Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
kvantovaya_i_opt_elektronika_Kamyshev_210100.doc
Скачиваний:
3
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
1.41 Mб
Скачать

5.4. Фотоприемники с внутренним усилением

Основными типами ФП с внутренним усилением являются:

- фототранзисторы;

- фототиристоры;

- лавинные фотодиоды.

Фототранзисторы – ФП с двумя p-n-переходами. Конструктивно это плоский транзистор из германия или кремния. В электрическую цепь они обычно включаются по схеме с общим эмиттером. База может не иметь внешнего вывода.

При отсутствии оптического излучения, падающего на фототранзистор, все напряжение падает на коллекторном переходе. База принимает оптическое излучение через тонкий слой эмиттера и под его действием в базе генерируются фотоносители.

Дырки области базы, образовавшиеся в результате взаимодействия оптического излучения с р-областью базы, накапливаются в базе. Поле объемного заряда дырок в базе снижает потенциальный барьер эмиттерно-базового перехода, что способствует переходу электронов из эмиттера в базу, а затем и в коллектор (транзистор открывается).

Чувствительность фототранзистора возрастает в β раз по сравнению с ФД. Повышение чувствительности – главное преимущество фототранзисторов по сравнению с ФД. Фототранзисторы обладают более низким быстродействием, чем ФД (τ ≈ !0-5…10-6с). Повышение быстродействия достигается в интегральных фотоприемниках, которые представляют собой соединение ФД и транзистора.

5.5. Фоторезисторы

Принцип действия фоторезисторов основан на использовании эффекта фотопроводимости. Изменение проводимости фоторезистора при его освещении может быть записано как

σ = σф – σ0 = е(μnn + μpp),

где е – заряд электрона;

μn, μpподвижности электронов и дырок соответственно;

nизменение концентрации электронов;

p - изменение концентрации дырок.

Скорость генерации носителей пропорциональна световому потоку

(∆n)' = (∆p)' = ηФ/ χ0

При начале освещения фоторезистора увеличивается концентрация носителей, но также увеличивается интенсивность их рекомбинации. Устанавливается статическое состояние для концентрации носителей и при t ≈

nу = τФη/ χ0,

где τ – время жизни неосновных носителей.

При выключении света происходит спад концентрации носителей

n =∆nу exp(-t/τ).

Параметры и характеристики фоторезистора

Фоторезистор подключается на вход усилителя по схеме, приведенной на рис.

Величина снимаемого сигнала Uc определяется изменением напряжения на нагрузочном резисторе Rн при изменении сопротивления Rф фоторезистора в момент его облучения. Конденсатор C служит разделительной емкостью, не пропускающей на вход усилителя постоянный ток от источника питания Uп. На вход усилителя поступает только переменная составляющая сигнала Uс, возникающая за счет изменения Rф приемника при приеме модулированного или импульсного сигнала. Если Rн = Rф, то значение ∆Uс определится как

Uс = 0,25 Uп∙ ∆Rф/ Rф

Относительное изменение сопротивления ∆Rф/Rф определяется из соотношения

Rф/ Rф = (Rф - Rфс)/ Rф,

где Rфссопротивление фоторезистора в освещенном состоянии.

При Ф = 0 через фоторезистор будет протекать темновой ток, значение которого может быть определено как

Iт = 0Uп,

где b - коэффициент, определяемый геометрией фоточувствительного слоя;

σ0 – темновая проводимость ФП, определяемая как

σ0 = е(μnn0 + μpp0)

При освещении фоторезистора проводимость фоточувствительного слоя возрастает и через него потечет фототок

Iф = b(σ0 ф)∙Uп ,

где σфсветовая проводимость фоторезистора.

Параметром семейства ВАХ служит световой поток. Вид ВАХ фоторезистора представлен на рис.

На рис. показаны нормированные спектральные характеристики фоторезисторов. Спектральные характеристики показывают в какой области спектра может быть использован тот или иной фоторезистор.

Энергетические характеристики фоторезистора показаны на рис. Из рисунка видно, что они зависят от величины напряжения источника питания.

К достоинствам фоторезисторов следует отнести высокую интегральную чувствительность, малые массогабаритные характеристики.

К недостаткам – высокую инерционность (τ = 0,01…0,2 с), малую линейную зону энергетических характеристик, зависимость характеристик и параметров от температуры.