October 19 2017 19:15:42
Навигация
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
Приемники излучения
ЭЛЕКТРОНИКА- курс лекций

Преобразование светового излучения в электрические сигналы осуществляют с помощью различных типов фотоприемников. Различают внешний и внутренний фотоэффекты, лежащие в основе функционирования различных приемников излучения. Внешний фотоэффект вызывает испускание электронов под действием света в вакуумных и газонаполненных элементах. Внутренний фотоэффект приводит к изменению электрофизических параметров полупроводника за счет увеличения концентрации свободных носителей заряда (электронов и дырок) при его освещении и наблюдается в полупроводниковых пластинах и переходах.

Изменения электропроводности полупроводниковой пластины под действием инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения используют в структуре полупроводника n-типа, фоторезисторе (рис.9.5,а).

img380

Рис.9.5. Структура фоторезистора (а), схема включения (б) и характеристики: электрическая (в), оптическая (г)

Фоторезистор служит параметрическим преобразователем светового потока в электрическую проводимость. Для получения изменения тока в цепи фоторезистор включают в цепь с внешним источником электрической энергии Uвш (рис.9.5,б). Внешняя характеристика i(u) фоторезистора является линейной (рис.9.5,в) с наклоном, зависящим от светового потока в соответствии с зависимостью i(Ф) (рис.9.5,г).


Рис.9.6. Структура фотодиода (а), обозначение (б), электрические (в) и оптическая (г) характеристики

Большинство применяемых в оптоэлектронике фотоприемников базируется на структуре p-n перехода (полупроводникового диода), находящегося под воздействием излучения (рис.9.6,а).

Фотодиоды (рис.9.6,б) имеют достаточную чувствительность по световому потоку, высокое быстродействие и хорошую технологическую совместимость с приборами интегральной электроники, т.е. органично вписываются в структуры сложных ИМС.

Воздействие излучения на р-п переход, находящийся в равновесном состоянии (при разомкнутых внешних зажимах) приводит к увеличению концентрации основных носителей заряда (дырок и электронов) в обедненных областях перехода. Они частично компенсирует заряды неподвижных ионов запирающего слоя, снижая потенциальный барьер и нарушая условия равновесия, что вызывает ток через переход (фототок).

Влияние образовавшегося фототока на вольтамперную характеристику перехода можно учесть ее смещением на значение IФ относительно характеристики диода при отсутствии освещения Ф0 = 0 (рис.7.6,в). Оптическую характеристику фотодиода (рис.7.6,г) на рабочем участке аппроксимируют линейной зависимостью IФ @ kFФ и семейство вольтамперных характеристик описывают соотношением i = –IФ+ I0 (eu /jт - 1).

Снижение потенциального барьера в соответствии с семейством характеристик можно интерпретировать как возникновение дополнительной разности потенциалов или наведение фотоЭДС VФ на разомкнутых зажимах прибора (максимальное значение VФ не может превысить контактную разность потенциалов).

В составе приемника используют различные режимы работы фотодиода:

- фотовольтаический, когда к диоду непосредственно подключают нагрузочное сопротивление R (рис.9.7,а), и фотодиод работает в режиме генератора без внешнего источника электропитания, преобразуя световую энергию непосредственно в электрическую;

- фотодиодный, при обратном смещении перехода внешним источником напряжения Vсм (рис.9.7,б).




Рис.9.7. Режимы работы диода: фотовольтаический (а), фотодиодный (б)

Из большой номенклатуры выпускаемых полупроводниковых фотоприемников наиболее распространены p-i-n структуры и лавинные фотодиоды. В первых между слоям p и n типа вводят слой собственного полупроводника (i-типа) с большим удельным сопротивлением. В такой структуре каждый поглощенный фотон света порождает пару носителей заряда (электрон и дырку). Способность образования носителей растет с увеличением толщины i-слоя полупроводника. В лавинных фотодиодах используют эффект внутреннего усиления, т.е. умножения числа зарядов за счет лавинной ионизации при близком к напряжению пробоя смещении перехода. Достижимый коэффициент лавинного умножения может составлять несколько сотен.

Для усиления фототока применяют транзисторы в усилительном режиме (рис.9.8,а) с плавающей базой (базовый вывод не соединен ни с одной  точкой схемы).


Рис.9.8. Схема включения (а) и характеристики фототранзистора (б)

Структура фототранзистора такова, что световой поток облучает область базы, вызывая в ней генерацию зарядов. При разомкнутом выводе базы электроны накапливаются в n-области и снижают потенциальный барьер эмиттерного перехода, что приводит к увеличению токов эмиттера IЭ и коллектора IК  (рис.9.8,б).

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 2,256,289 уникальных посетителей