Fotodiodlar yorug'likka sezgir yarimo'tkazgich elementlaridir. Ularning asosiy vazifasi yorug'lik oqimini elektr signaliga aylantirishdir. Bunday yarim o'tkazgichlar turli xil qurilmalarda ishlatiladi, ularning ishlashi yorug'lik oqimlarini ishlatishga asoslangan.
Fotodiodlar qanday ishlaydi
Fotodiod elementlari ta'sirining asosini ichki fotoelektr ta'sir qiladi. Bu muvozanatsiz elektronlar va teshiklarning (ya'ni elektronlar uchun bo'sh joy bo'lgan atomlarning) yorug'lik oqimi ta'sirida yarimo'tkazgichda paydo bo'lishidan iborat bo'lib, ular fotoelektromotor kuch hosil qiladi.
- Yorug'lik p-n o'tishiga tushganda, yorug'lik kvantlari fotokariyerlarning hosil bo'lishi bilan so'riladi
- N mintaqasida joylashgan fototaslovchilar elektr maydon ta'sirida ajratilgan chegaraga yaqinlashadi
- Teshiklar p zonasiga o'tadi va elektronlar n zonasida yoki chegara yaqinida yig'iladi
- Teshiklar p-mintaqani musbat, elektronlar n-bandni zaryad qiladi. Potentsial farq hosil bo'ladi
- Yoritish qanchalik baland bo'lsa, teskari oqim shunchalik katta bo'ladi
Agar yarimo'tkazgich qorong'ida bo'lsa, unda uning xususiyatlari an'anaviy diyotga o'xshaydi. Agar siz yorug'lik yo'qligida sinov qurilmasiga qo'ng'iroq qilsangiz, natijalar an'anaviy diyotni sinovdan o'tkazishga o'xshaydi. Oldinga yo'nalishda ozgina qarshilik bo'ladi, teskari yo'nalishda o'q nolda qoladi.
Fotodiod davri
Ishlash rejimlari
Fotodiodlar ishlash rejimiga ko'ra bo'linadi.
Fotosurat generatori rejimi
Elektr ta'minotisiz amalga oshiriladi. Quyosh panellarining tarkibiy qismlari bo'lgan fotogeneratorlar "quyosh xujayralari" deb ham ataladi. Ularning vazifasi quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirishdir. Eng keng tarqalgan fotogeneratorlar kremniyga asoslangan - arzon, keng tarqalgan, yaxshi o'rganilgan. Ular arzon narxga ega, ammo ularning samaradorligi atigi 20% ga etadi. Film elementlari yanada progressivdir.
Fotosuratni o'zgartirish rejimi
Devredeki quvvat manbai teskari kutuplulukla bog'liq, fotodiod bu holda yorug'lik sensori sifatida xizmat qiladi.
asosiy parametrlar
Fotodiodlarning xususiyatlari quyidagi xususiyatlarni aniqlaydi:
- Volt-amper. Yorug'lik oqimining qiymatini o'zgaruvchan voltajga mos ravishda barqaror yorug'lik oqimi va qorong'u oqim bilan aniqlaydi
- Spektral. Yorug'lik to'lqin uzunligining fototokga ta'sirini tavsiflaydi
- Vaqt konstantasi - bu oqim xiralashgan yoki yoritilgan yorug'likning belgilangan qiymatidan 63% ga ko'payishiga javob beradigan davr.
- Ta'sirchanlik chegarasi - diyot reaksiyaga kirishadigan minimal yorug'lik oqimi
- Qorong'u qarshilik - yorug'lik yo'qligida yarimo'tkazgichning xarakteristikasi
- Atalet
Fotodiod nimadan iborat?
Fotodiodlarning navlari
P-i-n
Ushbu yarimo'tkazgichlar pn-o'tish zonasida o'z o'tkazuvchanligi va qarshilikning muhim qiymatiga ega bo'lgan qismning mavjudligi bilan tavsiflanadi. Yorug'lik oqimi ushbu qismga tushganda, juft teshiklar va elektronlar paydo bo'ladi. Ushbu sohadagi elektr maydoni doimiy, bo'sh joy uchun zaryad yo'q. Ushbu yordamchi qatlam yarimo'tkazgichning ish chastota diapazonini kengaytiradi. Funktsional maqsadlariga ko'ra p-i-n-fotodiodlar detektor, aralashtirish, parametrik, cheklash, ko'paytirish, sozlash va boshqalarga bo'linadi.
Ko'chki
Ushbu tur juda sezgir. Uning vazifasi yorug'lik oqimini ko'chkini ko'paytirish effekti yordamida kuchaytirilgan elektr signaliga aylantirishdir. U kam yorug'lik oqimi sharoitida ishlatilishi mumkin. Ko'chki fotodiodlari signal uzatilishidagi shovqinlarni kamaytirish uchun ustki taxtalardan foydalanadi.
Shotki to'sig'i
U metall va yarim o'tkazgichdan iborat bo'lib, uning atrofida elektr maydon hosil bo'ladi. An'anaviy p-i-n-tipli fotodiodlardan asosiy farq - qo'shimcha emas, balki asosiy zaryad tashuvchilaridan foydalanish.
Heterostruktura
U har xil tarmoqli teshiklari bo'lgan ikkita yarim o'tkazgichdan hosil bo'ladi. Ularning orasidagi qatlam heterojen deb ataladi. Bunday yarimo'tkazgichlarni tanlab, to'lqin uzunligi to'liq diapazonida ishlaydigan qurilmani yaratish mumkin. Uning kamchiligi ishlab chiqarishning yuqori murakkabligidir.
Fotodiodlarning qo'llanilishi
- Optoelektronik integral mikrosxemalar. Yarimo'tkazgichlar optik aloqani ta'minlaydi, bu esa funktsional aloqani saqlab, quvvatni va boshqaruv zanjirlarini samarali ravishda ajratilishini kafolatlaydi.
- Ko'p elementli fotodetektorlar - skanistorlar, yorug'likka sezgir moslamalar, fotodiodli massivlar. Optoelektrik element nafaqat ob'ektning yorqinligini va uning vaqt o'zgarishini sezishi, balki to'liq vizual tasvirni yaratishga qodir.
Boshqa foydalanish sohalari: optik tolali liniyalar, lazerli masofani aniqlash moslamalari, pozitron emissiya tomografiyasi qurilmalari.
Boshqa tegishli materiallar
Anatoliy Melnik
Radioelektronika va elektron komponentlar sohasidagi mutaxassis. RadioElement-da ehtiyot qismlarni tanlash bo'yicha maslahatchi.
Fotografik fonogrammani takrorlashda signal manbai fotodiod hisoblanadi. U fotovoltaik yoki fotodiod rejimida ishlashi mumkin. Ulanish diagrammasi fotodiod, ishlaydigan fotoelektrik rejimda, tranzistorli kuchaytirgichning kirishiga shakl. 45, va.Ushbu rejimda fotodiod elektr ta'minotisiz ishlaydi. N-tipdagi nur ta'sirida kovalent bog'lanishlar vayron bo'ladi va bo'shatilgan elektronlar shu mintaqada to'planib, uni salbiy quvvatlaydi va p-tipli hududga teshiklar tortilib, uni ijobiy quvvatlaydi. Shunday qilib, anod va katod - foto-EMF o'rtasida potentsial farq hosil bo'ladi E f.Dam olish rejimida doimiy yorug'lik oqimi bilan, ushbu EMF ta'sirida mintaqadan doimiy oqim oqadi rhududga pyuk qarshiligi orqali R nf. Fonogrammani o'ynaganda yorug'lik oqimi pulsatsiyalanadi, shuning uchun foto-EMF va fotodiod zanjiridagi oqim pulsatsiyalanadi. Yukdagi o'zgaruvchan kuchlanish komponenti R nf- bu kondansatör C orqali tranzistor poydevoriga uzatiladigan kirish signalining kuchlanishi. Fotodiod oqimining o'zgaruvchan komponenti tarvaqaylab ketadi: qismi R nf rezistor orqali, boshqa qismi esa C c kondensatori va tranzistorning emitent birikmasi orqali o'tadi.
Fotovoltaik rejimdagi fotodiod ishi K3VP-I0 va K3VP-14 turdagi mobil tovushlarni qayta tiklash uskunalarida qo'llaniladi.
Fotodiod fotodiod rejimida ishlaganda (45-rasm, b) unga quvvat manbaidan doimiy voltaj beriladi, bu esa elektron teshik birikmasining teskari kuchlanishi hisoblanadi. Yorug'lik oqimi bo'lmagan taqdirda, fotodiod orqali juda kichik oqim oqadi - bu qorong'u oqim. Yorug'lik ta'sirida p - n - birikmaning teskari qarshiligi keskin kamayadi va fotodiod orqali oqim kuchayadi.
