Фотодиод инфракрасный. Инфракрасные фотодиоды и фототранзисторы: принцип работы, характеристики и применение

Что такое инфракрасные фотодиоды и фототранзисторы. Как они работают и преобразуют ИК-излучение в электрический сигнал. Какими характеристиками обладают ИК-фотоприемники. Где применяются ИК-фотодиоды и фототранзисторы в современной электронике и технике.

Принцип работы инфракрасных фотодиодов и фототранзисторов

Инфракрасные фотодиоды и фототранзисторы относятся к полупроводниковым фотоприемникам, преобразующим ИК-излучение в электрический сигнал. Их работа основана на внутреннем фотоэффекте в полупроводниках.

При попадании ИК-фотонов на p-n переход фотодиода происходит генерация электронно-дырочных пар. Под действием электрического поля перехода носители заряда разделяются — электроны движутся в n-область, а дырки в p-область. Это приводит к появлению фототока, пропорционального интенсивности падающего ИК-излучения.

В фототранзисторах дополнительно происходит усиление фототока за счет транзисторного эффекта. ИК-излучение генерирует носители заряда в базе транзистора, что эквивалентно подаче базового тока. Это приводит к усилению коллекторного тока.

Основные характеристики ИК-фотоприемников:

• Спектральная чувствительность — диапазон длин волн, в котором устройство эффективно работает
• Квантовая эффективность — отношение числа генерируемых носителей к числу падающих фотонов
• Обнаружительная способность — минимальная обнаружимая мощность излучения
• Быстродействие — время нарастания и спада фототока
• Темновой ток — ток в отсутствие освещения

Типы и конструкции инфракрасных фотодиодов

Существует несколько основных типов ИК-фотодиодов:

1. p-n фотодиоды

Имеют простейшую конструкцию с одним p-n переходом. Обладают быстродействием порядка наносекунд, но небольшой чувствительностью.

2. p-i-n фотодиоды

Содержат между p и n областями протяженный собственный (i) слой. Это увеличивает область поглощения ИК-излучения и снижает емкость перехода, повышая быстродействие до десятков пикосекунд.

3. Лавинные фотодиоды

Работают при высоком обратном напряжении в режиме умножения носителей заряда. Обеспечивают внутреннее усиление фототока в 100-1000 раз. Применяются для регистрации слабых сигналов.

4. Матричные фотодиоды

Представляют собой линейки или двумерные массивы фотодиодов на общей подложке. Позволяют получать пространственное распределение ИК-излучения.

Основные характеристики и параметры ИК-фотоприемников

При выборе инфракрасных фотодиодов и фототранзисторов необходимо учитывать следующие ключевые характеристики:

Спектральная чувствительность

Определяет диапазон длин волн, в котором фотоприемник эффективно работает. Для кремниевых фотодиодов это обычно 0.4-1.1 мкм, для германиевых — 0.8-1.8 мкм, для InGaAs — 0.9-1.7 мкм.

Чувствительность

Отношение выходного фототока к падающей оптической мощности. Измеряется в А/Вт. Типичные значения 0.5-0.7 А/Вт для кремниевых и 0.8-1.0 А/Вт для InGaAs фотодиодов.

Быстродействие

Характеризуется временем нарастания и спада фототока. У p-i-n фотодиодов может достигать десятков пикосекунд, что позволяет работать на частотах до десятков ГГц.

Темновой ток

Ток, протекающий через фотодиод в отсутствие освещения. Обычно составляет единицы-десятки нА. Определяет пороговую чувствительность фотоприемника.

Применение ИК-фотодиодов и фототранзисторов

Инфракрасные фотоприемники широко используются во многих областях науки и техники:

Оптическая связь

ИК-фотодиоды применяются в качестве приемников в волоконно-оптических линиях связи. Они обеспечивают преобразование оптических импульсов в электрические сигналы на скоростях до 100 Гбит/с и выше.

