Фотодиоды

Фотодиодами называют полупроводниковые диоды, в которых осуществляется управление величиной обратного тока с помощью света. Фотодиод устроен так, что в нем обеспечивается доступ света к р-п -переходу.

В отсутствие светового потока в фотодиоде при обратном напряжении существует небольшой обратный ток, называемый темновым током.

При воздействии света в области р-п -перехода происходит генерация электронно-дырочных пар, и обратный ток возрастает. Если внешняя цепь разомкнута, то возникшие в результате генерации носители заряда накапливаются в п- и р-областях структуры, вследствие чего уменьшается ширина р-п -перехода и снижается высота потенциального барьера. В результате на зажимах фотодиода появляется фото-ЭДС, зависящая от величины светового потока.

На рис. 3.18, б приведены вольт-амперные характеристики фотодиода

Фототок, возника­ющий в диоде под действием света, пропорционален величине светового потока:

Здесь — интегральная чувствительность, характеризующая величину фотото­ка, возникающего при облучении фотодиода потоком белого света яркостью в 1 лм. Направление фототока совпадает с направлением теплового тока, то есть отрица­тельное.

Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов: фотодиодном или фотогаль­ваническом.

В фотодиодном режиме на диод подают обратное напряжение. В этом режиме ток и напряжение определяются по пересечению нагрузочной линии одной из вольт-амперных характеристик. При изменении светового потока изменяются ток в цепи и напряжение на диоде.

В фотогальваническом режиме внешний источник напряжения в цепи отсутствует. Режим работы определяется также по пересечению нагрузочной линии с соот­ветствующей вольт-амперной характеристикой. В данном случае она проходит через начало координат. При (короткое замыкание) нагрузочная линя совпадает с осью ординат, а при (обрыв цепи) она совпадает с осью абсцисс. По точкам пересечения вольт-амперных характеристик с осью напряжения мож­но определить фото-ЭДС при разных световых потоках. У кремниевых фотодио­дов она составляет около 0,5-0,55 В.

Фотодиоды, работающие в фотогальваническом режиме, обычно называют по­лупроводниковыми фотоэлементами. Их используют для прямого преобразо­вания световой энергии в электрическую. Оптимальным режимом для фотоэле­ментов является такой режим, когда в нагрузку передается наибольшая мощность. Такая мощность получается при условии, что площадь прямоугольника с вер­шиной в точке А, где пересекаются вольт-амперная характеристика и нагрузоч­ная линия, оказывается наибольшей. В этом случае напряжение на нагрузке составляет 0,35-0,4 В, а плотность тока — 15-20 мА/см² при средней освещенно­сти солнечным светом.

Дата добавления: 2014-01-11