Fotoelektronik qurilmalar

§ fotovoltaik - tashqi kuchlanish yo'q
§ fotodiod - tashqi teskari kuchlanish bilan
Xususiyatlari:
§ ishlab chiqarish texnologiyasi va tuzilmalarining soddaligi
§ yuqori sezgirlik va tezlikning kombinatsiyasi
§ past darajadagi qarshilik
§ past inertsiya
Fotodiodlarning parametrlari va xususiyatlari
Parametrlar:
sezgirlik
kirishga bitta optik signal berilganda fotodiodning chiqishidagi elektr holatining o'zgarishini aks ettiradi. Ta'sirchanlik miqdoriy o'zgarish nisbati bilan o'lchanadi elektr xususiyatlari, fotodetektorning chiqishida, yorug'lik oqimiga yoki unga sabab bo'lgan nurlanish oqimiga olingan.
Si,Φ v=MenΦΦ v; Si,Ev=MenΦ Ev - yorug'lik oqimi uchun oqim sezgirligi
Su,Φ e=UΦΦ e; Si,Ee=UΦ Ee - voltaik energiya oqimining sezgirligi
fotodiod chiqishda foydali signaldan tashqari tasodifiy amplituda va spektrga ega bo'lgan xaotik signal paydo bo'ladi - fotodiodning shovqini. Bu foydali signallarni kerakli darajada kichik ro'yxatdan o'tkazishga imkon bermaydi. Fotodiod shovqini yarimo'tkazgich materialining shovqini va foton shovqinidan iborat.
Texnik xususiyatlari:
oqim kuchlanish xarakteristikasi (VAC)
chiqish voltajining kirish oqimiga bog'liqligi. UΦ= f(MenΦ)
spektral xususiyatlar
fototokning fotodiodga tushayotgan nurning to'lqin uzunligiga bog'liqligi. U uzun to'lqin uzunliklari tomondan tasma oralig'i bilan, kichik to'lqin uzunliklarida katta yutilish koeffitsienti va yorug'lik kvantlarining to'lqin uzunligining pasayishi bilan zaryad tashuvchilarning sirt rekombinatsiyasi ta'sirining oshishi bilan aniqlanadi. Ya'ni qisqa to'lqin uzunlikdagi sezgirlik chegarasi taglik qalinligi va sirt rekombinatsiya tezligiga bog'liq. Maksimalning fotodiodning spektral xarakteristikasidagi o'rni yutilish koeffitsientining o'sish darajasiga juda bog'liq.
engil ishlash
fototokning yoritilishga bog'liqligi fototokning yoritishga to'g'ridan-to'g'ri mutanosibligiga mos keladi. Buning sababi fotodiod poydevorining qalinligi ozchilik zaryad tashuvchilarning diffuziya uzunligidan ancha kam. Ya'ni bazada paydo bo'lgan deyarli barcha ozchilik zaryad tashuvchilar fototokning shakllanishida qatnashadilar.
vaqt doimiy
bu fotodiodning yorug'lik oqimidan keyin yoki fotodiodning qorong'ilashidan so'ng fotodiod o'zgaruvchan vaqt, barqaror holat qiymatiga nisbatan e (63%).
qorong'u qarshilik
yorug'lik bo'lmaganda fotodiod qarshilik.
Atalet
Qurilma va asosiy jismoniy jarayonlar. Fotodiodning soddalashtirilgan tuzilishi shakl. 6.7, a va uning shartli grafik tasviri shakl. 6.7, b.
Shakl: 6.7. Fotodiodning tuzilishi (a) va belgilanishi (b)
Fotodiodlarda yuz beradigan fizik jarayonlar LEDlarda yuz beradigan jarayonlarga nisbatan teskari. Fotodioddagi asosiy fizik hodisa - pn-birikma mintaqasida va unga qo'shni mintaqalarda nurlanish ta'sirida elektron teshik juftlarini hosil qilish.