Signal bo'lmasa, yorug'lik oqimi doimiy bo'lib qoladi va fotodiod orqali doimiy oqim oqadi. Bu quvvat manbai plyusidan yuk qarshiligi, fotodiod R nf va fotodiod orqali quvvat manbai minusiga o'tadi. Fonogrammada yozilgan signalni takrorlash rejimida fotodiodning yorug'lik oqimi va oqimi birinchi rejimdagi kabi pulsatsiyalanadi va o'zgaruvchan tok komponenti yukda va kuchaytirgich kirishida kirish signalini hosil qiladi.Shakl: 45 Fotodiodni yoqish sxemalari: a - fotoelektr rejimida;
b - fotodiod rejimida
Fotodiod rejimida fotodiodning sezgirligi fotovoltaik rejimga nisbatan oshiriladi va kirish shovqin signali kuchayadi; o'zgaruvchan tok fotodiodining ichki qarshiligi ham oshadi.
Fotodiod rejimidagi fotodiod ishlashi "Ovozning statsionar tranzistorli uskunalarida qo'llaniladi T ".
Fotosellarda turli postlardagi kinoproektorlarda o'rnatilgan fotodiodlar parametrlarning tarqalishiga, xususan, teng bo'lmagan sezgirlikka ega bo'lishi mumkin, bu postlarning tengsiz javobiga olib keladi. Shunday qilib, film namoyish etilganda, bitta postdan ikkinchisiga o'tishda ovoz balandligi o'zgarmaydi, fotoelement fotodiod reaktsiyasini boshqarishni ta'minlaydi. Regulyatsiya davri (46-rasm) o'zgaruvchan qarshilikka imkon beradi Rberilgan fotodioddan keladigan signalni kamaytiring kirishkuchaytirgich. Rezistor slayderining yuqori holatida R3zanjirga qarshilik R1, R3, C1,fotodiod bilan parallel ravishda ulangan, maksimal, shuning uchun kirish signali eng katta hisoblanadi. Slayderni pastga siljitganda, qarshilik R3tobora ko'proq shimlar, zanjirning umumiy qarshiligi R1, R3,Sl kamayadi, uning manyovr effekti kuchayadi va kuchaytirgich kirishidagi signal kamayadi. FDK155 tipidagi fotodiodni yoqish uchun bunday sxema "Ovoz T2-25.50 ".
Fotodiodning kuchaytirgich kirish qismiga ulanish liniyasi boshqa signal manbalari singari ekranlangan bo'lishi kerak.
Kino inshootlari uskunalarida ishlatiladigan fotodiodlar 4-6 darajadagi sezgirlikka ega mA / lmva 1-2 mA bo'lgan kirish signalining oqimini bering.
Shakl 46 Fotodiodning orqaga qaytarilishini boshqarish davri
O'zini sinash uchun savollar:
1. Kirish davri nima deb ataladi va kirish zanjirlarining qanday turlari mavjud?
2. Pikap ulanish sxemalarini tuzing va tushuntiring.
3. Mikrofonni yoqish sxemalarini chizish va tushuntirish.
4. Nima uchun kirish zanjirlari ekranlangan va kirish transformatori muvozanatli bo'lishi kerak? Hozircha bu haqda tashvishlanishning hojati yo'q ”.
5. Nima uchun pikap kuchaytirgich kirish qismiga ko'pincha kuchlanishni ajratuvchi orqali ulanadi va kirish transformatori yuqori sifatli uskunada mikrofon va magnit boshni yoqish uchun ishlatiladi?
6. Fotodiodni yoqish sxemalarini tuzing va tushuntiring.
Elektrotexnika sohasida turli xil qurilmalar va qurilmalarda ishlatiladigan fotodiodlar alohida o'rin tutadi. Fotodiod - bu oddiy diyotga o'xshash xususiyatlarga o'xshash yarimo'tkazgichli element. Uning teskari oqimi to'g'ridan-to'g'ri unga tushadigan yorug'lik oqimining intensivligiga bog'liq. Ko'pincha, pn birikmasi bo'lgan yarimo'tkazgich elementlari fotodiod sifatida ishlatiladi.
Qurilma va ishlash printsipi
Fotodiod ko'plab elektron qurilmalarga kiritilgan. Shuning uchun u keng mashhurlikka erishdi. Oddiy LED - o'tkazuvchanligi unga tushgan nurga bog'liq bo'lgan pn-o'tish diodasi. Zulmatda fotodiod an'anaviy diyotning xususiyatlariga ega.
1
- yarimo'tkazgichli birikma.
2
- ijobiy qutb.
3
- fotosensitiv qatlam.
4
- salbiy qutb.
Yorug'lik oqimi o'tish tekisligiga ta'sir qilganda, fotonlar chegara qiymatidan yuqori bo'lgan energiya bilan so'riladi, shuning uchun n-mintaqada zaryad tashuvchilar juftlari - fotokariylar hosil bo'ladi.
Fotokarerlarni "n" mintaqasi chuqurligida aralashtirganda, tashuvchilarning asosiy qismi rekombinatsiyalashga ulgurmaydi va pn chegarasiga o'tadi. O'tish paytida fotokarerlar elektr maydoniga bo'linadi. Bunday holda, teshiklar "p" mintaqasiga o'tadi va elektronlar o'tishdan o'tishga qodir emas, shuning uchun ular pn o'tish chegarasi, shuningdek "n" mintaqasi yaqinida to'planadi.
Diyotning teskari oqimi yorug'lik ta'sirida ortadi. Teskari oqim ko'tariladigan miqdori fototok deb ataladi.
Teshiklar ko'rinishidagi fotokarerlar "n" mintaqasiga nisbatan "p" mintaqaning musbat zaryadini bajaradi. O'z navbatida, elektronlar "n" hududida "p" mintaqasiga nisbatan salbiy zaryad hosil qiladi. Natijada yuzaga keladigan potentsiallar farqi fotoelektromotor kuch deb ataladi va "E f" deb belgilanadi. Fotodiodda hosil bo'lgan elektr toki teskari yo'naltiriladi va katoddan anodga yo'naltiriladi. Bundan tashqari, uning qiymati yorug'lik miqdoriga bog'liq.
Ishlash rejimlari
Fotodiodlar quyidagi rejimlarda ishlashi mumkin:
- Fotosurat generatori rejimi ... Elektr manbasini ulamasdan.
- Fotokonverter rejimi ... Tashqi elektr ta'minoti aloqasi bilan.
Ishda fotogenerator fotodiodlar quyosh nurini elektr energiyasiga aylantiradigan quvvat manbai o'rniga ishlatiladi. Bunday fotogeneratorlarga quyosh xujayralari deyiladi. Ular turli xil qurilmalarda, shu jumladan kosmik qurilmalarda ishlatiladigan quyosh batareyalarining asosiy qismlari.
Kremniyga asoslangan quyosh xujayralarining samaradorligi 20% ni tashkil qiladi; bu parametr plyonka xujayralari uchun ancha yuqori. Quyosh xujayralarining muhim xususiyati - chiqadigan quvvatning sezgir qatlamning og'irligi va maydoniga bog'liqligi. Ushbu xususiyatlar 200 Vt / kg va 1 kVt / m 2 qiymatlariga etadi.
Fotodiod qanday ishlaydi fotokonverter , E kuchlanish manbai zanjirga teskari kutuplulukla ulangan. Bunday holda, oqim kuchlanish xususiyatlarining teskari grafikalari turli xil yorug'lik darajalarida qo'llaniladi.
R n yukidagi kuchlanish va oqim grafada fotodiod va yuk chizig'i xarakteristikalarining kesishishi bilan aniqlanadi, bu esa R n qarshiligiga to'g'ri keladi. Zulmatda fotodiod o'z ta'sirida oddiy diyotga teng. Kremniy diodlar uchun qorong'u rejimdagi oqim 1 dan 3 gacha, germaniya uchun esa 10 dan 30 gacha bo'lgan mikroampergacha.
Fotodiodlarning turlari
O'zining afzalliklariga ega bo'lgan bir nechta turli xil fotodiodlar mavjud.
p – men – n fotodiod
Pn mintaqasida ushbu diyot yuqori qarshilikka ega va o'z o'tkazuvchanligiga ega qismga ega. Yorug'lik ta'sirida juft teshiklar va elektronlar paydo bo'ladi. Ushbu zonadagi elektr maydon doimiy qiymatga ega, bo'sh joy uchun zaryad yo'q.
Ushbu yordamchi qatlam to'siq qatlamining sig'imini sezilarli darajada pasaytiradi va voltajga bog'liq emas. Bu diodalarning ishlaydigan chastota diapazonini kengaytiradi. Natijada tezlik keskin ko'tarilib, chastota 10 10 gertsga etadi. Ushbu qatlamning kuchaygan qarshiligi yorug'lik yo'q bo'lganda ish oqimini sezilarli darajada pasaytiradi. Yorug'lik oqimi p qatlamiga o'tishi uchun u qalin bo'lmasligi kerak.
Ko'chki fotodiodlari
Ushbu turdagi diyot yorug'lik ta'sirini fotoelektr effekti yordamida elektr toki signaliga aylantiradigan yuqori sezgir yarimo'tkazgichdir. Boshqacha qilib aytganda, bu ko'chkini ko'paytirish ta'siri tufayli signalni kuchaytiradigan fotodetektorlar.
