Оптоэлектронные приборы

Это группа полупроводниковых приборов, действие которых основано на использовании явлений излучения, передачи или поглощения в видимой части спектра, инфракрасной и (или) ультрафиолетовой областях спектра. Светоизлучающие диоды (светодиоды) - это полупроводниковые диоды с одним электронно-дырочным переходом, в котором осуществляется непосредственное преобразование энергии электрического поля в оптическое излучение вследствие рекомбинации электронов и дырок. Используются светодиоды чаще всего в устройствах визуального представления информации.

Светодиоды характеризуют спектральным составом излучения, мощностью излучения и коэффициентом полезного действия. Основными характеристиками светодиодов являются яркостная или ватт-амперная характеристика, прямой ток, прямое и обратное напряжение.

Светодиоды включают по схеме, приведенной на рис.46:

Рис.46.Схема включения светодиода

Светодиоды нуждаются в источнике питания с большим внутренним сопротивлением, для чего последовательно с источником питания включают резистор. Это уменьшает наклон яркостных характеристик, а проходящий через светодиод ток меньше зависит от напряжения питания.

В

I, мА

Ф

2

> Ф

1

> Ф

0

I, мкА

U

2

U

1

U

0

=0

атт-амерные характеристики различных светодио дов представлены на рис.47.

U, В

Ф

0

=0

Ф

1

Ф

2

Ф, лм

0

0

б) световая характеристика

а) вольтамперная характеристика

Рис.47. Ватт-амперные характеристики светодиодов

Низкие напряжения и малые токи позволяют применять светодиоды в низковольтных транзисторных устройствах (индикации, фотопамяти и др.).

Инерционность светодиодов не превышает 10^-6…10^-8 с, поэтому их используют в импульсных режимах на частотах до 100 МГц.

Фотодиоды

Фотодиоды – это полупроводниковые приборы p-n-типа, принцип действия которых основан на внутреннем фотоэффекте. При освещении в p-n-переходе возникает фотоэлектрический эффект. В результате неравновесной концентрации носителей зарядов, в p- и n-областях появляются электроны и дырки. Электронно-дырочные пары движутся к p-n-переходу, где разделяются и под действием контактной разности потенциалов неосновные носители зарядов проходят через p-n-переход, образуя фототок (вентильный режим фотодиода или режим фотогенератора: рис. 48, б).

Рис. 48. Изображения фотодиода и схемы их включения

Если к n-области подсоединить плюс источника, а к p-области – минуc, то и при отсутствии освещения ЭДП через фотодиод будет проходить малый темновой ток. Обратный ток возрастает при освещении. Это так называемый фотодиодный режим, схема включения которого показана на рис. 48,в.

Фотодиоды характеризуются напряжением питания U_п (порядка 10..30 В), темновым током I_т (от 1 до 25 мкА).

При отсутствии освещенности через фотодиод протекает темновой ток I_т, а при освещении - световой ток I_c.

Фотодиоды предназначены для работы в видимой области спектра (3..7,5)10^-7 м, а также в области инфракрасных волн.

Германиевые фотодиоды широко применяют в качестве индикаторов инфракрасного излучения. Кремниевые – в качестве фотоэлементов для преобразования энергии из световой в электрическую, а селеновые – для фотоэкспонометров и светотехнических измерений, так как их спектральная характеристика близка к спектральной характеристике человеческого глаза.

Фотодиоды характеризуется:

- темновым R_т и световым R_с сопротивлениями;

- кратностью изменения сопротивления при освещении R_с/R_т;

- удельной чувствительностью K₀=I_ф/(ФU), которая характеризует фототок I_ф, проходящий через фотодиод при освещении его световым потоком Ф=1 миллилюмен при напряжении 1 В;

- спектральной чувствительностью.

Полоса пропускания быстродействующих кремниевых фотодиодов лежит в пределах 10⁸…10⁹ Гц.