Elektron teshikli juftlarning paydo bo'lishi teskari kuchlanish mavjud bo'lganda diyotning teskari oqimining ko'payishiga va zanjir ochiq bo'lganda anod va katod o'rtasida kuchlanish uac paydo bo'lishiga olib keladi. Bundan tashqari, uac\u003e 0 (teshiklar anodga, elektronlar esa pn-birikmaning elektr maydoni ta'sirida katodga o'tadi).
Xususiyatlari va parametrlari. Fotodiodlarni har xil yorug'lik oqimlariga mos keladigan volt-amper xarakteristikalari oilasi bilan tavsiflash qulay (yorug'lik oqimi lyumenlarda, lm bilan o'lchanadi) yoki har xil yoritishda (yorug'lik lyuks, lx bilan o'lchanadi).
Fotodiodning oqim kuchlanish xususiyatlari (CVC) shakl. 6.8.
Avvaliga yorug'lik oqimi nolga teng bo'lsin, keyin fotodiodning CVC an'anaviy diyotning CVC-ni takrorlaydi. Agar yorug'lik oqimi nolga teng bo'lmasa, u holda p-n-birikma mintaqasiga kirib boradigan fotonlar elektron teshik juftlarini hosil bo'lishiga olib keladi. P-n-birikma elektr maydonining ta'sirida oqim tashuvchilar elektrodlarga (teshiklar - p qatlamining elektrodiga, elektronlar - n qatlamning elektrodiga) o'tadilar. Natijada elektrodlar o'rtasida kuchlanish paydo bo'ladi, bu yorug'lik oqimining oshishi bilan ortadi. Ijobiy anod-katod kuchlanishi bilan diod oqimi salbiy bo'lishi mumkin (xarakteristikaning to'rtinchi kvadranti). Bunday holda, qurilma iste'mol qilmaydi, lekin energiya ishlab chiqaradi.
Shakl: 6.8. Fotodiodning oqim kuchlanish xususiyatlari
Amalda fotodiodlar ham fotogenerator rejimida (fotovoltaik rejim, vana rejimi), ham fotokonverter rejimida (fotodiod rejimi) ishlatiladi.
Fotogenerator rejimida quyosh batareyalari ishlaydi, yorug'likni elektrga aylantiradi. Hozirgi vaqtda quyosh batareyalarining samaradorligi 20% ga etadi. Hozircha quyosh batareyalaridan olingan energiya ko'mir, neft yoki urandan olinadigan energiyadan taxminan 50 baravar qimmatroq.
Fotokonverter rejimi uchinchi kvadrantning I - V xarakteristikasiga mos keladi. Ushbu rejimda fotodiod zanjirda mavjud bo'lgan ba'zi bir tashqi kuchlanish manbalaridan energiya (u i\u003e 0) iste'mol qiladi (6.9-rasm). Ushbu rejimning grafik tahlili an'anaviy diyot singari yuk chizig'i yordamida amalga oshiriladi. Bunday holda, xususiyatlar odatda birinchi kvadrantda an'anaviy ravishda tasvirlanadi (6.10-rasm).
Shakl: 6.9-rasm 6.10
Fotodiodlar fotorezistorlarga qaraganda tezroq. Ular 107-1010 Hz chastotalarida ishlaydi. Fotodiod ko'pincha LED-fotodiod optokupllarda ishlatiladi. Bunday holda, fotodiodning turli xil xususiyatlari LEDning turli xil oqimlariga mos keladi (bu holda har xil yorug'lik oqimlarini yaratadi).
