Фотодіоди - Розрахунок залежності фото електрорушійної сили напівпровідників від довжини хвилі та кута падаючого проміння
Рисунок 5. Конструкції фотодіодів (а); структура(б); Умовне графічне позначення фотодіодів(в)
Фотодіод являє собою напівпровідниковий фотоелектричний пристрій, що містить p-n-перехід, та використовуючи явище внутрішнього фотоефекта. Фотодіоди мають різну конструкцію, різне призначення і різні параметри, але в більшості випадків структура фотодіода буває такою, як показано на рисунку 5 б. На принципових схемах фотодіод, зображується символом, показаним на рисунку 5 в.
Фотодіод можна використовувати в двох різних включеннях: фотодіодному і фотогальванічному.
Фотогальванічне включення (рисунок 6) пропонує використовувати фотодіод як джерело фото ЕРС, тому в цей час його називають напівпровідниковим фотоелементом.
Рисунок 6. Фотогальванічне включення фотодіода
Розглянемо процес виникнення фото ЕРС в Фотодіоді (рисунок 7). В відсутності освітлення фотодіода концентрація носіїв в його обох областях буде рівноважною, а отже ніяких різниці потенціалів між областями не буде. Якщо освітити напівпровідник променями світла, то в результаті поглинання енергії фотонів буде утворюватися пари "електрон-дірка". Дірки в області р являються основними носіями, тому поле p-n-переходу буде їх відштовхувати від границь розділу, а ось утворені вільні електрони, находячись в області р неосновними носіями, будуть перекинуті полем через границю розділу в область n, де вони є основними. Аналогічно, в області n з утвореними носіями "електрон - дірка" тільки дірка, є неосновними носіями, будуть перекинуті через границю розділу в область p, а утворені вільні електрони тільки поповнять кількість основних носіїв в області n, збільшив їх концентрацію.
Рисунок 7. Процес генерації вільних носіїв заряду
Таким чином, за рахунок поглиненої світової енергії в напівпровіднику утворюють пари носіїв; неосновні носії перекидають в сусідню область електричним полем p-n - переходу, а основні носії залишаються в своїй області; концентрація носіїв збільшується і стає рівноважною, сумарний електричний заряд основних носіїв обох областях напівпровідників уже не врівноважується протилежним зарядом іонів домішок, отже в області р з'являється сумарний позитивний заряд, а в області - сумарний негативний заряд, який обавлять виникнення різниці потенціалів між областю р та областю n. Цю різницю потенціалів називають фот ЕРС. Якщо тепер створити зовнішню електричну ланцюг між областями р і n, то по ній потече електричний струм - фотострум під дією створеною фото ЕРС.
Слід відмітити, що із всіх утворених в результаті поглинання промінистої енергії носіїв не всі будуть брати участь в утворенні світового струму, а тільки ті, які попадають в зону дії електричного поля потенційного бар'єру, обмежену область. Інші неосновні носії, утворені поза цієї зони, скоріше всього, рекомбінують, знижена ефективність використання світової енергії. Звідси стає ясно доцільність використання фотодіода, коли освітлюють не всі області напівпровідника, а тільки одну, зате дуже тонку, коли практично всі утворені під дією освітлення неосновні носії будуть розділені p-n - переходом.
Вольт-амперна характеристика - це залежність фотоструму від напруги на фотодіоді при незмінному світовому потоці.
Вольт-амперна характеристика описується наступним рівнянням:
Де - напруг між анодом і катодом фотодіодом. В випадку фотогальванічного включення це - напруження на навантаженні;
- світовий струм - сумарний потік носіїв електричного заряду, утворився внаслідок внутрішнього фотоефекту;
- струм навантаження;
- темновий струм - сумарний потік носіїв електричних зарядів, перетинаючи границю розділу при відсутності освітлення;
K - постійна Больцмана, q=1,38
Q - заряд електрона,
Т - абсолютна температура.
Вид вольт-амперної характеристики показано на ринку 8. При Ф=0 вольт-амперна характеристика фотодіода перетворюється в вольт-амперну характеристику звичайного p-n-переходу, достатньо детально вивчену раніше. При наявності освітлення струм навантаження, як видно з рисунка, потече по зовнішньому ланцюгу від області р до області n, а всередині кристала - від області n до області p, в напрямку, який для звичайного діода є зворотнім і відкладається вниз від нуля по осі ординат; напруга на фотодіоді (+) на області р, (-) на області n є прямим для звичайного діоду і тому відкладається вправо від нуля на осі абсцисс. Фактично вольт-амперна характеристика фотодіода представляє собою вольт-амперну характеристику звичайного p-n-переходу, зміщену вниз і вправо в залежності від світового потоку Ф.