Дистанционное зондирование

Матрицы ИК-фотодиодов используются в тепловизорах, системах ночного видения, датчиках присутствия. Они позволяют получать изображения объектов по их тепловому излучению.

Системы безопасности

ИК-фотоприемники применяются в датчиках движения, системах охранной сигнализации, автоматических дверях. Они регистрируют изменение инфракрасного фона при появлении объектов.

Промышленная автоматика

Фотодиоды и фототранзисторы входят в состав оптических энкодеров, датчиков положения, счетчиков предметов на конвейерах. Они обеспечивают бесконтактный контроль перемещения объектов.

Новые разработки в области ИК-фотоприемников

Современные исследования направлены на создание фотоприемников с улучшенными характеристиками:

Квантово-каскадные фотодетекторы

Позволяют регистрировать излучение в дальнем ИК и терагерцовом диапазонах длин волн. Их работа основана на переходах электронов между подзонами в квантовых ямах.

Однофотонные детекторы

Способны регистрировать отдельные ИК-фотоны. Перспективны для квантовой криптографии и дальней космической связи. Реализуются на основе сверхпроводящих нанопроводов.

Графеновые фотодетекторы

Обладают сверхшироким спектральным диапазоном от видимого до терагерцового излучения. Имеют высокое быстродействие до сотен ГГц. Перспективны для систем оптической связи нового поколения.

Сравнение ИК-фотодиодов и фототранзисторов

Инфракрасные фотодиоды и фототранзисторы имеют свои особенности и области применения:

Преимущества фотодиодов:

• Более высокое быстродействие (до десятков ГГц)
• Лучшая линейность характеристик
• Меньший темновой ток
• Возможность работы в фотогальваническом режиме без внешнего питания

Преимущества фототранзисторов:

• Большая чувствительность за счет внутреннего усиления
• Простота схемы включения
• Возможность работы при низких напряжениях питания
• Меньшая стоимость

Выбор между фотодиодом и фототранзистором определяется требованиями конкретного применения по быстродействию, чувствительности и другим параметрам.

Заключение

Инфракрасные фотодиоды и фототранзисторы являются ключевыми компонентами современных оптоэлектронных систем. Они обеспечивают эффективное преобразование ИК-излучения в электрические сигналы в широком спектральном диапазоне.

Благодаря малым размерам, высокому быстродействию и чувствительности ИК-фотоприемники находят применение в оптической связи, системах технического зрения, датчиках различного назначения. Дальнейшее развитие технологий фотоприемников открывает новые возможности для создания перспективных оптоэлектронных устройств.

Как проверить инфракрасный свето- и фотодиод, мощная доработка тестера ut61e

Как известно, одним из лучших, если не лучшим тестером в категории до 50 баксов является uni-t ut61e. Однако, у него есть несколько недостатков, которые можно и нужно исправлять, о чём я и расскажу в этом обзоре.

Недостатков у данного тестера три: отсутствие автоотключения, отсутствие измерения температуры и отсутствие подсветки. С температурой придётся, к сожалению, смириться. Подсветку я лично не считаю чем-то необходимым, особенно в случае использования «кроны» и «классической» реализации, когда подсветка загорается на 15-30-60с. А вот задействовать автоотключение — не только можно но и нужно, потому что забыть включенный прибор и утром обнаружить полностью севшую батарейку — чертовски неприятно.

Перейдём к диодам. Тут особо писать нечего — диоды как диоды. В пакете 50 штук совершенно стандартных ИК светодиодов диаметром 3мм в прозрачном корпусе, и 50 штук 3мм фотодиодов в черном корпусе, что должно отфильтровать видимый спектр. На деле фонарик вполне засвечивает и открывает фотодиод даже через это чёрное стекло. Длину излучаемой волны измерить нечем, но в темноте светодиод я не разглядел, а в фотоаппарат — вполне.

На этом обзор диодов можно считать завершенным 😉

Переходим к доработке мультиметра. Доработка будет состоять из нескольких этапов: доработка ИК порта, доработка мультиметра в части автоотключения, и бонусом — установка внешнего источника опорного напряжения. Последнее, к сожалению, актуально только для приборов старых ревизий, где на плате предусмотрено место для внешнего ИОНа и обвязки.

