МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
Электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра Робототехники и автоматизации производственных систем
доклад
По дисциплине «ЭЛЕМЕНТЫСИСТЕМ АВТОМАТИКИ»
Тема: Фотодиоды и фототранзисторы
| Студент гр. 5403 | Бычков О.О. | |
| Преподаватель | Пожидаев А.К. |
Санкт-Петербург
ЗАДАНИЕ
На реферат
| Студент Бычков О.О. | ||
| Группа 5403 | ||
| Тема реферата: Фотодиоды и фототранзисторы | ||
| Дата выдачи задания: 03.09.2018 | ||
| Дата сдачи реферата: | ||
| Дата защиты реферата: | ||
| Студент гр. 5403 | Бычков О.О. | |
| Преподаватель | Пожидаев А.К. |
Аннотация
Фотодиоды и фототранзисторы используют в качестве чувствительных элементов в системах телеконтроля, автоматических устройств, в аппаратуре считывания числового материала, фототелеграфии и т. д. Основной их недостаток — зависимость параметров от температуры.
Summary
Photodiodes and phototransistors are used as sensing elements in telecontrol systems, automatic devices, in the equipment for reading numerical material, phototelegraphy, etc. Their main disadvantage is the dependence of the parameters on temperature.
содержание
| Введение | ||
| Фотодиоды | ||
| Применение и производители фотодиодов фототранзисторы | ||
| Применение и производители фототранзисторов | ||
| Заключение Список использованных источников | ||
Введение
Фотодиоды — полупроводниковые приборы, действие которых основано на изменении сопротивления p-n перехода или разности потенциалов на переходе при освещении прибора излучением соответствующего диапазона, создающим дополнительные носители заряда в области p-n перехода. Фотодиоды используются как с внешним источником питания так и без него. В первом случае при последовательном соединении фотодиода, нагрузочного сопротивления и источника питания, фотодиод работает в режиме фотосопротивления. Такой режим работы называется фотодиодным. Во втором случае, т.е. в схеме без внешнего источника питания, фотодиод работает в режиме преобразователя энергии излучения в электрическую энергию. Такой режим работы называется вентильным. В фотодиодном режиме фотодиоды широко применяются в релейных схемах, в вычислительной технике, оптоэлектронике. В вентильном режиме фотодиоды применяются, например, для обеспечения питания искусственных спутников Земли. Целью данной работы является исследование и сравнительный анализ характеристик фотодиода на p-n-переходе, не имеющего участка лавинного пробоя, и лавинного фотодиода в фотодиодном режиме работы.
ФОТОДИОДЫ
Понятие и устройство фотодиода
Фотодиоды — полупроводниковые приборы, в основу действия которых положено свойство электронно-дырочного перехода изменять обратное сопротивление под действием светового потока. На рис. 2 показаны устройство (вид а) и схема включения (вид б) фотодиода. Когда фотодиод не освещен, в цепи резистора R проходит обратный ток очень небольшой величины.
Рис.2. Фотодиод
При освещении фотодиода увеличивается число «дырок» в области полупроводника с электронной проводимостью. При включении напряжения эти «дырки» проходят через электронно-дырочный переход, вызывая увеличение тока в цепи нагрузки.
Различают 2 режима работы Ф.: фотодиодный, когда во внешней цепи Ф. содержится источник постоянного тока, создающий на р–n-переходе обратное смещение, и вентильный, когда такой источник отсутствует. В фотодиодном режиме Ф., как и фоторезистор, используют для управления электрическим током в цепи Ф. в соответствии с изменением интенсивности падающего излучения. Возникающие под действием излучения неосновные носители диффундируют через р–n-переход и ослабляют электрическое поле последнего. Фототок в Ф. в широких пределах линейно зависит от интенсивности падающего излучения и практически не зависит от напряжения смещения. В вентильном режиме Ф., как и полупроводниковый фотоэлемент, используют в качестве генератора фотоэдс.