1. Fotodiodning energiya xarakteristikalari fotodokni fotodiodga tushadigan yorug'lik oqimi bilan bog'laydi. Fotodiod generator rejimida ishlaganda yorug'lik oqimiga bog'liqligi faqat qisqa tutashgan fotodiod bilan qat'iy ravishda chiziqli bo'ladi. Yuklanish qarshiligining oshishi bilan xarakteristikalar tobora ko'proq egilib, umuman to'yinganlik mintaqasiga ega (3.12-rasm, a). Fotodiod tashqi kuchlanish manbai bo'lgan zanjirda ishlaganda, energiya xarakteristikalari chiziqli bo'lganlarga ancha yaqinlashadi. Amaldagi voltajning oshishi bilan fototok bir oz ortadi (3.12-rasm, b). Bu b-o'tish mintaqasining kengayishi va taglik kengligining pasayishi bilan izohlanadi, natijada a-o'tish tomon harakatlanayotganda zaryad tashuvchilarning kichik qismi bazada qayta birlashadi.
2. Fotodiodning absolyut va nisbiy spektral xarakteristikalari fotorezistorning mos keladigan xususiyatlariga o'xshash va fotodiod materialiga va kiritilgan kirlarga bog'liq (3.12-rasm, s-rasm).
Spektral xarakteristikalar amalda spektrning ko'rinadigan (300-750 nm) va infraqizil mintaqalarini qamrab oladi.
4. Chastotali javob, yorug'lik oqimining yorqinligi har xil nurlanish chastotalari bilan o'zgarganda integral sezgirlikning o'zgarishini ko'rsatadi (3.12-rasm, d). Ba'zan fotodiodning inertsional xossalari kesish chastotasi bilan ajralib turadi, unda integral sezgirlik uning statik qiymati bilan taqqoslash omili bilan kamayadi.

Shakl: 3.12. Fotodiodning (a) rejimida va tashqi manbada (b) ishlashda energiya tavsiflari; nisbiy spektral va chastota xarakteristikalari

Yuqori tezlikli silikon fotodiodlarning uzilish chastotasi Hz bo'yicha.
So'nggi yillarda ish faoliyatini yaxshilash va sezgirlikni oshirish uchun bir qator fotodiodlar ishlab chiqildi; o'rnatilgan bilan elektr maydoni; Shotki to'siqlari asosida; qor ko'chkisi fotodiodlari va boshqalar.
O'rnatilgan elektr maydoni bo'lgan fotodiodlarda asos diffuziya jarayoni bilan olinadi. Nopoklik kontsentratsiyasining notekis taqsimlanishi tufayli unda ichki elektr maydon paydo bo'ladi, bu ozchilik zaryad tashuvchilarning o'tishga o'tishini tezlashtiradi.
Fotodiodning diffuziya va drift harakatlarining superpozitsiyasi tufayli u bir oz ortadi.
Baza asosida tayyorlangan fotodiodlar asosiy zaryad tashuvchilarni ishdan chiqaradigan mintaqaning qalinligini ancha kattaroq qiladi, chunki p va mintaqalar orasida o'ziga xos elektr o'tkazuvchanligi bo'lgan mintaqa mavjud. O'tish paytida muhim stresslarni buzish xavfi bo'lmagan holda qo'llash mumkin. Natijada, nurlanish radiatsiyasi to'g'ridan-to'g'ri asosiy zaryad tashuvchilarning tugagan mintaqasida yutilganda, unda yuqori quvvatli elektr maydoni hosil bo'ladigan vaziyat yuzaga keladi. O'tish mintaqasida yorug'lik nurlanishida paydo bo'lgan elektronlar va teshiklar darhol tegishli hududlarga tashlanadi. Natijada, javob tezligi keskin oshadi va f Hz qiymatlariga etadi.
Shottki to'sig'iga asoslangan fotodiodlar tezligi bo'yicha o'xshashdir. Ular kremniydan tayyorlangan bo'lib, uning yuzasida oltin mikron plyonkalardan shaffof metall qoplama qo'llaniladi) va sink sulfid 01 dan 0,05 mikrongacha), bu Shotti to'sig'ini yaratadi. Bazaning minimal qarshiligi va ortiqcha zaryadlarning to'planishi va rezorbsiyasi yo'qligi sababli, javob darajasi ancha yuqori Hz).
