Фотодиодното устройство, характеристиките и принципите на работа

Обикновена фотодиод е конвенционален полупроводников диод, в който е осигурена възможността за ефекта на оптичното излъчване върху връзката pn.

В балансирано състояние, когато радиационният поток напълно липсва, концентрацията на носителя, разпределението на потенциала и диаграмата на енергийния диапазон на фотодиода напълно съответстват на обикновената р-н структура.

Когато са изложени на радиация в посока, перпендикулярна на равнината на р-п-преход, в абсорбция на фотони с енергия в крайна сметка по-голяма от ширината на неправилни зони, в п-регион появяват електрон-дупка двойки. Тези електрони и дупки се наричат photocarriers.

В дифузия във вътрешността на photocarriers п-регион на главната фракция на електроните и дупките рекомбинират и не време достига границата на р-п-възел. Тук photocarriers електронно поле разделен р-п-преход, където отворите минават през р-регион и електроните не могат да преодолеят областта на прехода и се натрупват на границата на п-р-п-възел и областта.

По този начин токът през р-n-възел е оправдан от отклонението на малките превозвачи-дупки. Извежда се плаващ ток на фотокарари.

Photo-carriers-holes зареждат р-региона положително по отношение на n-областта, а фотокаррите-електрони - n-регионът е отрицателен по отношение на р-областта. Получената разлика в потенциала се нарича фото-електромоторна сила Ef. Генерираният ток във фотодиода е обратим, той е ориентиран от катода към анода и неговата стойност е по-голяма, толкова по-голяма е осветеността.

Ефективността на силициевите слънчеви клетки е около 20%, а за филмовите слънчеви части може да има значително по-голяма стойност. Необходимите технически параметри на слънчевите батерии са въпрос на тяхната изходна мощност спрямо масата и площта, заемана от слънчевата батерия. Тези характеристики постигат съответно стойности от 200 W / kg и 1 kW / m2.

Когато фотодиодът работи в режим на фототрансформация, захранването Е се нарязва на веригата в посока на заключване (фиг.1, а). Обратните клонове на характеристиката на тока-напрежение на фотодиод се използват за различно осветление (фиг.1, Ь).

Фиг. 1. Диаграма на превключване на фотодиода в режим на фотоконвертиране: а - схема на включване, b - характеристика на тока на напрежението на фотодиода.

Токът и напрежението в РЛ товар резистор може да се определи графично от точките, които пресичат фотодиоди VAC и товарните барове съответно устойчивост на РЛ резистор. При липса на осветяване фотодиодът работи в обикновен диоден режим. Тъмният ток в германиевите фотодиоди е 10 - 30 μА, за силиций 1 - 3 μА.

Ако фотодиоди да използват обратим електронен разбивка, придружено от лавина размножаването на носители на заряд в диод Zener, на фототока, и както трябва и чувствителност ще се увеличи значително.

чувствителност лавинни фотодиоди може да бъде с няколко порядъка по-голям от този на конвенционалните фотодиоди (за германиите е 200-300 пъти, за силиконовите 104-106 пъти).

Лавинните фотодиоди са високоскоростни фотоелектрически устройства, чийто честотен спектър може да достигне 10 GHz. Недостатък на лавинните фотодиоди е по-високо ниво на шума в сравнение с обикновените фотодиоди.

Фиг. 2. Диаграма на фоторезистора (a), UGO (b), енергията (in) и volt-ampere (d) свойствата на фоторезистора.

В допълнение към фотодиодите се използват фоторезистори (фиг.2), фототранзистори и фотохристори, при които се използва вътрешен фотоелектричен ефект. Съответно недостатък на тях е високата инерция (граничната работна честота fgr < 10>

Дизайнът на фототранзистора е подобен на обикновен транзистор, който има прозорец в тялото, през който основата може да бъде осветена. Фотогранзисторът UGO е транзистор с 2 стрелки, насочени към него.

Светодиодите и фотодиодите често се използват по двойки. В този случай те се поставят в един корпус по такъв начин, че светлочувствителната област на фотодиодата да е разположена срещу излъчващата област на светодиода. Полупроводникови устройства, използващи двойки "LED-фотодиоди", се наричат ​​оптрони (фиг. 3).

Фиг. 3. Оптрон: 1 - LED, 2 - фотодиод

Входящите и изходящите схеми в такива устройства не са свързани по електронен път по никакъв начин, тъй като сигналът се предава чрез оптично излъчване.