- •15 Оптоэлектронные приборы
- •15.1 Классификация оптоэлектронных приборов
- •15.2 Типы излучателей оптоэлектронных приборов
- •15.3 Типы фотоприемников оптоэлектронных приборов
- •15.3.1 Фотоприемники на основе фоторезисторов
- •15.3.2 Фотоприемники на основе фотодиодов
- •15.3.3 Фотоприемники на основе фототранзисторов
- •15.3.4 Фотоприемники на основе фототиристоров
- •15.4 Конструкции оптоэлектронных приборов
- •15.5 Параметры оптоэлектронных приборов
- •15.6 Обозначение и маркировка оптоэлектронных приборов
15.3 Типы фотоприемников оптоэлектронных приборов
В качестве фотоприемников в оптронах используют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и т.п.
15.3.1 Фотоприемники на основе фоторезисторов
В качестве фоторезисторов в оптронах используют свойство фотопроводимости полупроводников, т.е. их способность изменять свое сопротивление под действием внешнего освещения. Подробно свойства фоторезисторов и их конструкция рассмотрены в разделе 1.6.
15.3.2 Фотоприемники на основе фотодиодов
Фотодиод представляет собой диод с открытым p-n переходом. Световой поток, падающий на открытый p-n-переход, приводит к появлению в одной из областей дополнительных неосновных и основных носителей зарядов, в результате чего увеличивается обратный ток. В общем случае ток фотодиода определяется формулой
,(15.3)
где Іф = SiФ — фототoк;
Si— интегральная чувствительность;
Ф — световой поток.
Вольтамперные характеристики фотодиода приведены на рис. 15.3 а, а его схематичное изображение — на рис. 15.3 б.
Без включения нагрузки фотодиод может работать в двух режимах: 1) короткого замыкания (фотодиодный режим) и 2) холостого хода (вентильный режим). В режиме короткого замыкания напряжение на диоде равно нулю, и ток в диоде равен фототоку, т. е.
. (15.4)
Таким образом, в режиме короткого замыкания соблюдается прямая пропорциональность между обратным током в диоде и световым потоком (рис.15.4). Такая пропорциональность достаточно хорошо соблюдается в пределах 6-7 порядков.
В режиме холостого хода тока в диоде нет, а напряжение холостого хода UXX, отмеченное на рис. 15.3 а, лежит на горизонтальной оси. Для определения этого напряжения можно прологарифмировать выражение (15.3), откуда находим
(15.5)
Таким образом, при I=0 р-область заряжается положительно, а п-область -отрицательно и между электродами фотодиода при освещении появляется разность потенциалов, называемая фото-эдс. Фото-эдс равна напряжению Uxx и не может превышать контактной разности потенциалов φК. Для кремниевых фотодиодов напряжения Uxx<0,7B.
Для режима холостого хода характерна логарифмическая зависимость выходного напряжения от освещенности, причем выходное напряжение не превышает некоторого определенного значения при любой освещенности (рис.15.5).
Реализовать режим короткого замыкания фотодиода можно только с помощью операционного усилителя, а практическая реализация режима холостого хода вообще затруднительна. По указанной причине чаще всего используется фотодиодный режим работы фотодиода.
Фотодиоды находят применение как приемники оптического излучения. Основными характеристиками фотодиодов являются: диапазон длин волн принимаемого излучения, интегральная чувствительность, темновой ток, и постоянная времени. Большинство фотодиодов работает в широком диапазоне длин волн как видимого, так и невидимого излучения от 0,4 до 2 мкм. Интегральная чувствительность зависит от площади р-п перехода и может изменяться в пределах от 10-3 до 1 мкА/люкс. Темновой ток обычно невелик и имеет значение от 10-2 до 1 мкА.
Фотодиоды имеют очень малую инерционность, т. к. ток в них обусловлен дрейфом неосновных носителей и не связан с диффузией носителей через переход. Постоянная времени фотодиодов лежит в пределах 10-3 до 1 мкс.