1
- ohmik kontaktlar 2
- akslantirishga qarshi qoplama Ko'chki fotodiodlari boshqa fotodetektorlarga qaraganda sezgirroq. Bu ularni kam quvvatli kuchlar uchun ishlatishga imkon beradi.
Ko'chki fotodiodalarini loyihalashda superlattices ishlatiladi. Ularning mohiyati shundan iboratki, tashuvchilarning zararli ionlanishidagi sezilarli farqlar shovqinning pasayishiga olib keladi.
Shunga o'xshash tuzilmalardan foydalanishning yana bir afzalligi - ko'chki ko'payishini lokalizatsiya qilish. Bu shuningdek shovqinni kamaytiradi. Superlattsiyada qatlamlarning qalinligi 100 dan 500 gacha angstrom oralig'ida.
Faoliyat printsipi
Ko'chki buzilishining qiymatiga yaqin bo'lgan teskari voltajda, fotosurat zaryad tashuvchilarning zararli ionizatsiyasi tufayli keskin oshadi. Harakat shundan iboratki, elektronning energiyasi tashqi maydondan ortadi va moddaning ionlanish chegarasidan oshib ketishi mumkin, natijada ushbu elektronning valentlik zonasidan elektron bilan uchrashishi yangi elektron jufti va tuynuk paydo bo'lishiga olib keladi. Ushbu juftlikning zaryad tashuvchilari maydon tomonidan tezlashadi va yangi zaryad tashuvchilarning paydo bo'lishiga yordam berishi mumkin.
Xususiyatlari
Bunday yorug'lik diodalarining xususiyatlari ba'zi bog'liqliklar bilan tavsiflanishi mumkin.
Volt-amper
Ushbu xususiyat doimiy yorug'lik oqimidagi oqim kuchining voltajga bog'liqligi.
Men - joriy M - ko'paytirish koeffitsienti U - Kuchlanish Engil
Ushbu xususiyat diod oqimining yorug'likka bog'liqligi. Yorug'lik oqimi oshgani sayin, fotosurat kuchayadi.
Spektral
Ushbu xususiyat diod oqimining yorug'lik to'lqin uzunligiga bog'liqligi va chegara zonasining kengligi.
Vaqt doimiy
Bu yorug'lik berilgandan keyin diodning fototoki barqaror holatga nisbatan o'zgaradigan vaqt.
To'q qarshilik
Bu zulmatda diyotning qarshilik qiymati.
Atalet
Ushbu xususiyatga ta'sir qiluvchi omillar:
- Muvozanatsiz zaryad tashuvchilarning diffuziya vaqti.
- Pn birikmasi bo'ylab sayohat vaqti.
- Pn o'tish to'siqni quvvatining zaryad davri.
Qo'llash sohasi
Fotodiodlar ko'plab optoelektronik qurilmalarning asosiy qismidir.
Integratsiyalashgan mikrosxemalar (optoelektronik)
Fotodiod muhim ish tezligiga ega bo'lishi mumkin, ammo hozirgi kuchaytirish koeffitsienti birlikdan ortiq emas. Optik ulanish tufayli mikrosxemalar muhim afzalliklarga ega: kuchli elektr zanjirlaridan boshqarish pallalarini ideal galvanik izolyatsiyasi. Shu bilan birga, ular o'rtasida funktsional aloqa saqlanib qoladi.
Bir nechta elementlarga ega foto detektorlar
Fotodiod massivi, skanistor shaklida joylashgan ushbu qurilmalar yangi progressiv elektron qurilmalardir. Ularning fotodiodli optoelektronik ko'zlari ob'ektlarning fazoviy va yorqinlik xususiyatlariga reaktsiya yaratishi mumkin. Boshqacha qilib aytganda, u o'zining to'liq vizual qiyofasini ko'rishi mumkin.
Yorug'likka sezgir hujayralar soni juda katta. Shuning uchun tezkorlik va sezgirlik masalalaridan tashqari, ma'lumotlarni o'qish kerak. Bir nechta fotoselga ega bo'lgan barcha fotodetektorlar skanerlash tizimlari, ya'ni izchil o'rganilayotgan makonni elementlar bo'yicha ketma-ket ko'rish orqali tahlil qilishga imkon beruvchi qurilmalardir.
Fotodiodlar shuningdek, optik tolali liniyalarda va lazerli masofani aniqlashda keng qo'llaniladi. Yaqinda bunday yorug'lik chiqaradigan diodlar pozitron emissiya tomografiyasida qo'llanilmoqda.
Hozirda qor ko'chkisi fotodiodlaridan tashkil topgan yorug'likka sezgir massivlarning namunalari mavjud. Ularning samaradorligi va ko'lami ba'zi omillarga bog'liq.
Eng ta'sir qiluvchi omillar:
- Yorug'lik bo'lmaganida shovqin va oqim qo'shilishi natijasida hosil bo'lgan umumiy qochqin oqimi.
- Oqim va zaryad tashuvchilar paydo bo'lishiga olib keladigan hodisa kvantlarining qismini aniqlaydigan kvant samaradorligi.
Fotodiod zamonaviy elektron qurilmalarda faol foydalanilmoqda, shu nomdan boshlab qurilma yarimo'tkazgichdan foydalangan holda 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 tarafkashlikni va bunday manba bo'lmaganda eshikni hosil qiladi. Fotodiod rejimida fotodiod, fotorezistor singari, oqimni boshqarish uchun ishlatiladi. Fotodiodning fototoki tushayotgan nurlanish intensivligiga qattiq 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 sezuvchanlik 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.
Kodlangan ma'lumotni o'z ichiga olgan lazer diyotidan signal avval ushbu qurilmalarda murakkab dizaynga ega bo'lgan fotodiodga kiradi, so'ngra parol hal qilinganidan so'ng ma'lumotlar markaziy protsessorga o'tadi, u erda ishlov berilgandan so'ng u audio yoki video signalga aylanadi. Barcha zamonaviy disk drayvlar 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
radioskot.ru
|
Fotodiodlar yorug'likka sezgir yarimo'tkazgich elementlaridir. Ularning asosiy vazifasi yorug'lik oqimini elektr signaliga aylantirishdir. Bunday yarim o'tkazgichlar turli xil qurilmalarda ishlatiladi, ularning ishlashi yorug'lik oqimlarini ishlatishga asoslangan.
Fotodiodlar qanday ishlaydiFotodiod elementlari ta'sirining asosini ichki fotoelektr ta'sir qiladi. Bu muvozanatsiz elektronlar va teshiklarning (ya'ni elektronlar uchun bo'sh joy bo'lgan atomlarning) yorug'lik oqimi ta'sirida yarimo'tkazgichda paydo bo'lishidan iborat bo'lib, ular fotoelektromotor kuch hosil qiladi.
Agar yarimo'tkazgich qorong'ida bo'lsa, unda uning xususiyatlari an'anaviy diyotga o'xshaydi. Agar siz yorug'lik yo'qligida sinov qurilmasiga qo'ng'iroq qilsangiz, natijalar an'anaviy diyotni sinovdan o'tkazishga o'xshaydi. Oldinga yo'nalishda ozgina qarshilik bo'ladi, teskari yo'nalishda o'q nolda qoladi. Fotodiod davri
Ishlash rejimlariFotodiodlar ishlash rejimiga ko'ra bo'linadi. Fotosurat generatori rejimiElektr ta'minotisiz amalga oshiriladi. Quyosh panellarining tarkibiy qismlari bo'lgan fotogeneratorlar "quyosh xujayralari" deb ham ataladi. Ularning vazifasi quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirishdir. Eng keng tarqalgan fotogeneratorlar kremniyga asoslangan - arzon, keng tarqalgan, yaxshi o'rganilgan. Ular arzon narxga ega, ammo ularning samaradorligi atigi 20% ga etadi. Film elementlari yanada progressivdir. Fotosuratni o'zgartirish rejimiDevredeki quvvat manbai teskari kutuplulukla bog'liq, fotodiod bu holda yorug'lik sensori sifatida xizmat qiladi. asosiy parametrlarFotodiodlarning xususiyatlari quyidagi xususiyatlarni aniqlaydi:
Fotodiod nimadan iborat?
