Фотодіоди

• Оскільки фото ЕРС і пряма напруга ввімкнені назустріч одна одній, то при їх рівності струм діода дорівнює нулю, що відповідає режимові холостого ходу. ЕРС холостого ходу при I = 0 можна визначити за формулою: E_Ф=_Тln()

• Цю фото ЕРС знаходять також з ВАХ.

• Фотодіоди використовують у двох режимах: вентиль­ного фотоелемента (рис. 1) та фотодіодному (рис. б). У першому режимі фотодіод використовують як джерело струму, датчик, що генерує ЕРС E_Ф, у чутливому індикаторі випромінювання або сонячній батареї. Фото ЕРС може досягати 1 В. У цьому режимі робоча точка пересувається вздовж осі на ВАХ залежно від інтенсивності світла.

• У другому режимі (рис. 2) фотодіод працює на зворотній гілці ВАХ як фоторезистор, опір якого залежить від світлового потоку. Робоча точка може займати будь-яке положення між осями U_ЗВ, I_ЗВ, залежно від напруги джерела U і світлового потоку Ф.

• Фотострум залежить не тільки від потоку Ф, але і від довжини хвилі світлового випромінювання, яке діє на p–n перехід. Цей факт ілюструє спектральна характеристика рис. 3.

• Параметрами фотодіода є: темновий струм I_Т  струм, що проходить через діод при робочій напрузі і відсутності світла; U_роб - робоча напруга  напруга на діоді у фотодіодному режимі; S_Ф=I_Ф/Ф  інтегральна чутливість.

Спектральна характеристика германієвого фотодіода

Вентильний і фотодіодний режими роботи фотоелемента

Фотоприймачі з внутрішнім підсиленням

• До таких фотоприймачів належать фототранзистори та фототиристори.

• Крім перетворення світлової енергії в електричну з утворенням фотоструму, як у фотодіодах, фототранзистор ще й підсилює цей фотострум.

• Розглянемо роботу фототранзистора у ССЕ в режимі з вимкненою базою (I_Б=0) (рис. ).

Якщо Ф=0, то через фототранзистор проходить невеликий темновий струм

I_Т=I_КБ0(h_21Е+1).

При освітленні області бази через вікно (Ф>0) в ній генеруються нерівноважні пари носіїв заряду – фотоелектрони та фотодірки, які дифундують до ЕП та КП. При цьому поле КП розділяє заряди: електрони рухаються до n - колектора, дірки – до p- бази. У колі колектора під дією цих електронів зростає струм на величину I_Ф. Дірки створюють у базі позитивний заряд, який зміщує ЕП у прямому напрямі і викликає інжекцію електронів. Унаслідок інжекції електронів через ЕП, їх дифузії через базу та екстракції через КП струм колектора додатково зростає на величину h_21Е I_Ф. Тобто фотодірки у базі відіграють роль вхідного струму бази.

Структура і схема вмикання фототранзистора 

(а), статичні вихідні характеристики (б)

• Загальний колекторний струм фототранзистора

I_К=I_Ф+h_21ЕI_Ф+I_Т= (1+h_21Е)I_Ф+I_Т

• Сім’я ВАХ фототранзистора I_К = f(U_КБ)Ф = const пока­зана на рис. Збільшення освітлення фототранзистора приводить, згідно з формулою, до зростання колек­торного струму. Інтегральна чутливість фототранзистора S_Ф в (1+h_21Е) раз більша, ніж у фотодіода. Це пояснюється тим, що у фототранзистора струм I_Ф підсилюється в (1+h_21Е) раз.

• Фототиристори (рис.) є фотоприймачами з ключо­вою пороговою характеристикою, вони застосовуються для перемикання великих струмів і напруги. ВАХ з відкриваю­чою дією світлового потоку показана на рис. 

• Засвічення базової області тиристора зумовлює генерацію надлишкових носіїв заряду, що приводить до перемикання чотиришарової структури із закритого стану у відкритий так само, як це буває у триністорі при перемиканні керувальним струмом.

Структура, схема вмикання (а) та ВАХ (б) фототиристора