Точки перетину характеристики с осями координат представляє собою напругу холостого хода (або фото ЕРС) на осі абсцисс і струм координатного замикання на осі ординат.
Ділянка характеристики за точкою представляє собою режим, коли фотодіод працює з зовнішнім джерелом ЕРС, включеним зустрічно по відношенню до фотодіоду.
Ділянка за точкою характеризує роботу фотодіода з зовнішнім джерелом ЕРС, включеним згідно з відношенням до фотодіоду. Це і є фотодіод не включення, яке буде розглядуватись нижче.
Рисунок 8. Вольт-амперна характеристика фотодіода
Світова характеристика фотодіода або представлена на рисунку 9.
Рисунок 9. Світова характеристика фотодіода
Спектральна характеристика. Це залежність - довжина хвилі електромагнітного випромінювання. Вид цієї характеристики показаний на рисунку 10.
Рисунок 10. Спектральна характеристика фотодіода
Залежність 1 представляє собою відносну потужність сонячного випромінювання. Інші дві залежності показують відносну потужність фотодіодів, виконаних на основі кремнію і германію. Очевидно, що в області видимої частини спектра сонячного випромінювання найбільшу відносну потужність має фотодіод на основі кремнію. Саме з кремнію роблять частіше всього фотодіоди, працюючи в цій області довжин хвилі.
При освітлені фотодіода з'являється фото ЕРС, яка по відношенню до джерела Е включена послідовно і згідно і в ланцюгу навантаження з'являється струм, пропорційний світовому потоці Ф. Цей режим ілюструється відрізками вольт-амперної характеристики фотодіода в третьому квадранті. Однак в довідковій літературі ці характеристики приводяться частіше в першому квадранті (рисунок 11) для зручності користування.
Рисунок 11. Вольт-амперна характеристика фотодіодного включенн
Похожие статьи
-
Фототранзистор - це напівпровідниковий фотоелектричний пристрій з двома p-n-переходами. Пристрій і принцип дії фототранзистора такі ж, як і біполярного...
-
Фоторезистори використовують в своїй роботі ефект фотопровідності. Фоторезистори виконуються в найрізноманітніших конструктивних варіантах, різного...
-
Актуальність теми Актуальність даної курсової роботи полягає в тому, що останні роки в Фото електроніці досягнуто ряд істотних успіхів. Досить важливу...
-
Визначимо червону межу фотоефекту для напівпровідника з роботою виходу 2 еВ. Розв'язок: Із рівняння Ейнштейна для фотоефекту при умові маємо Частота...
-
Схема експериментальної установки приведена на мал. 3. Електроди коаксіального МПК розташовувалися на металевих аркушах, що з'єднувалися з відповідними...
-
Дзеркальні антени мають найбільший КСД при синфазному збудженні розкриву (плоский фазовий фронт хвилі). Параболічний профіль дзеркала забезпечує однакові...
-
Розрахунок проводиться з урахуванням наступних основних вимог: А) напруга UН І номінальний струм IНАпаратури повинні відповідати напрузі і тривалому...
-
При проектуванні сортувальної станції визначаємо число колій в парках прийому, відправлення, транзитних парках, а також число витяжних та ходових колій....
-
Будуть розглянуті особливості вимірювань у трифазних ланцюгах змінного струму наступних величин: діючих значень струму й напруги, активній і реактивній...
-
Пьезоэлектрический преобразователь - Системы телекоммуникации
Пьезоэлектрический преобразователь (рисунок 4) основан на использовании пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли....
-
Электростатистический преобразователь - Системы телекоммуникации
Электростатистический преобразователь (рисунок 3) или конденсаторный преобразователь содержит конденсатор, состоящий из тонкой легкой подвижной мембраны...
-
Для відкритих трас множник послаблення може бути розрахований за наступною формулою: - модуль коефіцієнта відбиття, величина якого залежить від характеру...
-
Запишемо передаточну функцію замкнутої системи: Знайдемо зображення динамічної похибки замкнутої системи: Випишемо коефіцієнти чисельника і знаменника...
-
Випалювання цегли. - Розрахунок автоматизованої системи управління температурою в тунельній печі
Випалювання цеглини проводиться в тунельній печі з плоским зведенням і верхнім розташуванням пальників. Таблиця 4. Технічна характеристика тунельної...
-
Розрахунок споживаної потужності від джерела живлення +5В Основними споживачами електроенергії від джерела живлення +5В в розробленій схемі є...
-
Розрахунок силової частини і вузлів системи керування - Транзисторний перетворювач із дроселем
Розрахунок силової частини 1) Проведемо прикидочний розрахунок мінімальної напруги на вході інвертора, прийнявши спадання напруги на фільтрі 5%: 2)...