Fotodiodlarning navlariP-i-nUshbu yarimo'tkazgichlar pn-o'tish zonasida o'z o'tkazuvchanligi va qarshilikning muhim qiymatiga ega bo'lgan qismning mavjudligi bilan tavsiflanadi. Yorug'lik oqimi ushbu qismga tushganda, juft teshiklar va elektronlar paydo bo'ladi. Ushbu sohadagi elektr maydoni doimiy, bo'sh joy uchun zaryad yo'q. Ushbu yordamchi qatlam yarimo'tkazgichning ish chastota diapazonini kengaytiradi. Funktsional maqsadlariga ko'ra p-i-n-fotodiodlar detektor, aralashtirish, parametrik, cheklash, ko'paytirish, sozlash va boshqalarga bo'linadi. Ko'chkiUshbu tur juda sezgir. Uning vazifasi yorug'lik oqimini ko'chkini ko'paytirish effekti yordamida kuchaytirilgan elektr signaliga aylantirishdir. U kam yorug'lik oqimi sharoitida ishlatilishi mumkin. Ko'chki fotodiodlari signal uzatilishidagi shovqinlarni kamaytirish uchun ustki taxtalardan foydalanadi. Shotki to'sig'iU metall va yarim o'tkazgichdan iborat bo'lib, uning atrofida elektr maydon hosil bo'ladi. An'anaviy p-i-n-tipli fotodiodlardan asosiy farq - qo'shimcha emas, balki asosiy zaryad tashuvchilaridan foydalanish. HeterostrukturaU har xil tarmoqli teshiklari bo'lgan ikkita yarim o'tkazgichdan hosil bo'ladi. Ularning orasidagi qatlam heterojen deb ataladi. Bunday yarimo'tkazgichlarni tanlab, to'lqin uzunligi to'liq diapazonida ishlaydigan qurilmani yaratish mumkin. Uning kamchiligi ishlab chiqarishning yuqori murakkabligidir. Fotodiodlarning qo'llanilishi
Boshqa foydalanish sohalari: optik tolali liniyalar, lazerli masofani aniqlash moslamalari, pozitron emissiya tomografiyasi qurilmalari. |
www.radioelementy.ru
Fotodiodlar
Fotodiodni bitta p-n birikmasi bo'lgan yarimo'tkazgichli asbob deb atash odatiy holdir, uning oqim kuchlanishi unga ta'sir etadigan yorug'likka bog'liq.
Fotodiodning an'anaviy grafik belgilanishi, tuzilishi va ko'rinishi shakl. 17.6.
Shakl: 17.6. Fotodiod:
a - an'anaviy grafik belgilash; b - tuzilish; v - tashqi ko'rinish
Eng oddiy fotodiod an'anaviy yarimo'tkazgichli diyot bo'lib, unda pn birikmasiga optik nurlanish qo'llanilishi mumkin. Muvozanat holatida, radiatsiya oqimi umuman yo'q bo'lganda, tashuvchilarning kontsentratsiyasi, potentsial taqsimoti va fotodiodning energiya tasmasi diagrammasi odatdagi p-n birikmasiga to'liq mos keladi (1.3-rasmga qarang).
P-n birikmasi tekisligiga perpendikulyar yo'nalishda nurlanish ta'sirida, tasma oralig'idan kattaroq energiyaga ega fotonlarni yutishi natijasida n mintaqada elektron teshik juftlari paydo bo'ladi. Ushbu elektronlar va teshiklar fotokarerlar deb ataladi. Fotokarerlarning n mintaqasiga chuqur tarqalishi paytida elektronlar va teshiklarning aksariyati rekombinatsiya qilishga ulgurmaydi va pn o'tish chegarasiga etadi. Bu erda fotokariyerlar p-n birikmasining elektr maydoni bilan ajralib turadi va teshiklar p mintaqasiga o'tadi va elektronlar o'tish maydonini yengib o'tolmay, p-n birikmasi va n mintaqasi chegarasida to'planadi. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, p-n birikmasi orqali oqim asosiy bo'lmagan tashuvchilar - teshiklarning siljishidan kelib chiqadi. Fotokariyerning drift oqimi odatda fototok deb ataladi.
Fotokariyerlar - teshiklar p mintaqani n mintaqaga nisbatan ijobiy, zaryadlovchi esa elektronlar - n mintaqani n mintaqaga nisbatan zaryad qiladi. Olingan potentsial farq odatda foto EMF Ef deb nomlanadi. Fotodiodda hosil bo'lgan oqim teskari bo'lib, u katoddan anodga yo'naltiriladi va uning qiymati qanchalik katta bo'lsa, yorug'lik shunchalik katta bo'ladi.
Fotodiodlar ikki rejimning birida - tashqi elektr energiyasi manbai (konvertor rejimi) yoki tashqi elektr energiyasi manbai (generator rejimi) bilan ishlashi mumkin.
Fotodiod konvertor rejimida ishlaganda, unga teskari kuchlanish qo'llaniladi (17.7-rasm, a). Fotodiodning I - V xarakteristikasining teskari tarmoqlari har xil yoritish darajalarida F, F1, F2 da ishlatiladi (17.7-rasm, b).
Yoritish darajasiga bog'liqlikni hisobga olgan holda, fotodiodning teskari oqimi o'zgaradi va yuk qarshiligidagi kuchlanish o'zgaradi. Temir yo'llarni avtomatlashtirish tizimlarida germaniy fotosensor shu sxema bo'yicha qizdirilgan o'q qutisini aniqlash uchun moslamalarga kiritilgan (germaniy infraqizil nurlariga sezgir, kremniy esa ko'rinadigan yorug'likka sezgir).
| va) | b) |
Shakl: 17.7. Fotokonverter rejimida fotodiod ishlash:
a - ulanish diagrammasi; b - volt-amper xarakteristikalari
Jeneratör rejimida ishlaydigan fotodiodlar quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantiradigan quvvat manbalari sifatida ishlatiladi. Οʜᴎ quyosh xujayralari deb ataladi va quyosh xujayralarining bir qismidir. Quyosh batareyasining chiqish kuchlanishi yorug'lik darajasiga juda bog'liq. Yukdagi barqaror kuchlanishni olish uchun quyosh batareyasi akkumulyator bilan birgalikda ishlatiladi. Quyosh batareyasini batareyasi diagrammasi shakl. 17.8.
Shakl: 17.8. Quyosh batareyasini batareyaning sxematik diagrammasi
Maksimal yoritishda quyosh batareyasi yukni quvvatlantiradi va batareyani zaryad qiladi. Ref.rf-ga joylashtirilgan Zulmatda yuk faqat batareyadan ishlaydi va batareyaning quyosh batareyasiga tushmasligi uchun VD1 diodasi sxemaga o'rnatiladi.
Kremniy quyosh xujayralarining samaradorligi taxminan 20% ni tashkil qiladi. Quyosh xujayralarining muhim texnik parametrlari ularning chiqish quvvati bilan quyosh xujayrasi egallagan massa va maydonga nisbati. Ushbu parametrlar mos ravishda 200 Vt / kg va 1 kVt / m2 qiymatiga etadi.
Fotodiodlar haqida batafsil ma'lumot adabiyotda keltirilgan.
Shuningdek o'qing
14-ma'ruza Fotorezistorlar yarimo'tkazgichli qurilmalar deb ataladi, ularning printsipi yorug'lik nurlari ta'sirida yarimo'tkazgichning qarshiligining o'zgarishiga asoslangan. 7.31-rasmda 1, ... dielektrik substratdan iborat fotorezistor qurilmasi ko'rsatilgan [batafsil ma'lumot].
Fotodiodlar - bu yarimo'tkazgichli diodalar, ular ichida teskari oqim miqdori yorug'lik bilan boshqariladi. Fotodiod shu tarzda ishlab chiqilganki, u - o'tishga engil kirishni ta'minlaydi. Teskari kuchlanishli fotodiodda yorug'lik oqimi bo'lmagan taqdirda ... [batafsil ma'lumot].
Shakl: 9. Fotorezistor rejimidagi fotodiod Fotorezistor rejimidagi fotodiod va uning I - V xarakteristikasi shakl. 9. Fotodiodga EMF manbasidan teskari kuchlanish qo'llaniladi, shuning uchun uning tutashuvi yopiladi. Agar oqim nolga teng bo'lsa, u holda fotodiod orqali teskari oqim taxminan ... [batafsil ma'lumot].
Fotodiod - bu yorug'lik energiyasini elektr energiyasiga aylantirish jarayonini aks ettiruvchi ichki fotoelektrik effektga ega bo'lgan yarimo'tkazgichli fotoelektrik qurilma. Ichki fotoelektr effekti shundaki, yorug'lik nurlanishi energiyasi ta'sirida p - n - o'tish joyida ... [batafsilroq]
Fotodiod - bu elektron-teshik birikmasiga ega bo'lgan fotovoltaik detektor bo'lib, uning nur bilan nurlanishi teskari oqimning ko'payishiga olib keladi. Fotodiodning yarimo'tkazgichi moddasi odatda kremniy, kumush sulfid, talliy sulfidi yoki galyum arseniddir .... [batafsilroq]
Fotodetektorlar. Yassi va proektsion tipdagi skanerlarda zaryad bilan bog'langan qurilmalar (CCD), barabanli skanerlarda esa fototizuvchi naychalar va fotodiodlar qo'llaniladi. Ba'zan buning aksi bo'ladi. CCD ning ishlashi MOS konstruktsiyali kondansatörlarning xususiyatiga asoslanadi (metall oksidi -... [batafsil ma'lumot].