Часть первая, ИК порт. Идея взята тут.

Во-первых — для чего переделывается порт? Для того, чтобы обеспечить И автоотключение, И передачу данных — мало ли когда оно понадобится?

Берём комплектный шнурок и разбираем его:

Берём светодиод

Загибаем ему ноги как у уже запаянного фотодиода, и запаиваем на место. Полярность на плате подписана.

Кроме светодиода запаиваем резистор на 10кОм

Всё, можно собирать.

Я заклеил суперклеем.

Теперь переходим к мультиметру. Идея переделки заключается в том, чтобы не только отпаять и приподнять 111 ножку чипа, отвечающую за автоотключение, но и подключить к ней фотодиод или фототранзистор для управления от порта.

Для начала изготовим платку для фотодиода и резистора. Я просто из обрезка одностороннего стеклотекстолита вырезал и пропилил надфилем в двух местах.

Теперь замеряемся куда и как ставить нашу плату:

Как видим, расстояние между диодами должно быть 16.5мм, а высота диода над платой — 10мм. Изгибаем, запаиваем, клеим на плату на «китайские сопли» (термопистолет), или тонкий двухсторонний скотч:

Ищем точки подключения:

… и выводим провод на противоположную сторону платы через штатное отверстие. Провод нужен тоненький, чтобы пролез в отверстие и изоляция не повредилась нигде:

Поднимаем ногу микросхемы, и подпаиваем к ней провод, закрепляя тем же термоклеем.

Кстати, плату с диодом и провода тоже нужно прицепить термоклеем, чтобы не развалилось всё это. Я этот момент не сфотографировал, к сожалению.

Хочется сделать так:

Но так делать НЕЛЬЗЯ — там расстояние до дисплея минимальное. Поэтому делаем так:

Обратите внимание, что анод (+) фотодиода подключается к V-, то есть включение «обратное», «стабилитронное» 😉

Всё, можно собирать и проверять. Как видим, значок передачи данных погас, а значок автоотключения загорелся:

Подключаем к компьютеру.

Нажимаем COM-connect:

Ура, всё работает.

Ну и бонусом — установка нового ИОНа LT1790ACS6-1.25 (я брал сразу три штуки, вышло не так дорого за один. возможно есть и более дешевые варианты). Тут я хочу повториться что данная доработка актуальна только для старых приборов, там на плате предусмотрены места установки данного ИОНа и обвязки. В новых ревизиях платы их установка не предусмотрена, соответственно, придётся вешать на соплях, ну и в этом случае разумно поискать что-то подешевле и без обвязки.

Типа того что установлено в an8008, например.

Зачем это нужно? У внешней опорки LT1790 температурный коэффициент 10-25ppm (в зависимости от варианта), а у встроенной в es51922 — вроде как аж 75ppm (идея взята здесь).

К сожалению, маркировка микросхемы никак не зависит от типа этой микросхемы, то есть узнать реальную точность, температурный коэффициент и температурный диапазон — нельзя. таким образом может оказаться что китаец впаривает более дешевый чип под видом более дорогого — но доказать это невозможно без применения высокоточного оборудования.

Схема подключения такова:

Вместе с установкой ИОНа весьма желательно заменить также резисторы делителя, то есть R16 и многооборотный подстроечник — таким образом, чтобы подстроечник имел минимальное сопротивление. В этом случае он будет оказывать минимальное же влияние и обеспечивать комфортную регулировку. Штатный подстроечник имеет сопротивление аж 2кОм что явно многовато. рекомендуется установка подстроечника 50-100 Ом. Купить можно например тут. Я пока поставил первый попавшийся на 500 Ом, что всяко лучше штатного, а потом посмотрю что делать дальше. Сразу хочу сказать, что настройка стала заметно плавнее, последний разряд это пара оборотов подстроечника.