Основные параметры Ф.: 1) порог чувствительности (величина минимального сигнала, регистрируемого Ф., отнесённая к единице полосы рабочих частот), достигает 10-14 вт/гц1/2; 2) уровень шумов – не свыше 10-9 а; 3) область спектральной чувствительности лежит в пределах 0,3–15 мкм; 4) спектральная чувствительность (отношение фототока к потоку падающего монохроматического излучения с известной длиной волны) составляет 0,5–1 а/вт; 5) инерционность (время установления фототока) порядка 10-7–10-8 сек. В лавинном Ф., представляющем собой разновидность Ф. с р–n-cтруктурой, для увеличения чувствительности используют т. н. лавинное умножение тока в р–n-переходе, основанное на ударной ионизации атомов в области перехода фотоэлектронами. При этом коэффициент лавинного умножения составляет 102–104. Существуют также Ф. с р–i–n-cтруктурой, близкие по своим характеристикам к Ф. с р–n-cтруктурой; по сравнению с последними они обладают значительно меньшей инерционностью (до 10-10 сек).
Ф. находят применение в устройствах автоматики, лазерной техники, вычислительной техники, измерительной техники и т.п.
Режим работы
Фотодиод может работать в фотодиодном и гальваническом режиме.
В фотодиодном режиме p-n переход смещается обратным напряжением величина которого зависит от конкретного фотодиода от единиц до сотни вольт, чем больше смещение тем быстрее он будет работать, и больше токи через него будут течь.
Недостаток фотодиодного режима в том, что с ростом обратного тока, в последствии увеличения напряжения или освещения, увеличивается уровень шумов, а уровень полезного сигнала в целом остается постоянным, считается, что в этом режиме диод имеет меньшую постоянную времени.
В фотогальваническом режиме к диоду не прикладывается ни какое напряжение, он сам становится источником ЭДС с большим внутренним сопротивлением.
Недостаток фотогальванического режима заключается в ослаблении полезного сигнала с ростом уровня паразитной засветки но уровень шумов не растет, остается постоянным.
Фотодиодная схема включения.
Приведенная схема включения фотодиода является универсальной и подходит для тестирования и выбора, применительно к окончательной схеме своей конструкции.
Изменяя положение подстроечного резистора, в приведенной схеме, можно протестировать и выбрать оптимальный режим работы фотодиода.
Изменяя сопротивление резистора от минимального до максимального, можно подобрать наилучший режим смещения на фотодиоде.
Вывернув резистор на минимум, замкнув подвижный контакт на землю, мы переведем схему в фотогальванический режим.
Можно попробовать работу фотодиода и в прямом смещении (он все равно будет реагировать на свет), для этого надо поменять схему включения, перевернув диод.
Сопротивление в 50 Ком, не должно дать повредить фотодиод, а по переменной составляющей оно оказывается включенным параллельно с нагрузкой (меньше 5 КОм), и полезный сигнал практически не ослабляет. Конденсатор избавляет нас от постоянной составляющей. Если мы принимаеи импульсный сигнал то от постоянной составляющей, которая меняется в зависимости от фоновой засветки, лучше избавится сразу, смысла ее усиливать нет.
Еще одна стандартная схема включения фотодиода показана на рисунке.
В данной установке для уменьшения влияния шумов и наводок в схему добавлены буферные конденсаторы в цепи питания, накопительный конденсатор С3 и интегрирующая цепочка R2С4 на выходе.
C1- электролитический конденсатор большой ёмкости С = 100 мкФ, С2 - быстрый керамический 0,1 мкФ, С3, С4 - керамические по 100 пФ, R1 - 8 кОм, R2- 5,6 кОм.
Нагрузкой для достижения максимального быстродействия должен быть или каскад с общей базой или быстродействующий операционник включенный по схеме преобразователя ток-напряжение. Эти усилители имеют минимальное входное сопротивление.
|
|