Fotodiod an'anaviy pn birikmasining tuzilishiga ega. Fotodiodning teskari oqimi yorug'lik darajasiga bog'liq. Fotodiodlar shaffof oynali metall korpusga joylashtirilgan. Fotodiodning an'anaviy grafik tasviri va unga tenglashtirilgan elektron 3.11-rasmda keltirilgan. Fig.3.12 da ... [batafsil ma'lumot]
referatwork.ru
Fotodiodlar | Texnika va dasturlar
Fotodiod printsipi
Yarimo'tkazgichli fotodiod - bu teskari oqim yoritilishiga bog'liq bo'lgan yarimo'tkazgichli diod.
Odatda, fotodiod sifatida tashqi quvvat manbai tomonidan teskari yo'naltirilgan pn birikmasi bo'lgan yarimo'tkazgichli diodlardan foydalaniladi. Yorug'lik kvantlari pn birikmasida yoki unga qo'shni joylarda yutilganda, yangi zaryad tashuvchilar paydo bo'ladi. Pn birikmasiga tutash mintaqalarda diffuziya uzunligidan oshmaydigan masofada paydo bo'lgan ozchilik zaryad tashuvchilar pn birikmasiga tarqalib, u orqali elektr maydon ta'sirida * o'tishadi. Ya'ni, yoritilganida teskari oqim kuchayadi. Kvantlarning to'g'ridan-to'g'ri pn birikmasiga singishi shunga o'xshash natijalarga olib keladi. Orqaga oqim kuchayadigan miqdor fototok deb ataladi.
Fotodiod xususiyatlari
Fotodiodning xususiyatlari quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanishi mumkin:
Fotodiodning oqim kuchlanish xarakteristikasi doimiy yorug'lik oqimidagi yorug'lik oqimi va 1 m qorong'u oqimning voltajga bog'liqligidir.
Fotodiodning yorug'lik xarakteristikasi fototokning yoritishga bog'liqligi bilan aniqlanadi. Yorug'likning oshishi bilan fotosurat kuchayadi.
Fotodiodning spektral xarakteristikasi - bu fototokning fotodiodga tushayotgan nurning to'lqin uzunligiga bog'liqligi. U uzun to'lqin uzunliklarida tasma oralig'i bilan, qisqa to'lqinlarda esa katta yutilish koeffitsienti va yorug'lik kvantlarining 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.
Vaqt konstantasi - fotodiod oqimi yoritilgandan keyin yoki fotodiod barqaror holat qiymatiga nisbatan e (63%) koeffitsienti bilan qoraygandan keyin o'zgaradigan vaqt.
To'q qarshilik - bu yorug'lik bo'lmaganda fotodiodning qarshiligi.
Integral sezgirlik quyidagi formula bilan aniqlanadi:
bu erda 1ph - fototok, F - yoritish.
Atalet
Qat'iylikka ta'sir qiluvchi uchta jismoniy omil mavjud:
1. Muvozanatsiz tashuvchilarning t poydevori orqali tarqalish yoki siljish vaqti;
2. pn o'tish orqali parvoz vaqti t,;
3. RC6ap vaqt doimiysi bilan tavsiflangan pn birikmasining to'siq sig'imining zaryad vaqti.
Teskari voltajga va bazadagi aralashmalarning kontsentratsiyasiga bog'liq bo'lgan pn birikmasining qalinligi odatda 5 mkm dan kam, ya'ni m 0,1 ns. RC6ap pn birikmasining to'siq sig'imi bilan aniqlanadi, bu fotodiod poydevorining tashqi zanjirdagi kam yuk qarshiligidagi kuchlanishi va qarshiligiga bog'liq. RC6ap odatda bir necha nanosaniyadir.
Fotodiod samaradorligi va quvvatni hisoblash
Samaradorlik quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:
bu erda Rosv - yorug'lik kuchi; Men hozirgi kuch;
U - fotodioddagi kuchlanish.
Fotodiod quvvatini hisoblash shakl. 2.12 va 2.1-jadval.
Shakl: 2.12. Fotodiod quvvatining kuchlanish va oqimga bog'liqligi
Fotodiodning maksimal quvvati berilgan to'rtburchakning maksimal maydoniga to'g'ri keladi.
2.1-jadval. Quvvat samaradorlikka nisbatan
| Yoritish quvvati, mVt | Joriy kuch, mA | Kuchlanish, V | |
Fotodiodni oltoelektronikada qo'llash
Fotodiod ko'plab murakkab optoelektronik qurilmalarda ajralmas element hisoblanadi:
Optoelektronik integral mikrosxemalar.
Fotodiod tezkor bo'lishi mumkin, ammo uning fototok kuchi birlikdan oshmaydi. Optik aloqa mavjudligi sababli, optoelektronik integral mikrosxemalar bir qator muhim afzalliklarga ega, ya'ni: ular orasidagi kuchli funktsional aloqani saqlab, elektr zanjirlaridan boshqarish sxemalarini deyarli ideal galvanik izolyatsiyasi.
Ko'p elementli fotodetektorlar.
Ushbu qurilmalar (skanistor, MOS tranzistorli boshqaruvi bilan fotodiodlar qatori, zaryad bilan bog'langan fotosensitiv qurilmalar va boshqalar) eng tez rivojlanayotgan va ilg'or elektron mahsulotlar qatoriga kiradi. Fotodiodga asoslangan optoelektrik "ko'z" nafaqat yorqinlik-vaqtinchalik, balki ob'ektning fazoviy xususiyatlariga ham javob berishga qodir, ya'ni uning to'liq ingl.
Qurilmadagi fotosensitiv hujayralar soni juda ko'p, shuning uchun diskret fotodetektorning barcha muammolaridan tashqari (sezgirlik, tezlik, spektral mintaqa) ma'lumotni o'qish muammosini hal qilish kerak. Barcha ko'p elementli fotodetektorlar - skanerlash tizimlari, ya'ni izlanayotgan makonni ketma-ket ko'rish (elementar parchalanish) bilan tahlil qilishga imkon beruvchi qurilmalar.
Tasvirlarni idrok etish qanday?
Kuzatuv ob'ekti yorqinligining taqsimlanishi optik tasvirga aylantiriladi va yorug'likka sezgir yuzaga qaratiladi. Bu erda yorug'lik energiyasi elektr energiyasiga aylanadi va har bir elementning (oqim, zaryad, kuchlanish) reaktsiyasi uning yoritilishiga mutanosibdir. Yorqinlik naqshlari elektr relefiga aylantiriladi. Skanerlash sxemasi har bir elementning davriy ketma-ket so'rovini o'tkazadi va tarkibidagi ma'lumotlarni o'qiydi. Keyin, qurilmaning chiqishida biz qabul qilingan tasvir kodlangan video impulslar ketma-ketligini olamiz.
Ko'p elementli fotodetektorlarni yaratishda ularning konversiya va skanerlash funktsiyalarini eng yaxshi bajarilishini ta'minlashdan iborat. Optokupller.
Optoelektronik moslama optoelektronik qurilma deb ataladi, unda radiatsion manba va qabul qilgich mavjud bo'lib, ular orasida bir yoki boshqa turdagi optik ulanish mavjud bo'lib, ular tizimli ravishda birlashtirilgan va bitta korpusga joylashtirilgan. Emitent ulangan boshqaruv zanjiri (oqim kuchi kichik, bir necha mA darajadagi) va fotodetektor ishlaydigan ijro etuvchi zanjir o'rtasida elektr (galvanik) aloqa mavjud emas va boshqarish to'g'risidagi ma'lumotlar yorug'lik nurlanishi orqali uzatiladi.
Optoelektronik juftlikning bu xususiyati (va ba'zi bir optokupllarning bir-birlari bilan bog'liq bo'lmagan bir nechta, hatto optik optik juftlar ham mavjud) elektron tugunlarda ajralmas bo'lib chiqdi, bu erda chiqadigan elektr zanjirlarining kirishiga ta'sirini iloji boricha yo'q qilish kerak edi. Barcha diskret elementlar (tranzistorlar, tiristorlar, mikrosxemalar, bu kommutatsiya majmuasi yoki yuqori quvvat yukini almashtirishga imkon beradigan chiqishi bilan mikrosxemalar), boshqarish va ijro etuvchi zanjirlar bir-biriga elektr bilan bog'langan. Agar yuqori voltaj yuki o'zgartirilsa, bu ko'pincha qabul qilinishi mumkin emas. Bundan tashqari, natijada yuzaga keladigan teskari aloqa muqarrar ravishda qo'shimcha shovqinlarning paydo bo'lishiga olib keladi.
Strukturaviy ravishda, fotodetektor korpusning pastki qismida, emitent esa yuqori qismida o'rnatiladi. Emitent va fotodetektor orasidagi bo'shliq immersion material bilan to'ldiriladi - ko'pincha bu rolni polimer optik elim o'ynaydi. Ushbu material nurlanishni fotodetektorning sezgir qatlamiga qaratadigan ob'ektiv vazifasini bajaradi. Immersion material nurlanishni fotodetektorning ish maydoni tashqarisiga tarqalishini oldini olish uchun ichkariga yorug'lik nurlarini aks ettiruvchi maxsus plyonka bilan yopiladi.