Итак, переделка:

Нужно запаять резисторы R52 и R53 размера 0603 и номиналом 10кОм и конденсатор С50 емкостью 10мкФ (размер 0805, наверно можно попытаться и 1206 воткнуть), а также перенести резистор R15 на позицию R51. Ну и запаять собственно сам ИОН. После этого подключаем внешний источник образцового напряжения (см в конце обзора) и калибруем по постоянному напряжению.

Если честно, данная переделка особо ничего не даёт, это просто такая «прикольная фишка» типа «прокачай свой мультиметр» 😉

А вот внедрение свето- и фото- диодов и допиливание автоотключения — это совершенно однозначно та самая операция, которая должна проводиться сразу же после приобретения тестера.

Теперь о подсветке. Если кому-то прям не спится без подсветки в тестере — то самый простой способ это поместить внутрь модуль на TTP223, типа такого, подключить его после выключателя питания и стабилизатора и переключить в режим «кнопка с фиксацией». 8мА он должен по выходу держать, а больше как-бы и не нужно для подсветки. Ну либо по выходу модуля поставить еще и транзистор, который позволит получить любой нужный ток.

На этом всё, дорабатывайте свои ut61e и наслаждайтесь удобством!

Новые ИК фотодиоды и фототранзисторы от Vishay

21 мая 2014

Vishay Intertechnology пополнила свою линейку оптоэлектронной продукции двенадцатью новыми высокоскоростными SMD фотодиодами и фототранзисторами инфракрасного спектра, удовлетворяющими требованию AEC-Q101.

• Адаптированный радиус линзы для широкого ±35ºС угла половинной чувствительности ;
• Характерные фотоэлектрические токи 10 мкА для фотодиодов и 2.7 мА для фототранзисторов на 1 мВт/кв.см и 950 нм;
• Доступны корпуса с широкоугольными куполами линз:
  • миниатюрное «крыло чайки», обратное «крыло чайки» размерами 2.3х2.3х2.55 мм;
  • «вид с боку» размерами 2.3х2.55х2.3 мм;
• C фильтрами или без фильтров блокировки дневного света;
• Широкий спектральный диапазон пропускной способности:
• от 750 до 1050 нм с фильтром блокировки дневного света;
• от 350 до 1120 нм без фильтра блокировки дневного света;
• Температура хранения и работы в диапазоне от −40 до +100ºC ;
• Уровень MSL 2a;
• Без галогенов, RoHS-совместимы, удовлетворяет «зеленым» стандартам VISHAY.

Наименование	Тип	Корпус	Полоса пропускания (нм)	Длинна волны предельной чувствительности	Фототок
VEMD2003X01	Фотодиод	обратное «крыло чайки»	750 до 1050	940 нм	10 мкА
VEMD2023X01	Фотодиод	«крыло чайки»	750 до 1050	940 нм	10 мкА
VEMD2023SLX01	Фотодиод	«вид с боку»	750 до 1050	940 нм	10 мкА
VEMD2503X01	Фотодиод	обратное «крыло чайки»	350 до 1120	900 нм	10 мкА
VEMD2523X01	Фотодиод	«крыло чайки»	350 до 1120	900 нм	10 мкА
VEMD2523SLX01	Фотодиод	«вид с боку»	350 до 1120	900 нм	10 мкА
VEMT2003X01	Фототранзистор	обратное «крыло чайки»	790 до 970	860 нм	2. 7 мА
VEMT2023X01	Фототранзистор	«крыло чайки»	790 до 970	860 нм	2.7 мА
VEMT2023SLX01	Фототранзистор	«вид с боку»	790 до 970	860 нм	2.7 мА
VEMT2503X01	Фототранзистор	обратное «крыло чайки»	470 до 1090	850 нм	2.7 мА
VEMT2523X01	Фототранзистор	«крыло чайки»	470 до 1090	850 нм	2.7 мА
VEMT2523SLX01	Фототранзистор	«вид с боку»	470 до 1090	850 нм	2.7 мА

 

Область применения: фотопрерыватели, детекторы для оптических выключателей, счетчиков, оптических датчиков, датчиков положения, для ИК пультов дистанционного управления, для передачи данных в автомобильных приложениях, в инфракрасных сенсорных панелях, в световых занавесах и барьерах, а также в системах учета.

