Fotoelektronik qurilmalar

5.9. Fotodiod xususiyatlari va parametrlari

Fotodiod rasmda ko'rsatilgan oqim kuchlanishi, energiya (yorug'lik), spektral va chastota xarakteristikalari bilan tavsiflanadi. 8.9, 8.10.

Agar kuchlanish manbai yoritilmagan fotodiodga ulangan bo'lsa, uning qiymati va qutblanishini o'zgartirish mumkin bo'lsa, u holda bir vaqtning o'zida olingan volt-amper xarakteristikalari odatdagi yarimo'tkazgich diyotiga o'xshash shaklga ega bo'ladi (8.9-rasm, a). Fotodiod yoritilganida volt-amper xarakteristikasining faqat teskari tarmog'i sezilarli darajada o'zgaradi, nisbatan past kuchlanishdagi old shoxchalar deyarli bir-biriga to'g'ri keladi.

8.9-rasm. Vana rejimida ishlash uchun fotodiodni almashtirish sxemasi

III kvadrantda fotodiod fotodiod rejimida, IV kvadrantda esa fotovalve rejimida ishlaydi va fotoelement elektr energiyasining manbaiga aylanadi. Kvadrant I - fotodiod uchun ishlamaydigan maydon, bu kvadrantda p - n birikmasi oldinga siljiydi.

Fotodiodning energiya xarakteristikasi fotodokni rasmdagi fotodiodga tushgan yorug'lik oqimi bilan bog'laydi. 8.9, b. Fotodiod eshik rejimida ishlaganda spektral xarakteristikalar tashqi zanjirga ulangan rezistorning qarshiligiga sezilarli darajada bog'liq. Yuklanish qarshiligining oshishi bilan xarakteristikalar tobora ko'proq egilib, yuqori qarshiliklarda ular aniq to'yinganlik qismiga ega. Fotodiod fotodiod rejimida ishlaganda, energiya xarakteristikalari chiziqli, ya'ni. deyarli barcha fotokariyerlar p - n birikmasiga etib boradi va fototok hosil bo'lishida ishtirok etadi.

Fotodiodning spektral xarakteristikasi fotorezistorning mos keladigan xususiyatlariga o'xshaydi va fotodiod materialiga va aralashmalar miqdoriga bog'liq (8.10-rasm, a).

8.10-rasm. Fotodiodning spektral (a) va chastotali reaktsiyasi

Selen fotodiodlari shakli bo'yicha inson ko'zining sezgirligining spektral bog'liqligiga o'xshash spektral xarakteristikaga ega. Germaniya va kremniy fotodiodlari nurlanish spektrining ko'rinadigan va infraqizil mintaqalarida sezgir.

Chastotali javob, yorug'lik oqimining yorqinligi har xil modulyatsiya chastotalari bilan o'zgarganda integral sezgirlikning o'zgarishini ko'rsatadi (8.1-rasm, b). Fotodiodning tezligi uzilish chastotasi bilan tavsiflanadi, bunda integral sezgirlik past chastotali qiymatiga nisbatan 1 marta kamayadi.

Ta'sirchanlik va tezlikni oshirish uchun quyidagi fotodiodlar ishlab chiqilgan: o'rnatilgan elektr maydoni bilan; p - i - n tuzilishga ega fotodiodlar; Shotki to'sig'i bilan; ko'chki fotodiodlari.

O'rnatilgan elektr maydoniga ega fotodiodlar notekis qo'shilgan poydevorga ega, shu sababli ichki elektr maydon paydo bo'ladi, bu ozchilik zaryad tashuvchilarning harakatini tezlashtiradi.

P - i - n tuzilishga ega bo'lgan fotodiodlar mintaqaning qalinligi asosiy tashuvchilarda kamayadi, i - mintaqa esa n - va p tipidagi dopingli mintaqalarning qarshiligidan 10 6… 10 7 marta yuqori qarshilikka ega. Birlashuvda katta teskari kuchlanish qo'llanilishi mumkin va butun i-mintaqada bir xil elektr maydoni o'rnatiladi. Hodisa qilingan nurlanish kuchli elektr maydoniga ega bo'lgan i-mintaqa tomonidan so'riladi, bu esa tegishli mintaqalarda tashuvchilarning tez surilishiga yordam beradi.

Shotki to'sig'i bo'lgan fotodiodlar uchun minimal tayanch qarshiligi va ortiqcha zaryadlarning to'planishi va rezorbsiyasi yo'qligi tufayli yuqori ko'rsatkichlarga erishiladi. Ko'chki fotodiodlarida p - n birikmasida ko'chuvchilarni ko'chki ko'payishi sodir bo'ladi va shu tufayli sezgirlik keskin oshadi, ularning javob tezligi f gr \u003d 10 11 ... 10 12 Hz. Ushbu diodlar optoelektronikaning eng istiqbolli elementlaridan biri hisoblanadi.

Fotodiodlarning parametrlari quyidagicha:

1. To'q oqim I T - tashqi tarafkashlik va yorug'lik nurlanishi bo'lmagan holda dioddan o'tadigan dastlabki teskari oqim (germaniy uchun 10 ... 20 mA va silikon diodlar uchun 1 ... 2 mA).

2. Ish kuchlanishi U p - fotodiod rejimida fotodiodga qo'llaniladigan nominal kuchlanish (U p \u003d 10 ... 30 V).

3. S int ajralmas sezgirligi yorug'lik oqimining bir marta o'zgarishi bilan fototokning qanday o'zgarishini ko'rsatadi:

4. Chiqib ketish chastotasi f gr - integral sezgirlik koeffitsienti (10 7 ... 10 12 Hz) ga kamayadigan chastota.