ЛЕКЦИЯ 15. Устройство и принцип действия фотоприёмников

Тема 1.7. Элементы оптоэлектроники.

Фотоэлектронные приборы применяются в телевизионной аппаратуре, аппаратуре автоматики, фототелеграфной аппаратуре.

Знания студентов по этой лекции будут использованы в учебных дисциплинах «Звуковое и телевизионное вещание», «Телеграфия и передача данных».

Существует две разновидности фотоэлектронных приборов: с использованием внутреннего и внешнего фотоэффекта. К фотоэлектронным приборам с использованием внешнего фотоэффекта относятся фотоэлементы высоковакуумные и ионные. К фотоэлектронным приборам с внутренним фотоэффектом относятся фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и оптроны. Принцип их работы основан на преобразовании световой энергии в электрическую.

Фоторезистор – полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от освещенности (рисунок 1.47).

а б

Рисунок 1.54 – Структура(а)

и схема включения (б) фоторезистора

При увеличении светового потока Ф увеличивается число пар носителей зарядов, проводимость фоторезистора увеличивается.

Основными характеристиками фоторезистора является вольт-амперная I_св = f(U) при Ф = const и световая I_св = f(Ф) при U = const.

Основным параметром фоторезистора является интегральная чувствительность, которая показывает влияние светового потока на величину тока, протекающего через фоторезистор:

K_ф = I_ф / Ф = (I_св – I_т) / Ф | U = U_ном, А/Лм,

где: I_т – темновой ток, протекающий через фоторезистор при отсутствии светового потока.

Характеристики фоторезистора приведены на рисунке 1.48.

а б

Рисунок 1.55 – ВАХ (а) и световая характеристика (б) фоторезистора

Фоторезисторы широко используются в системах контроля и измерения геометрических размеров, скорости движения, температуры; управления различными механизмами; в системе световой сигнализации и защиты.

Фотодиодами называются полупроводниковые приборы, использующие одностороннюю проводимость PN-перехода, при освещении которых появляется ЭДС (фотогальванический режим) или при наличии питания изменяется величина обратного тока (фотодиодный режим).

На рисунке 1.49,а приведена схема включения в фотодиодном режиме работы, а на рисунке 1.49,б – его характеристики.

а б

Рисунок 1.56 – Схема включения (а) и ВАХ (б) фотодиода

В фотодиодном режиме принцип действия, характеристики и параметр (интегральная чувствительность) аналогичны фоторезистору. Используется фотодиод в тех же системах, что и фоторезистор.

В гальваническом режиме фотодиод работает без внешнего источника питания и является сам источником энергии, которая возникает при действии светового потока. На рисунок 1.50,а приведена схема включения фотодиода в гальваническом режиме.

а б

Рисунок 1.57, а – Включение фотодиода в гальваническом режиме; б – Световая характеристика фотодиода

При освещении фотодиода изменяется величина дрейфового тока через PN- переход, поэтому нарушается равновесие и величина потенциального барьера. При этих процессах и возникает электродвижущая сила (ЭДС), которая носит название фото ЭДС. Фотодиоды в этом режиме используются как источники питания – солнечные батареи.

Фототранзистором называется полупроводниковый прибор с двумя PN- переходами, преобразующий световой поток в электрический ток. Фототранзистор можно включать как транзистор с ОБ, ОЭ. ОК или как диод с отключенной базой, эмиттером или коллектором. Наиболее распространены схемы с ОЭ и отключенной базой (рисунок 1.51).

Фототранзистор заключает в себе свойства фотодиода и усилительного элемента. При освещении области базы в ней увеличивается количество НЗ,, перебрасываемых полем коллекторного перехода в коллектор, увеличивается коллекторный ток. Причем величина тока I_к в β раз больше I_б, создаваемого в базе световым потоком. Таким образом, фототранзистор усиливает фототок.

Выходные характеристики фототранзистора аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора (рисунок 1.52).

а б в

Рисунок 1.58- Структура(а), схема включения(б) и ВАХ(в) фоторанзистора

Параметром фототранзистора является интегральная чувствительность

K_тр = I_к / Ф или K_тр = K_диода × β.

Недостатками фототранзистора являются нестабильность параметров, большой уровень шумов и плохие частотные характеристики. Из-за указанных недостатков фототранзисторы используются довольно редко.

Дата добавления: 2014-11-16