•••

О компании Vishay

VISHAY Компания Vishay Intertechnology Inc. (Vishay) основана в 1962 году в США выходцем из Литвы, инженером Феликсом Зандманом, переехавшим в Америку из Европы в 1952 году, и его родственником и компаньоном Альфредом Сланером.  На момент основания Vishay Зандман работал в компании Budd, где развивал собственную методику измерения деформаций – метод фотостресса, а также пробовал разрабатывать прецизионный фольговый резистор на стеклянной (а не керамической) основе. Последний не заинтересовал ру …читать далее

Товары

org/Product» data-pid=»mVpN»> org/Product» data-pid=»mVpp»>

Наименование
VEMD2020X01 (VISHAY)
VEMD2523SLX01 (VISHAY)
VEMD2023X01 (VISHAY)
VEMD2523X01 (VISHAY)
VEMD2023SLX01 (VISHAY)
VEMT2023X01 (VISHAY)
VEMT2523SLX01 (VISHAY)
VEMT2523X01 (VISHAY)
VEMT2503X01 (VISHAY)

Поиск по параметрам

Фотодиоды от Vishay

Что такое ИК-фотодиод? (с изображением)

`;

Бенджамин Арье

Дата последнего изменения: 15 декабря 2022 г.

ИК-фотодиод — это электрический компонент, преобразующий свет в электричество. Компоненты этого типа специально разработаны для реагирования на свет в инфракрасном диапазоне. Связь, датчики и безопасность — три приложения, которые их часто используют.

ИК-фотодиод — это электрический компонент, который преобразует свет в электричество.

Все фотодиоды используют фотоэлектрический эффект для генерации электрического тока из света. Когда фотоны света попадают на поверхность диода, электроны «выбиваются» с места. Заряд возникает при движении электрона. Непрерывное воздействие света на фотодиод создаст постоянный поток электричества. Величина тока соответствует количеству света, попадающего на поверхность диода.

Стандартные фотодиоды создают электричество в ответ на видимый свет. ИК-фотодиод использует инфракрасный фильтр для блокировки видимого света и пропускает только инфракрасные волны света. Это снижает уровень помех от фонового света и гарантирует, что ток генерируется только при наличии инфракрасного света. ИК-фотодиод технически способен непрерывно генерировать электричество, подвергаясь воздействию инфракрасного света.

Однако большинство этих компонентов используются не для выработки энергии, а скорее для определения приема инфракрасного сигнала. Это полезно для удаленного общения. В телевизорах, например, часто используются инфракрасные фотодиоды для обнаружения нажатия кнопки на пульте дистанционного управления. ИК-фильтр помогает гарантировать, что солнечный свет не мешает этому управлению. ИК-фотодиоды также могут работать в паре с инфракрасными лазерами. Это позволяет передавать сигналы связи по воздуху и обнаруживать их на очень больших расстояниях.

ИК-фотодиоды

также полезны в качестве датчиков в робототехнике и приложениях безопасности. Мобильные роботы часто сочетают фотодиод с инфракрасным светодиодом (LED). Инфракрасный свет светодиода невидим для человеческого глаза, но отражается от твердых объектов, таких как стены. Когда робот приближается к объекту, ИК-фотодиод улавливает отражение инфракрасного света. Это позволяет роботу остановиться до столкновения со стеной или другим объектом.

Системы безопасности используют эти компоненты для обнаружения злоумышленников. В этом приложении невидимая природа инфракрасного света может быть значительным преимуществом. Источник ИК-излучения можно разместить с одной стороны дверного проема или комнаты, а ИК-фотодиод — с противоположной стороны. Диод способен обнаруживать постоянный луч инфракрасного света, при этом злоумышленники не могут видеть датчик. Если кто-то входит в комнату и прерывает ИК-луч, срабатывает сигнализация.

