5. Фотодиоды

Фотодиоды могут работать как в режиме фотосопротивления при обратно смещенном p-n-переходе (рис. 1.13,а), так и в режиме генератора фотоЭДС (рис. 1.13,г). В режиме фотосопротивления и в отсутствии

освещения (световой поток Φ = 0) обратная ветвь ВАХ фотодиода (рис. 1.13,б) точно такая же, как и у выпрямительного диода. Протекающий при этом незначительный обратный ток, образованный неосновными носителями заряда, называется темновым током. Под действием светового потока (Φ > 0), падающего на p-n-переход, в нем происходит фотогенерация пар электрон-дырка, т.е. увеличение числа как основных, так и неосновных носителей заряда, причем в отношении последних это будет существенный рост, поскольку при Φ = 0 неосновных носителей заряда в p- и n-полупроводнике немного. Эти дополнительные неосновные носители заряда под действием приложенного к диоду обратного напряжения создадут во внешней цепи фототок, величина которого прямо пропорциональна световому потоку Φ (как это видно из световой характеристики, изображенной на рис. 1.13,в).

В режиме генератора фотоЭДС образовавшиеся в p-n-переходе под действием света свободные электроны будут втянуты полем p-n-перехода в n-область полупроводника, а дырки – в p-область, создавая на выводах фотодиода ЭДС, под действием которой во внешней цепи потечет ток. Световая характеристика в этом режиме будет линейной только при сопротивлении нагрузки (рис. 1.13,д), а при она искривляется, причем тем больше, чем больше сопротивление нагрузки.

Основным параметром фотодиода является чувствительность, определяемая как приращение фототока при изменении светового потока в 1 люмен (в режиме генератора фотоЭДС – при ).

6. Излучающие диоды

Процесс рекомбинации носителей заряда при протекании прямого тока через p-n-переход сопровождается как выделением фононов, так и выделением фотонов. Соотношение между количеством фононов и фотонов зависит от исходного полупроводникового материала, а также типа и концентрации примесей (в качестве исходного полупроводника при изготовлении излучающих диодов используется арсенид галлия, фосфид галлия, а также соединения кремния).

Светодиод (излучающий диод) работает при прямом смещении p-n-перехода (рис. 1.14,а), когда прямой ток составляет величину порядка 10…50 мА (при этом напряжение светодиода, из­го­товленного на основе фос­фида галлия, примерно равно 1,5 В, а напряжение элек­трического пробоя ). Основной характеристикой све­тодиода является яркостная характеристика (рис.1.14,б), определяющая зависимость све­тового потока Φ от протекающего через светодиод прямого тока I. Конструктивно светодиод выполняется таким образом, чтобы обеспечить вывод излучения с минимальными потерями. Распределение интенсивности излучения в зависимости от длины волны называется спектральной характеристикой. Излучающие диоды выпускаются как для видимой, так и для инфракрасной части спектра.

Светодиод используется не только в качестве индикатора, но и в качестве источника излучения оптрона (оптопары), приемником излучения которого могут быть фоторезистор, фотодиод, фототранзистор или фототиристор (на рис. 1.14,в приведена схема диодного оптрона). Преимуществом оптрона является отсутствие гальванической связи между входной и выходной цепями. Передаточная характеристика оптрона строится на основе характеристик источника и приемника излучения. В частности, при построении передаточной характеристики диодного оптрона необходимо для различных значений тока по яркостной характеристике светодиода (рис. 1.14,б) определить значения светового потока Φ, а по световой характеристике фотодиода (см. рис. 1.13,д) – значения тока фотодиода (на рис. 1.14,г приведено семейство передаточных характеристик диодного оптрона при различных сопротивлениях нагрузки , подсоединенной к его выходным зажимам).