Фотодиод

Полупроводниковый фотодиод – диод, обратный ток которого зависит от освещенности. При поглощении квантов света в области р-n перехода и прилегающих областей идет генерация носителей заряда. На схеме электронной принципиальной фотодиод обозначают (рис 1.39):

Рис 1.39 Обозначение фотодиода

Неосновные носители заряда образуют дрейфовый (обратный) ток, величина которого зависит от освещенности. Таким образом, фотодиоды используют при обратном напряжении.

Р

ис 1.40

Характеристики фотодиода:

1. ВАХ

2. Интегральная чувствительность

;

Остальные характеристики аналогичные характеристикам фоторезистора.

Существенным преимуществом является меньшая постоянная времени.

Оптопары.

Оптопары - оптоэлектронный полупроводниковый прибор, содержащий источник и приемник светового излучения, которые оптически и конструктивно связаны между собой и между которыми обеспечена электрическая изоляция.

Источник света ИС и фотоприемник ФП являются элементами оптрона. Управляющим (входным) сигналом для источника света являются входное напряжение U_вх или входной ток I_вх, а выходным – яркость свечения B_вых. В свою очередь входным сигналом для фотоприемника является падающий световой поток B_вх, а выходным – напряжение U_вых или ток I_вых, значения которых находят в соответствии с изменением интенсивности светового потока B_вх. Источник света и фотоприемник связаны между собой активной или пассивной оптической средой ОС. Следовательно, главная особенность оптрона – гальваническая развязка входной и выходной цепей и однонаправленность сигналов, что характерно для оптических линий связи.

Развязка у оптронов с чисто оптической связью практически идеальная (сопротивление изоляции может достигать 10¹²–10¹⁴ Ом, а емкость связи – 10^-2 пФ).

В качестве источников света используют фотодиоды. Наибольшее распространение в качестве фотоприемников получили в настоящее время фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры, параметры которых изменяются с освещенностью. Открытые оптические каналы, т.е. просто воздушные зазоры между источником света и фотоприемником, применяются редко. Чаще всего в качестве оптической среды используются твердые иммерсионные среды: полимерные органические соединения, халкогенидные стекла, стекловолоконные световоды. Последние обладают наиболее высокими изоляционными свойствами. Оптроны с гибкими стекловолоконными световодами по своему назначению аналогичны коротким линиям фотонной связи.

Общие параметры, характеризующие оптопары, являются:

1. Максимально допустимое напряжение, между гальванически развязанными частями.

2. Сопротивление между гальванически развязанными частями.

3. Ёмкость между гальванически развязанными частями.

Фоторезистивные оптопары характеризуются:

1) ,

где и - сопротивление фоторезистора в затемненном и освещенном состоянии.

2) ,

где и , соответственно токи источника света и выходного фотодиода.

Оптроны характеризуются входными, выходными и проходными параметрами, которые определяются структурой оптронной пары. Основными входными параметрами являются наибольшее входное напряжение U_{вх max} и наибольший входной ток I_вх.

К проходным параметрам относятся проходная емкость C_пр и сопротивление изоляции R_из, представляющие собой емкость и сопротивление между входными и выходными выводами оптрона; время включения t_вкл – отрезок времени с момента подачи импульса входного тока до момента достижения выходным током 90% своего установившегося значения; время выключения t_выкл – время с момента прекращения прямого тока и до момента, при котором выходной ток уменьшится до 50% от начального значения (для резисторных оптронов).

Выходные параметры определяются в основном параметрами фотоприемников, как это делается в фоторезисторах, фототранзисторах и фототиристорах.

12