Вам также может понравиться

Рекомендуется

Выбор фотодиодного датчика для инфракрасной оптики | Блог Advanced PCB Design

3-цветный фотодиодный датчик

 

ПЗС-матрицы или КМОП-датчики обычно используются по умолчанию для датчиков света в оптических системах. Эти компоненты хорошо известны в камерах и имеют успешную историю. Эти компоненты идеально подходят для сбора чувствительных спектральных измерений в широком диапазоне длин волн, как внутри, так и за пределами видимого спектра. Однако, если вам необходимо получить чувствительные измерения на одной длине волны или в очень узком диапазоне длин волн, фотодиодный датчик является лучшим выбором.

Фотодиоды могут использоваться в очень узкоспециализированных приложениях для обработки изображений, использующих одну длину волны в режиме растрового сканирования. Однако то, будут ли создаваемые вами изображения иметь сравнимое разрешение с изображениями, снятыми с помощью CMOS/CCD, зависит от оптических настроек вашей системы. Вместо этого фотодиоды лучше всего использовать для чувствительных измерений интенсивности. Они также играют важную роль в высокоскоростной оптоволоконной связи. Давайте рассмотрим проблемы компоновки фотодиодов для этих различных приложений.

Типы фотодиодных датчиков

Все фотодиодные датчики работают по тому же принципу, что и фотогальванические элементы: они преобразуют свет в электричество. То, как это происходит, зависит от того, как фотодиод включен в цепь. Фотодиод работает в фотогальваническом режиме (при работе в прямом смещении) и в режиме фотодиода (при работе в обратном смещении). Фотодиоды работают с обратным смещением, поскольку это обеспечивает линейный отклик, а диапазон отклика может быть довольно большим в зависимости от интенсивности входного света.

Фотодиоды предназначены для работы на определенных длинах волн, хотя диапазон длин волн может быть довольно широким (для некоторых материалов охват микрометров). Чувствительность фотодиодного датчика зависит от материалов, используемых для изготовления устройства, и его внутреннего профиля легирования. Некоторые распространенные материалы и их полезные длины волн:

• Si : лучше всего подходит для видимого и ближнего ИК-диапазонов. Si имеет непрямую запрещенную зону при 1,1 эВ, поэтому край поглощения находится при ~ 1100 нм. Пересыщенное легирование может быть одним из методов увеличения поглощения кремниевых фотодиодов до длин волн SMF.

• InGaAs : Этот материал III-V обеспечивает чувствительность до ~2600 нм. Чувствительность и низкая емкость перехода (<1 нФ) делают фотодиоды InGaAs стандартным выбором для обнаружения длин волн SMF (1310 и 1550 нм) с высокой скоростью передачи данных. Нестехиометрический In(1-x)GaxAs можно использовать для создания перестраиваемых фотодиодов, ширина запрещенной зоны которых может быть увеличена за счет использования большего количества Ga в тройном сплаве.

• Ge : Этот материал более дорогой, чем Si, хотя он имеет более узкую прямую запрещенную зону и чувствителен до ~ 1600 нм. Он имеет более низкое сопротивление шунта, чем фотодиоды InGaAs, что приводит к большему шуму Джонсона в выходном токе. Следовательно, использование с длинами волн SMF менее желательно.

• HgCdTe : Этот материал обеспечивает чрезвычайно широкополосное обнаружение от ~1 до ~14 микрон.

• InAs : Этот материал обеспечивает более глубокую чувствительность в ближней ИК области (~3800 нм).

• Материалы II-VI : Этот класс материалов является одним из кандидатов на будущие электронно-фотонные интегральные схемы (EPIC), хотя многие достижения в кремниевой фотонике имеют место. Время покажет, какой класс материалов станет лучшим классом материалов EPIC.