Optokupllarda emitentlarning roli, qoida tariqasida, galyum arsenidli LEDlar tomonidan bajariladi. Optokupllarda fotosensitiv elementlar fotodiodlar (AOD seriyali optokupllar ...), fototransistorlar, fototrinistorlar (AOU seriyali optokupllar.,.) Va yuqori darajada integrallangan fotoelele sxemalari bo'lishi mumkin. Masalan, diod optokuplda kremniyga asoslangan fotodiod fotodetektor elementi sifatida ishlatiladi va infraqizil nurlantiruvchi diod emitent bo'lib xizmat qiladi. Diyot nurlanishining maksimal spektral xarakteristikasi taxminan 1 mm to'lqin uzunligiga to'g'ri keladi. Diyot optokupllari fotodiod va fotogenerator rejimlarida qo'llaniladi.
Transistorli optokupllar (AOT seriyasi ...) diodalarga nisbatan bir qancha afzalliklarga ega. Bipolyar tranzistorning kollektor oqimi ham optik (LEDda ishlaydigan), ham elektr zanjiri bo'ylab boshqariladi (bu holda, optoelementning boshqarish LEDidan nurlanish bo'lmagan taqdirda fototransistorning ishlashi oddiy silikon tranzistorning ishlashi bilan bir xil bo'ladi). Dala effektli tranzistor eshik zanjiri orqali boshqariladi.
Bundan tashqari, fototransistor kalit va kuchaytiruvchi rejimlarda, fotodiod esa faqat kalitda ishlashi mumkin. Kompozit tranzistorli Optokupller (masalan, AOT1YUB) eng yuqori daromadga ega (kompozit tranzistorda odatdagi tugun kabi), ular kuchlanish va oqimni etarlicha katta qiymatlarga o'tkaza oladilar va ushbu parametrlarga ko'ra faqat tiristor optokupllari va optoelektronik o'rni KR293KP2 - KR293P, yuqori voltli va yuqori oqim davrlarini almashtirish uchun moslangan. Bugungi kunda K449 va K294 seriyasining yangi optoelektronik o'rni chakana savdoda paydo bo'ldi. K449 seriyali 150 mA gacha bo'lgan oqimlarda 400 V gacha bo'lgan kuchlanishni almashtirishga imkon beradi. To'rt pinli ixcham DIP-4 paketidagi bunday mikrosxemalar kam quvvatli elektromagnit o'rni o'rnini bosadi va o'rni bilan solishtirganda juda ko'p afzalliklarga ega (jim ishlash, ishonchlilik, chidamlilik, mexanik kontaktlarning kamligi, ish kuchlanishining keng diapazoni). Bundan tashqari, ularning arzon narxlari qimmatbaho metallardan foydalanishga hojat yo'qligi bilan bog'liq (o'rni, ular kommutatsiya kontaktlarini qoplaydi).
Rezistorli optokupllarda (masalan, OEP-1) i-emitrlar elektr energiyali mini-akkor lampalar bo'lib, ular bitta korpusga joylashtirilgan.
GOSTga ko'ra, optokupllarning grafik belgilariga shartli kod - lotincha U harfi, so'ngra devordagi qurilmaning seriya raqami beriladi.
Kitobning 3-bobida optokupllardan foydalanishni aks ettiruvchi qurilmalar va qurilmalar tasvirlangan.
Surat detektorlarini qo'llash
Har qanday optoelektronik qurilmada fotodetektor birligi mavjud. Va aksariyat zamonaviy optoelektronik qurilmalarda fotodiod fotodetektorning asosini tashkil etadi.
Boshqa, murakkabroq fotodetektorlar bilan taqqoslaganda, ular harorat ko'rsatkichlarining eng yuqori barqarorligi va eng yaxshi operatsion xususiyatlariga ega.
Odatda ta'kidlangan asosiy kamchilik - bu kuchaytirishning etishmasligi. Ammo bu o'zboshimchalik bilan. Deyarli har qanday optoelektronik qurilmada fotodetektor u yoki bu mos elektron sxemada ishlaydi. Va unga kuchaytiruvchi bosqichni kiritish fotodetektorni kuchaytirish funktsiyalari uchun odatiy bo'lmaganidan ko'ra ancha sodda va maqsadga muvofiqdir.
Yorug'lik tebranishlarining chastotasi (taxminan 1015 Hz) o'zlashtirilgan radiotexnik diapazonga nisbatan 103 ... 104 baravar yuqori bo'lganligi sababli optik kanalning yuqori ma'lumot hajmi. Yorug'lik tebranishlarining to'lqin uzunligining kichik qiymati optik saqlash qurilmalarida (108 bit / sm2 gacha) ma'lumotlarni yozib olishning yuqori zichligini ta'minlaydi.
Nurning burchak divergensiyasi to'lqin uzunligiga mutanosib va \u200b\u200bbir daqiqadan kam bo'lishi mumkinligi sababli yorug'lik nurlanishining keskin yo'nalishi (aniqligi). Bu elektr energiyasini kosmosning istalgan sohasiga kontsentratsiyali va kam yo'qotish bilan o'tkazishga imkon beradi.
Yorug'lik nurini er-xotin vaqtinchalik va fazoviy-modulyatsiya qilish imkoniyati. Optoelektronikadagi manba va qabul qilgich bir-biriga elektr bilan bog'lanmaganligi va ular orasidagi aloqa faqat yorug'lik nurlari (elektr neytral fotonlar) orqali amalga oshirilganligi sababli ular bir-biriga ta'sir qilmaydi. Va shuning uchun optoelektronik qurilmada axborot oqimi faqat bitta yo'nalishda - manbadan qabul qiluvchiga uzatiladi. Optik nurlanish tarqaladigan kanallar bir-biriga ta'sir qilmaydi va elektromagnit parazitga deyarli sezgir emas, bu ularning yuqori shovqin immunitetini belgilaydi.
Fotodiodlarning muhim xususiyati ularning yuqori tezligi. Ular bir necha MGts gacha bo'lgan chastotalarda ishlashlari mumkin. odatda germaniy yoki kremniydan tayyorlanadi.
Fotodiod potentsial ravishda keng polosali qabul qiluvchidir. Bu uning keng qo'llanilishini va mashhurligini tushuntiradi.
IQ spektri
Infraqizil nurlantiruvchi diod (IQ diod) bu yarimo'tkazgichli diod bo'lib, u orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tayotganda spektrning infraqizil mintaqasida elektromagnit energiya chiqaradi.
Inson ko'ziga ko'rinadigan nurlanish spektridan farqli o'laroq (masalan, galyum fosfid asosida odatdagi yorug'lik chiqaradigan diod ishlab chiqaradi), infraqizil nurlanishni inson ko'zi anglay olmaydi, lekin bu nurlanish spektriga sezgir bo'lgan maxsus qurilmalar yordamida qayd qilinadi. IQ spektrining mashhur fotorezion diodalari orasida MDK-1, FD263-01 va shunga o'xshash narsalarga sezgir moslamalarni ta'kidlash mumkin.
IQ chiqaradigan diodalarning spektral xarakteristikalari 0,87 ... 0,96 mkm to'lqin uzunligi oralig'ida aniq maksimalga ega. Ushbu qurilmalarning radiatsiya samaradorligi va samaradorligi yorug'lik chiqaradigan diodalarga qaraganda yuqori.
IQ diodlari asosida (elektron konstruktsiyalarda IQ spektri impulslarining transmitterlari sifatida muhim o'rin tutadi), optik tolali liniyalar (tezligi va shovqin immuniteti bilan ajralib turadi), ko'p qirrali elektron uy jihozlari va, albatta, elektron xavfsizlik bloklari ishlab chiqilgan. Buning o'ziga xos afzalligi bor, chunki IQ nurlari inson ko'ziga ko'rinmaydi va ba'zi hollarda (bir nechta ko'p yo'nalishli IQ nurlari ishlatilishi sharti bilan) "signal" rejimiga o'tguncha xavfsizlik moslamasining o'zi borligini vizual ravishda aniqlash mumkin emas). IQ emitrlari asosida xavfsizlik tizimlarini ishlab chiqarish va ularga xizmat ko'rsatish sohasidagi tajribalar hali ham IQ emitentlarining ish holatini aniqlash bo'yicha ba'zi tavsiyalar berishga imkon beradi.
Agar siz IQ diyotining chiqadigan yuzasiga (masalan, AL147A, AL156A) diqqat bilan qarasangiz, unga boshqaruv signali qo'llanilganda, siz zaif qizil porlashni sezasiz. Ushbu porlashning yorug'lik spektri albino hayvonlarining (kalamushlar, hamsterlar va boshqalar) ko'zlari rangiga yaqin. Zulmatda IQ porlashi yanada ravshanroq. Shuni ta'kidlash kerakki, tibbiyot nuqtai nazaridan uzoq vaqt davomida IQ yorug'lik energiyasini chiqaradigan moslamani ko'rib chiqish istalmagan.