-
AT90S2313 - економічний 8 бітовий КМОН-мікроконтролер, побудований з використанням розширеної RISC архітектури AVR. Виконуючи по одній команді за період...
-
Цифровий вимірювач ємності - Мікроконтролерний вимірювач ємності конденсаторів
В роботі наведено відносно простий цифровий вимірювач ємності. Є декілька методів вимірювання ємності, наприклад, за допомогою моста опорів або вимірюючи...
-
Моделювання мікрохвильових пристроїв, включених до реальних трактів
Введення Включення мікрохвильових пристроїв до реальних трактів, як правило, супроводжується спотворенням їх функціональних характеристик, що неможливо...
-
Полевые транзисторы с управляющим р-п переходом
Интегральные микросхемы на основе одних только полевых транзисторов с управляющим Р-п Переходом в настоящее время не выпускаются. В последнее десятилетие...
-
Фотоэлектрические преобразователи энергии - Типы преобразователей
Для питания магистральных систем электроснабжения и различного оборудования на КЛА широко используются ФЭП; они предназначены также для подзарядки...
-
Определение переходной характеристики цепи Переходная характеристика цепи: H(t)=hпр(t)+hсв(t) (18) Т. к. воздействие - ток, а реакция - ток на...
-
"Физические явления при контакте твердых тел" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
При образовании кристаллической решетки металла внешние валентные электроны оказываются настолько слабо связанными со своими ядрами, что под воздействием...
-
Джерела інформації мають фізичну природу, відрізняються по виду формованих повідомлень, енергетичній активності, імовірнісним характеристикам. Для...
-
Напряжение питания - Правильное включение светодиода
Две главных характеристики светодиодов это падение напряжения и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения,...
-
Оптоэлектронные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Оптоэлектроника - область электроники, занимающаяся вопросами преобразования оптических сигналов в электрические и наоборот. Новое направление в...
-
При определении параметров детекторов оптического излучения - фотоприемников (ФП) отмечают прежде всего характеристики чувствительности и общие...
-
Переключательные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
К переключательным полупроводниковым приборам относятся тиристоры, однопереходные и лавинные транзисторы. Тиристоры - это многослойные переключающие...
-
Полевые транзисторы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, работа которого основана на модуляции сопротивления полупроводника поперечным электрическим полем...
-
Входная и выходная характеристики транзистора с ОЭ несколько отличаются от характеристик транзистора с ОБ. Входной характеристикой транзистора,...
-
Мультивібратори на біполярних транзисторах - Мультивібратори
Мультивібратори на біполярних транзисторах більш за все виконують за симетричною схемою з колекторно-базовими зв'язками (рис. 1,а). Як і для тригера,...
-
Представим спектральную плотность средней мощности отрезка (длительностью T ) вещественного стационарного случайного процесса в форме: , Где _ функция,...
-
Определим параметры нелинейной модели Эберса-Молла. В соответствии с вариантом тип используемого транзистора n-p-n КТ316Г. Транзисторы кремниевые...
-
Картина явлений в многорезонаторном магнетроне - Многорезонаторный магнетрон
Теперь рассмотрим принцип действия магнетрона более подробно, используя акустическую аналогию, так как процесс возбуждения звуковых колебаний в...
-
Принципиальная схема усилителя с межкаскадной КЦ второго порядка приведена на рисунке 8.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 8.1,б....
-
Мікросхема К155ЛН1, Мікросхема К155ТМ2 - Лабораторний стенд-мультиплексор (блок мультиплексування)
Мікросхему використано для одержання інверсних значень з виходів Q0 - Q8 синхронного чотирьохрозрядного регістра К155ИР13. Мікросхема представляє собою...
-
Вступ - Конструкція, основні параметри і характеристики підстроєчних конденсаторів
Конденсатори змінної ємності є одним з найбільш важливих елементів сучасної радіоелектроніки. Вони широко застосовуються у вимірювальній апаратурі і в...
-
Єдиним різновидом приладів індукційної системи є лічильники активної й реактивної електричної енергії змінного струму, споживаної навантаженням. Устрій...
-
LC-генератори гармонійних коливань - Аналітичний огляд генераторів коливань
Індуктивна Трьохточка . На практиці частіше використовують схеми LC-генераторів з автотрансформаторним ЗЗ, у яких напруга ЗЗ знімається із частини...
-
Результати досліджень - Перспективні напрями розвитку сучасного автомобілебудування
На сучасному етапі розвитку автомобілебудування доцільно розробляти гібридну технологію, тому що електромобілі та інфраструктура зарядних станцій ще не...
Фотодіоди - Розрахунок залежності фото електрорушійної сили напівпровідників від довжини хвилі та кута падаючого проміння