 

Фотодиоды PN и PIN

Фотодиодные датчики бывают p-n и p-i-n в зависимости от их внутренней структуры и легированной области. По сравнению с p-n-диодом использование p-i-n-диода обеспечивает большую область обеднения; хотя это требует большего входного напряжения для определенного коэффициента усиления на выходе, квантовая эффективность этих датчиков может быть намного выше (достигая от 80% до 90%).

Несмотря на то, что варакторные диоды имеют структуру p-n-n+ и предназначены для работы при обратном смещении, они обычно не оптимизированы для обеспечения высокой фоточувствительности. Тем не менее, этот тип структуры также может быть использован в качестве фотодиодного датчика, который обеспечивает перестраиваемую по напряжению выходную емкость. Емкость перехода фотодиода очень важна, поскольку она определяет время отклика/восстановления фотодиода, которое затем определяет максимальную скорость, с которой он может воспринимать оптические импульсы, например, в оптическом волокне.

Лавинный фотодиод

Подобно стандартному лавинному диоду, лавинный фотодиод предназначен для работы при высоком обратном напряжении смещения, приближающемся к порогу пробоя. Эти фотодиоды могут обеспечивать очень высокий коэффициент усиления (от 105 до 106), но высокий коэффициент усиления также усиливает шум, что приводит к низкому соотношению сигнал-шум. Эти фотодиодные датчики полезны для оптических измерений низкого уровня.

Фотодиодная матрица

Фотодиодная матрица — это просто матрица отдельных фотодиодов, объединенных в единый корпус. С точки зрения структуры, матрица фотодиодов просто содержит несколько фотодиодов, расположенных в определенном порядке. Матрица фотодиодов аналогична датчику CCD или CMOS; оба содержат несколько ячеек изображения, расположенных в 1D (линейная матрица фотодиодов) или 2D (квадратная или прямоугольная матрица фотодиодов). Доступны матрицы фотодиодов с p-n, p-i-n и , которые обеспечивают более высокую чувствительность для измерений при более низком уровне освещенности.

 

Датчик с линейной матрицей фотодиодов

 

Сбор выходного сигнала с фотодиодного датчика

Выход с фотодиодного усилителя обычно подключается к фотодиоду; простой пример показан в этой статье. В некоторых корпусах он встроен в сам фотодиодный датчик. Поскольку фотодиод обычно работает при обратном смещении, его необходимо подключить последовательно с источником питания, чтобы обеспечить желаемое усиление. Даже когда эти компоненты работают с высокой скоростью переключения (например, в оптоволоконной связи), вам не нужно беспокоиться об отражениях, хотя вам нужно будет обеспечить соответствие импеданса между выходным сопротивлением фотодиода и входным импедансом усилителя. Это сделано для обеспечения максимальной передачи мощности в приемник.

Другим аспектом работы с фотодиодным датчиком является построение линии нагрузки для устройства, чтобы обеспечить его работу в линейном диапазоне. В зависимости от импеданса нагрузки (т. е. входного импеданса усилителя) и напряжения обратного смещения выходной сигнал фотодиода будет насыщаться и становиться нелинейным, когда интенсивность входного света становится слишком высокой.

 

Линия нагрузки и ВАХ для типичного фотодиодного датчика. Модель эквивалентной схемы включена в это изображение. Спасибо Грегору Хессу за это превосходное изображение.

 

Вы можете использовать несколько простых симуляций, чтобы построить линию нагрузки для фотодиодного датчика, используя эквивалентную схему, показанную выше. Просто поместите стандартный диод с обратным смещением параллельно источнику тока (так называемый темновой ток выше) и поместите второй источник тока параллельно фотодиоду для моделирования уровня фототока. В конце концов, когда фототок станет слишком большим, ток, измеренный на выходном порту, перестанет увеличиваться из-за насыщения. Это позволяет легко определить линейный диапазон и коэффициент усиления фотодиодного датчика для заданного импеданса нагрузки.

Когда вы разрабатываете электронную систему для поддержки оптических измерений с помощью фотодиодного датчика, вам нужна правильная компоновка печатной платы и программное обеспечение для проектирования печатной платы.