Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Характеристики фотодиодов

6.11
Как уже показывалось выше в основе работы ФД лежит фотогальвани-ческий эффект – возникновение фототока (или фото-э.д.с.) при облучении не-  
6.11

 
6.12.

Рис.6.12. Вольтамперные характеристики p-n перехода:

а) без освещения; б) при освещении

(6.3)
(6.2)
(6.1)

(6.5)
(6.4)

Теоретический предел чувствительности фотоприемников.

В идеальном случае чувствительность фотоприемника ограничивается квантовым пределом. Этот предел обусловлен тем, что даже для идеального регистратора фотонов сам процесс преобразования светового сигнала в электрический ток носит статистический характер, то есть нельзя точно предсказать, какое количество электронов генерирует регистратор фотонов под действием света известной интенсивности в течение промежутка времени t. Полное количество генерируемых электронов задается распределением Пуассона

 

(6.6)
.
t
t
t
(6.8)
(6.7)
(6.6)

(6.12)
(6.11)
(6.10)
(6.9)

(6.14)
(6.13)

 

Источники шумов при прямом фотодетектировании сигналов

 

Фотоприемное устройство включает в себя фотодетектор (фотодиод) и усилитель фототока. Для анализа и определения чувствительности фотоприемного устройства необходимо знать источники шумов. Ниже на схеме (рис. 6.13) приведены источники шумов фотоприемного устройства (ФПУ) при прямом детектировании сигнала.


Рис. 9 источ

 

 

 
 
дроб. шум. темн. тока; дроб. шум преобразо-вания сигнала

 


Рис.6.13. Источники шумов при прямом фотодетектировании

Все приведенные выше шумы необходимо учитывать при проектировании ФПУ. К счастью в большинстве случаев можно выделить преобладающие шумы и пренебречь остальными. Среди них ФПУ в основном рассматриваются 3 вида:

1. дробовый шум фотодиода

.

Спектральная плотность дробового шума – среднее квадратичное значение амплитуды в полосе частот 1 Гц равна:

2. тепловой шум (шум, вызванный протеканием тока через сопротивление в цепи) Спектральная плотность теплового шума равна:

или

тепловой шум или шум Джонсона называется «белым» шумом, его спектральная плотность не зависит от частоты.

3. Шумы входных каскадов усилителя.


Схема подключения фотодиода к усилителю.

 

На рис. 6.14 приведена схема подключения фотодиода к усилителю.

 

 
 


Рис. 6.14 Схема включения фотодиода в цепь усилителя.

I(t) – световой поток на входе фотодиода; i(t) –фототок; Rв – сопротивление смещения фотодиода; Свх и Rвых – входная емкость и входное сопротивление усилителя; ОУ – операционный усилитель; Uвх – напряжение на выходе фотодиода (на входе усилителя).

 

Типичная характеристика фотодиода (отклик на его облучение импульсом света I(t)) приведена на рис.6.15.

Изменяющаяся во времени мощность излучения I(t) приводит к изменению тока i(t) и, соответственно напряжение на входе усилителя Uвх(t). На рис. 6.15 приведена типичная входная характеристика фотодиода. Ее вид зависит от трех факторов: а) постоянной времени фотодиода и его нагрузки RВ Свх; передний фронт импульса на рис. 6.15; б) переходного времени, которое определяется дрейфом носителей через обедненный слой; в) задержкой, которая определяется диффузией носителей, находящийся вне обедненного слоя фотодиода (задний фронт).

 

Рис. 6.15.

Эквивалентные схемы фотодиода и усилителя для приема слабых сигналов.

При проектировании фотоприемных устройств широко применяется метод составления эквивалентных схем, в котором для удобства расчетов фотодиод представляется в виде генератора тока с соответствующими эквивалентными значениями емкости и сопротивления (эквивалентным суммарным значениям сопротивлений и емкостей в цепи фотодиода)

Эквивалентная схема обратно смещенного фотодиода и усилителя для приема слабых сигналов приведена на рис. 6.16.

 

 
 

Рис.6.16.

Ток фотодиода через сопротивление и емкость в его цепи поступает на нагрузку Свх и Rвх, котораяпредставляет собой входной импеданс усилителя. При этом распределенная паразитная емкость СS и сопротивление смещения фотодиода Rвх шунтирует выход фотодиода. В этом случае фотодиод и его нагрузка, могут быть представлены схемой, приведенной на рис. 6.16, которая в упрощенном виде показана на рис. 6.17. Здесь учтено, что Rs<< Rвх и объеденены соединенные параллельно элементы (сопротивления и емкости). Обычно значения 1/ Rв и GD много меньше, чем 1/ Rвх, поэтому:

- проводимость фотодиода (величина обратная величине фотосопротивления) и .

 
 

 


Рис.6.17. Упрощенная эквивалентная схема фотодиода, полученная в результате пренебрежения величиной Rs и объединения параллельно соединенных элементов в схеме на рис. 6.16.

 

При изменении значений фототока в зависимости от интенсивности облучения напряжение на нагрузке будет изменяться с запаздыванием, которое определяется постоянной времени RС. Если световой сигнал изменяется синусоидально, с частотой , то напряжение на выходе усилителя ФПУ будет равно .

Для получения необходимой частотной характеристики нужно по возможности снижать емкость С, в частности, выбирать фотодиоды с минимальным значением , уменьшать паразитную емкость СS и емкость входного каскада усилителя. Обычно принципиальным ограничением на верхнюю частоту является собственная емкость фотодиода , значения которой составляют величину . Для дальнейшего расширения полосы частот необходимо уменьшать сопротивление R, либо применять коррекции сигнала.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Полупроводниковые светодиоды для волоконно-оптических линий связи и датчиков | Анализ процесса восстановления сигнала в оптическом приемнике
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 2791; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.029 сек.