5. Застосування фотоприймачів. Оптичний прийомний модуль

Основні застосування фотоприймачів:

• елементи оптоелектронних ІМС;

• оптичні датчики вимірювальних і керуючих систем;

о прийомні модулі ВОЛЗ;

• джерела живлення (сонячні елементи);

• системи реєстрації потоків випромінювання в екології, ме­дицині, астрономії й т. п.

Наприклад, для вимірювання концентрації СН₄, С₃Н₈, СO₂ ви­користовується оптичний датчик, принцип дії якого заснований на селективному поглинанні ІЧ-випромінювання молекулами кон­трольованих газів. Галузі застосування:

• нафтова, газова й нафтохімічна промисловість;

• гірничовидобувна промисловість;

• вугільна промисловість;

• автомобільний, залізничний і морський транспорт;

• міські служби енерго-, водо- й газопостачання;

• служби контролю стану навколишнього середовища;

• служби охорони праці й техніки, безпеки.

Рис. 3.10. Оптичний прийомний модуль: а — пряма лінія;

б — трансімпедансний підсилювач

Оптичний прийомний модуль містить фотодетектор (р-і-п- фото- діод або лавинний фотодіод) і малошумний попередній підси­лювач. Принципово можливі два варіанти побудови оптичних прийомних модулів: схема «прямої лінії» з підключенням фотоде- тектора й підсилювача (рис. 3.10, а) і схеми із трансімпедансним підсилювачем, охопленим ланцюгом зворотного зв’язку через опір Д (рис. 3.10, б).

При використанні лавинного фотодіода як фотодетектора змі­ною напрямку зсуву можна регулювати його коефіцієнт підси­лення. Це розширює динамічний діапазон модуля, але вимагає за­стосування блоку АРП.

Якщо застосовується p-i -n-діод, електронна схема являє собою подвійний амплітудний детектор, схему порівняння й фільтр. Од­нак при цьому досягається менший динамічний діапазон. Миттєве значення струму фотодетектора

i(t) = S • p(t),

де S — чутливість фотодетектора; p(t) — миттєве значення потуж­ності пучка світла, що падає на фотодетектор.

Величина S характеризує ефективність процесу перетворення фотонів і генерації фотоструму й визначається співвідношенням

S = 0,8 η (λ)G,

де η — квантовий вихід; G — коефіцієнт підсилення фотодіода.

Для р-і-n-фотодіода при λ = 1 мкм S = 0,5 А/Вт, для лавинного фотодіода при коефіцієнті лавинного множення (посилення) 100, S = 50 А/Вт.

5. Контрольні запитання

1. Поясніть принцип дії напівпровідникових фотоприймачів.

2. Наведіть характеристики фотоприймачів.

3. З яких матеріалів виготовляють фотоприймачі?

4. Назвіть основні різновиди напівпровідникових фотоприймачів.

5. Опишіть конструкції, переваги й недоліки фоторезисторів.

6. Опишіть конструкції, режими роботи фотодіодів.

7. Чим відрізняються р-і-п-фотодіоди?

8. Схарактеризуйте фото діод з бар’єром Шотткі, у чому його пе­реваги?

9. Наведіть характерні риси гетерофотодіодів.

10. Опишіть принцип дії лавинного фотодіода, його особливості.

11. Розкажіть про фототранзистори та фототиристори.

12. Опишіть конструкції, режими роботи ГІЗЗ-фотоприладів.

13. Опишіть конструкції, особливості КМОН-фотоприймачів.