Xavfsizlik tizimlaridan tashqari, hozirgi vaqtda IQ chiqaradigan diodlar avtoulovlar uchun signal signallari, masofa uchun turli xil simsiz signal uzatgichlarida qo'llaniladi. Masalan, kuchaytirgichdan uzatuvchiga modulyatsiya qilingan past chastotali signalni ulab, siz IR masofaviy qabul qilgich yordamida ma'lum masofada (radiatsiya quvvati va relyefiga qarab) audio ma'lumot tinglashingiz mumkin, telefon suhbatlari masofadan ham uzatilishi mumkin. Ushbu usul bugungi kunda samarasiz, ammo u hali ham uy radiotelefoniga muqobildir. IQ chiqaradigan diodlarning eng mashhur (kundalik hayotda) qo'llanilishi turli xil maishiy texnika uchun masofadan boshqarish pulti hisoblanadi.
Masofadan boshqarish pultining qopqog'ini ochib, har qanday radio havaskoriga osongina ishonch hosil qilish mumkinligi sababli, ushbu qurilmaning elektron sxemasi murakkab emas va uni muammosiz takrorlash mumkin. Ba'zi birlari ushbu kitobning uchinchi bobida tasvirlangan havaskor radio dizaynlarida IQ chiqaradigan va qabul qiluvchi qurilmalari bo'lgan elektron qurilmalar sanoat qurilmalariga qaraganda ancha sodda.
IQ diodlarining statik ish rejimlarini aniqlaydigan parametrlar (to'g'ridan-to'g'ri va teskari maksimal ruxsat etilgan kuchlanish, to'g'ridan-to'g'ri oqim va boshqalar) fotodiodlarning parametrlariga o'xshashdir. IQ diodalari uchun aniqlanadigan asosiy o'ziga xos parametrlar:
Radiatsiya quvvati - Rizl - diod tomonidan chiqarilgan ma'lum bir spektral tarkibdagi radiatsiya oqimi. IQ nurlanishining manbai sifatida diyotning xarakteristikasi vatt-amper xarakteristikasidir - W (milliwatt) dagi nurlanish kuchining diyot orqali o'tadigan old oqimga bog'liqligi. Diyotning nurlanish sxemasi nurlanish yo'nalishi va qurilmaning optik o'qi orasidagi burchakka qarab nurlanish quvvatining pasayishini ko'rsatadi. Zamonaviy IQ diodalari yuqori yo'naltirilgan va diffuz nurlanish o'rtasida farq qiladi.
Elektron komponentlarni loyihalashda IQ signalining uzatish diapazoni to'g'ridan-to'g'ri moyillik burchagiga (qurilmaning uzatuvchi va qabul qiluvchi qismlarining kombinatsiyasi) va IQ diodasining quvvatiga bog'liqligini yodda tutish kerak. IQ diodalarini almashtirishda ushbu radiatsiya quvvati parametrini hisobga olish kerak. Mahalliy IQ diodalari bo'yicha ba'zi ma'lumotlarning ma'lumotlari jadvalda keltirilgan. 2.2.
Chet el va mahalliy qurilmalarning almashinuvchanligi to'g'risidagi ma'lumotlar ilovada keltirilgan. Bugungi kunda radio-havaskorlar orasida IR diodalarining eng mashhur turlari AL 156 va AL147 modellari qatoriga kiradi. Ular ko'p qirrali va narx jihatidan maqbuldir.
Impulsli nurlanish kuchi - Rizl im - diyot orqali to'g'ridan-to'g'ri oqimning ma'lum bir zarbasida o'lchangan nurlanish oqimining amplitudasi.
Radiatsiya spektrining kengligi - bu nurlanishning spektral quvvat zichligi maksimal darajaning yarmiga teng bo'lgan to'lqin uzunligi oralig'i.
Maksimal ruxsat etilgan to'g'ridan-to'g'ri impuls oqimi 1 dona (IQ diodalari asosan impuls ish rejimida ishlatiladi).
2.2-jadval. Infraqizil nurli diodlar
| Radiatsiya quvvati, mVt | To'lqin uzunligi, mm | Spektrning kengligi, mkm | Qurilmaning kuchlanishi, V | Radiatsiya burchagi, daraja |
|
| ma'lumotlar yo'q | ma'lumotlar yo'q |
||||
THaprad nurlanish impulsining ko'tarilish vaqti - bu diod nurlanish kuchi maksimal qiymatdan 10 dan 100% gacha ko'tariladigan vaqt oralig'i.
TcnM3J1 pulsining parchalanish vaqti parametri oldingisiga o'xshaydi.
Vazifa tsikli - Q - impulsli tebranishlar davrining impuls davomiyligiga nisbati.
Takrorlash uchun tavsiya etilgan elektron komponentlar (ushbu kitobning 3-bobi) modulyatsiyalangan IQ signalini uzatish va qabul qilish printsipiga asoslanadi. Ammo nafaqat ushbu shaklda, balki siz IQ diyotining ishlash printsipidan foydalanishingiz mumkin. Bunday opto-relelar nurlarning aks etishiga javoban ham ishlashi mumkin (fotodetektor emitent yoniga joylashtirilgan). Ushbu tamoyil ob'ekt yoki shaxsning birlashtiruvchi qabul qiluvchi-qabul qiluvchiga yaqinlashishiga javob beradigan elektron birliklarda mujassamlangan bo'lib, ular xavfsizlik tizimlarida sensor sifatida ham xizmat qilishi mumkin.
IQ diodlari va ularga asoslangan qurilmalardan foydalanishning cheksiz ko'p variantlari mavjud va ular faqat radio havaskorning ijodiy yondashuvi samaradorligi bilan cheklangan.
nauchebe.net
Fotodiod bu ... Fotodiod nima?
Fotodiod FD-10-100 faol maydoni-10x10 mm² FD1604 (hujayraning faol maydoni 1,2x4mm2 - 16 dona) Diagrammalar bo'yicha belgilashFotodiod - pn birikmasidagi jarayonlar tufayli o'zining sezgir maydoniga tushadigan yorug'likni elektr zaryadiga aylantiradigan optik nurlanish qabul qiluvchisi.
Fotodiod, uning ishi fotovoltaik ta'sirga asoslangan (elektronlar va teshiklarni p- va n-hududlarda ajratish, shu tufayli zaryad va EMF hosil bo'ladi). P-n fotodiodlardan tashqari, p-i-n fotodiodlar mavjud bo'lib, ularda p- va n- qatlamlari orasida yarim o'tkazgich i qatlami mavjud. p-n va p-i-n fotodiodlar yorug'likni faqat elektr tokiga aylantiradi, ammo qor ko'chkisi fotodiodlari va fototransistorlaridan farqli o'laroq, uni kuchaytirmaydi.
Tavsif
Fotodiodning blok diagrammasi. 1 - yarimo'tkazgich kristall; 2 - kontaktlar; 3 - xulosalar; Φ - elektromagnit nurlanish oqimi; E - doimiy oqim manbai; RH - yuk.Ish printsipi:
Bazada radiatsiya kvantlari ta'sirida pn birikmasi chegarasiga shoshiluvchi erkin tashuvchilar hosil bo'ladi. Baza kengligi (n-mintaqa) shunday hosil qilinganki, teshiklar p-mintaqaga o'tmasdan oldin birlashishga ulgurmaydi. Fotodiod oqimi ozchilikni tashuvchilar oqimi - drift oqimi bilan aniqlanadi. Fotodiodning tezligi p-n-birikmaning maydoni va p-n-birikmaning Cp-n sig'imi bilan tashuvchini ajratish tezligi bilan belgilanadi.
Fotodiod ikki rejimda ishlashi mumkin:
- fotovoltaik - tashqi kuchlanish yo'q
- fotodiod - tashqi teskari kuchlanish bilan
Xususiyatlari:
- ishlab chiqarish texnologiyasi va tuzilishining soddaligi
- yuqori sezgirlik va tezlikning kombinatsiyasi
- past tayanch qarshiligi
- past inertsiya
Fotodiodlarning parametrlari va xususiyatlari
Tanlovlar:
- sezgirlik kirishga bitta optik signal berilganda fotodiodning chiqishidagi elektr holatining o'zgarishini aks ettiradi. Miqdoriy ravishda sezgirlik fotodetektorning chiqishida olingan elektr xarakteristikasining o'zgarishini yorug'lik oqimiga yoki unga sabab bo'lgan nurlanish oqimiga nisbati bilan o'lchanadi. ; - yorug'lik oqimi uchun oqim sezgirligi; - voltaik energiya oqimining sezgirligi
- shovqin Foydali signaldan tashqari, fotodiodning chiqishida 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.
Xususiyatlari:
- oqim kuchlanishining xarakteristikasiga (VAC) chiqish voltajining kirish oqimiga bog'liqligi.
- spektral xarakteristikalar fotodokning fotodiodga tushayotgan nur to'lqin uzunligiga bog'liqligi. U uzun to'lqin uzunliklari tomonidan bandgap bilan, kichik to'lqin uzunliklarida katta assimilyatsiya 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.