Ko'chki fotodiodlarida qor ko'chkisi buzilishidan yoki Shotki to'sig'idan foydalaniladi. Ularning oddiy fotodiodlardan farqi shundaki, yorug'lik nurlanishi natijasida paydo bo'ladigan zaryad tashuvchilar zarba ionlashuvi tufayli o'tish mintaqasida ko'chkini ko'paytiradi. Tashqi kuchlanish va elektron parametrlarini tanlash qor ko'chkisi buzilishini faqat yorug'lik nurlanishi bilan ta'minlaydi. Ushbu jarayon elektr energiyasi oqimiga nisbatan yorug'likning paydo bo'lishi va o'tish davri termal oqimi bilan taqqoslaganda (M - tashuvchilarning ko'chkini ko'paytirish koeffitsienti) ko'payishiga olib keladi.
Qor ko'chkisini ko'paytirish koeffitsienti bog'liqlik bilan tavsiflanadi o'tish joyidagi kuchlanish qaerda; b - materialga qarab koeffitsient -type, -type uchun); - bu birikmaning qor ko'chkisi buzilishining kuchlanishi, bu erda fotodiodning va - maydonlarining asosiy qarshiligi mavjud.
Fotodiod zamonaviy elektron qurilmalarda faol foydalanilmoqda, shu nomdan boshlab qurilma yarimo'tkazgich yordamida konstruktsiya ekanligi ayon bo'ladi, shuning uchun fotodiod nima ekanligini ko'rib chiqaylik.Fotodiod - bu optik nurlanish ta'sirida bir tomonlama o'tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo'lgan yarimo'tkazgichli diod. Fotodiod - bu yarimo'tkazgich kristall, odatda elektron teshikli birikma (PN). U ikkita metall simi bilan jihozlangan va plastik yoki metall korpusga o'rnatilgan.
Fotodiod ishlashining ikkita rejimi mavjud.
1) fotodiod - fotodiodning tashqi zanjirida doimiy tok manbai mavjud bo'lganda, u tutashgan joyda teskari tarafkashlik hosil qiladi va bunday manba yo'q bo'lganda eshik. Fotodiod rejimida fotodiod, fotorezistor singari, oqimni boshqarish uchun ishlatiladi. Fotodiodning fototoki kuchli tushayotgan nurlanish intensivligiga bog'liq va kuchlanish kuchlanishiga bog'liq emas.
2) Valf rejimi - fotodiod, fotosel kabi, EMF generatori sifatida ishlatilganda.

Fotodiodning asosiy parametrlari - bu sezgirlik chegarasi, shovqin darajasi, spektral sezgirlik diapazoni 0,3 dan 15 mikrongacha (mikrometr), harakatsizlik - bu fotosuratning tiklanish vaqti.To'g'ri tuzilishga ega fotodiodlar ham mavjud.Fotodiod ko'plab optoelektronik qurilmalarda tarkibiy qism hisoblanadi. ... fotodiodlar va fotodetektorlar opron juftlarida, video va audio signallarni qabul qilishda keng qo'llaniladi. CD va DVD disklarida lazer diodlaridan signal olish uchun keng foydalaniladi.

O'zida kodlangan ma'lumotni o'z ichiga olgan lazer diodasidan signal avval ushbu qurilmalarda murakkab dizaynga ega bo'lgan fotodiodga kiradi, keyin dekodlashdan so'ng ma'lumot markaziy protsessorbu erda, ishlov berilgandan so'ng, u audio yoki video signalga aylanadi. Barcha zamonaviy floppi-disklar ushbu printsip asosida ishlaydi. Fotodiodlar shuningdek, turli xil xavfsizlik qurilmalarida, infraqizil harakat va mavjudlik sezgichlarida qo'llaniladi. Ajam radio havaskorlar uchun yana bir ko'rib chiqish yakunlandi, radioelektronika dunyosida omad - AKA.
Yangi boshlanuvchilar uchun nazariya
FOTODIODLAR maqolasini muhokama qiling