии, лазерные дальномеры, установки эмиссионно-позитронной томографии.
|
|
|