- yorug'lik xususiyatlari Fototokning yoritilishga bog'liqligi yorug'lik oqimiga 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 konstantasi - fotodiodning fotosurati yoritilgandan keyin yoki fotodiod barqaror holat qiymatiga nisbatan e (63%) koeffitsienti bilan qoraygandan keyin o'zgaradigan vaqt.
- yorug'lik bo'lmaganda fotodiodning qorong'u qarshilik qarshiligi.
- harakatsizlik
Tasnifi
- P-i-n tuzilishida o'rta i-mintaqa bir-biriga qarama-qarshi o'tkazuvchanlikning ikkita mintaqasi orasida joylashgan. Etarli darajada yuqori voltajda u i-mintaqaga kirib boradi va nurlanish paytida fotonlar tufayli paydo bo'lgan erkin tashuvchilar p-n birikmalarining elektr maydoni bilan tezlashadi. Bu ishlash va sezgirlikni oshirishga olib keladi. P-i-n fotodiodda javob tezligining oshishi diffuziya jarayoni kuchli elektr maydonida elektr zaryadlarining siljishi bilan almashtirilganligi bilan bog'liq. Urev≈0.1V p-i-n da allaqachon fotodiod tezligi ustunlikka ega.
- Shotti fotodiod (Shotki to'siqli fotodiod) Metall-yarimo'tkazgich tuzilishi. Tuzilish hosil bo'lganda, elektronlarning bir qismi metalldan p tipidagi yarimo'tkazgichga o'tadi.
- Ko'chki fotodiod
- Tuzilishda ko'chki buzilishi qo'llaniladi. Fotokariyerlarning energiyasi elektron teshik juftlarining hosil bo'lish energiyasidan oshib ketganda paydo bo'ladi. Juda sezgir. Hisoblash uchun ko'chkini ko'paytirish koeffitsienti mavjud: Qor ko'chkisini ko'paytirishni amalga oshirish uchun ikkita shart bajarilishi kerak: 1) kosmik zaryad mintaqasining elektr maydoni o'rtacha bo'sh yo'l orqali elektron energiya olish uchun etarlicha katta bo'lishi kerak, bu tarmoqli oralig'idan kattaroq: 2) kosmik zaryad mintaqasining kengligi o'rtacha erkin yo'ldan sezilarli darajada katta bo'lishi kerak: ichki daromad qiymati fotodiodlar turiga qarab M \u003d 10-100 ga teng.
- Geterostrukturali fotodiod Heterojunksiya - bu turli xil o'tkazgichlar oralig'idagi ikkita yarim o'tkazgich interfeysida paydo bo'ladigan qatlam. Bitta p + qatlami "qabul qiluvchi oyna" rolini o'ynaydi. Zaryadlar markaziy maydonda hosil bo'ladi. Har xil tarmoqli bo'shliqlari bo'lgan yarimo'tkazgichlarni tanlab, to'lqin uzunligining butun diapazonini qoplash mumkin. Kamchilik - bu ishlab chiqarishning murakkabligi.
Oddiy fotodiod an'anaviy yarimo'tkazgichli diyot bo'lib, u p - n birikmasiga optik nurlanish ta'sirini ta'minlaydi.
Balansli holatda, radiatsiya oqimi 100% yo'q bo'lganda, fotodiodning tashuvchisi kontsentratsiyasi, potentsial taqsimoti va energiya tasmasi diagrammasi 100% oddiy pn tuzilishiga mos keladi.
P-n-birikma tekisligiga perpendikulyar yo'nalishda nurlanish ta'sirida, energiyani noqonuniy zonaning kengligidan katta bo'lgan fotonlarni yutish natijasida n-mintaqada elektron teshik juftlari paydo bo'ladi. Ushbu elektronlar va teshiklar deyiladi foto tashuvchilar.
Fotokarerlarning n-mintaqaga chuqur tarqalishi paytida elektronlar va teshiklarning aksariyati rekombinatsiya qilishga va p - n-birikma chegarasiga erishishga ulgurmaydi. Bu erda fotokariyerlar p - n birikmasining elektron maydoni bilan bo'linadi, teshiklari esa p mintaqasiga o'tadi va elektronlar o'tish maydonini engib o'tolmay p - n birikmasi va n mintaqasi chegarasida to'planadi.
Shunday qilib, p - n birikmasi orqali oqim ozchilik tashuvchilar - teshiklarning siljishi bilan oqlanadi. Fotokarerlarning drift oqimi deyiladi fotosurat.
Fotokariyerlar - teshiklar n-mintaqaga nisbatan p-mintaqani ijobiy, zaryadlovchi-elektronlar-n-mintaqani n-mintaqaga nisbatan zaryad qiladi. Olingan potentsial farqi foto-emf Ef deb nomlanadi. Fotodiodda hosil bo'lgan oqim teskari bo'lib, u katoddan anodga yo'naltirilgan va uning qiymati qanchalik katta bo'lsa, yorug'lik shunchalik katta bo'ladi.
Fotodiodlar 2 rejimning birida - tashqi elektron manbasiz (fotogenerator rejimida) yoki tashqi elektron energiya manbaisiz (fotokonverter rejimida) ishlashi mumkin.
Fotogenerator rejimida ishlaydigan fotodiodlar ko'pincha quyosh nurlari energiyasini elektronga o'zgartiradigan quvvat manbalari sifatida ishlatiladi. Ular chaqiriladi quyosh xujayralari va kosmik kemalarda va sun'iy yo'ldoshlarda ishlatiladigan quyosh batareyalarining bir qismidir.
Kremniy quyosh xujayralarining samaradorligi taxminan 20% ni tashkil qiladi, plyonkali quyosh xujayralari uchun esa bu juda muhimroq bo'lishi mumkin. Quyosh xujayralarining zaruriy texnik parametrlari ularning chiqish quvvati va quyosh xujayrasi egallagan massa va maydonga nisbati. Ushbu xususiyatlar mos ravishda 200 Vt / kg va 1 kVt / m2 qiymatiga erishadi.
Fotodiod fotokonverting rejimida ishlaganda blokirovka yo'nalishi bo'yicha elektron quvvat manbai elektronga kesiladi (1-rasm, a). Fotodiodning CVC ning teskari shoxlari har xil yoritish darajalarida ishlatiladi (1b-rasm).
Shakl: 1. Fotodiodni fotokonversiya rejimida yoqish davri: a - kommutatsiya davri, b - fotodiodning CVC.
Rn yuk qarshiligidagi oqim va kuchlanish fotodiodning I - V xarakteristikasining kesishish nuqtalari va Rn qarshiligining qarshiligiga mos keladigan yuk tasmasi bilan grafik jihatdan aniqlanishi mumkin. Yorug'lik bo'lmasa, fotodiod an'anaviy diyot rejimida ishlaydi. Germaniya fotodiodlari uchun qorong'u oqim 10 - 30 mA, kremniy fotodiodlar uchun 1 - 3 mA.
Agar fotodiodlarda, yarimo'tkazgichli zener diodalaridagi kabi, zaryad tashuvchilarni ko'chki ko'payishi bilan birga qaytariladigan elektron nosozlik ishlatilsa, u holda fototok va shuning uchun sezgirlik sezilarli darajada oshadi.
Ta'sirchanlik ko'chki fotodiodlari kattaligi odatdagi fotodiodlardan kattaroq bir necha buyurtma bo'lishi mumkin (germaniy uchun - 200 - 300 marta, kremniy uchun - 104 - 106 marta).
Ko'chki fotodiodlari - bu yuqori tezlikda ishlaydigan fotovoltaik qurilmalar, ularning chastota spektri 10 GGts ga etishi mumkin. Ko'chki fotodiodlarining kamchiliklari oddiy fotodiodalarga nisbatan shovqin darajasi yuqori.
Shakl: 2. Fotorezistorning (a), UGO (b), energiya (c) va oqim kuchlanish (d) xususiyatlarini yoqish sxemasi.
Fotodiodlardan tashqari ichki fotoelektr effektidan foydalanadigan fotorezistorlar (2-rasm), fototransistorlar va fototiristorlar qo'llaniladi. Ularning tegishli kamchiliklari - bu eng yuqori inertiya (ish chastotasi fgr)
Fototransistorning dizayni oddiy tranzistorga o'xshaydi, uning oynasida taglik yoritilishi mumkin. UGO fototransistor - unga yo'naltirilgan 2 o'qli tranzistor.
LED va fotodiodlar ko'pincha juftlikda ishlatiladi. Bularning barchasi bilan ular bitta korpusga shunday joylashtirilganki, fotodiodning yorug'lik sezgirligi LED yorug'lik chiqaradigan maydonning qarshisida joylashgan bo'ladi. LED-fotodiod juftlaridan foydalanadigan yarimo'tkazgichli qurilmalarga optokupllar deyiladi (3-rasm).
Shakl: 3. Optokupler: 1 - LED, 2 - fotodiod
Bunday qurilmalardagi kirish va chiqish zanjirlari hech qanday tarzda elektr bilan bog'lanmagan, chunki signal optik nurlanish orqali uzatiladi.
