Фотоқабылдағыштардың электрлік моделдері

Статикалық режидегі фотодиодтың электрлік моделі 6.3.суретінде көрсетілген.

Қарастырылып отырған моделде VD диодындағы кері ток фотодиодтың жылу тогынан төмен өлшенбейтін болып саналады.

Фотоқабылдағыштың қарапайым жоғарыжиілікті моделі 6.3б суретінде көрсетілген.

6.3-сурет. Фотодиодтың электрлік моделі:

а- төменжиілікті; б- жоғарыжиілікті; I_қ - қаныққан ток; I_т.г. – термогенерация

тогы; U_кері – фотодиодқа қатысты кері кернеу; I_ф – фотодиод тогы; r_қ.к. – қошқыл(темновой) кедергі.

Фотоқабылдағыштың инерциялығы бөлу кезіне дейінгі өз орнынан тасушылардың ұшу уақытымен анықталады.

Тасушылардың ұшу уақыты фотоқабылдағыштың ішкі құрылымымен анықталады. Ауысудың үш механизмі белгілі: диффузия, электр өрісіндегі диффузия, электр өрісіндегі дрейф.

p-n өткелі негізіндегі қатты инерцияланған фотоқабылдағыштарда, егер тасушылардың алмастыратын иеленуші механизмі диффузия болса, онда базадағы тасушылардың р- аймағындағы ұшудың орташа уақыты тіркеу бойынша мынаған тең:

мұндағы һ_б – р-аймағындағы база қалыңдығы; D_n – электрондардың диффузия коэффициенті.

Электр өрісіндегі дрейф тәрізді алмасудың мұндай механизмі р-i-n-фотоқабылдағышында қолданылады. Егер өріс тұрақты кездегі i- қабатында рекомбинация сақтау керек, сонымен қатар 30%-ға кемитін сигналдың амплитудасына қатысты жиілікті де сақтау керек. Сонда төмендегідей болады:

мұндағы μ – тасушылардың қозғалғыштығы; U_кері – кері кернеу; һ_і – і-аймақтың ұзындығы.

Меншікті кедергісі 1000 Ом*см және кері кернеуі U_кері = 50В болғанда i-аумағында(h_i = 0.05 мм) f_0.7 400 МГц-ке дейін жетеді.

Азинерциялы фотоқабылдағыштарды қарастыру кезінде r_п және С_д –ны төмендетуге тырысады. р-п-өткелі негізіндегі фотоқабылдағыш р- және п- аймақтары әр аттас зарядталған пластиналарды ұсыну үшін конденсаторға жарайды, ал олардың диэлектриктерін бөлетін – көлемді заряд облысы. Көлемді заряд облысының ені берілетін кернеудің өлшеміне тәуелді өзгереді. Көлемді заряд облысының ені кері ығысу өлшемімен салыстырғанда артады және С сыйымдылығы кемиді. С_д фотоқабылдағыш сыйымдылығын жазық конденсаторға арналған формуламен анықтауға болады:

мұндағы ε – шалаөткізгіштің диэлектрик өтімділігі; ε₀ – вакуумның диэлектрик өтімділігі; S - р-п-өткелінің ауданы; d – диэлектрик қалыңдығы.

Жеткілікті үлкен кері ығысу кезінде р-i-n-құрылымды фотоқабылдағыш сыйымдылығы і-қабатының енімен ғана анықталады.

Жалпы жағдайда r_т фотоқабылдағыштың тізбекті кедергісі жұқа база қабатында тасушылардың таралу кедергісін, р-п-өткелі бар шалаөткізгіш қалыңдығының кедергісін(коллектор кедергісі) және контакт кедергісін қосады. Коллектор кедергісі мына формуламен анықталады:

мұндағы ρ_к - коллектордың меншікті кедергісі; һ_к – коллектор қалыңдығы; S - р-п-өткелінің ауданы.

Фотоқабылдағыштардың жоғарғы сезгіштігі мен төмен инерциялылығына қойылатын талап қарама – қарсы жағдайда болады, сондықтан нақты шартқа тәуелділікте фотоқабылдағыштардың әртүрлі типтерін қолданады.

6.2.7.