Фотодиоды применение: описание принципа работы, схема, характеристики, способы применения — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

описание принципа работы, схема, характеристики, способы применения

Обновлена: 20 Июля 2022 3742 1

Поделиться с друзьями

Фотодиоды – полупроводниковые элементы, обладающие светочувствительностью. Их основная функция – трансформация светового потока в электросигнал. Такие полупроводники применяются в составе различных приборов, функционирование которых базируется на использовании световых потоков.

Принцип работы фотодиодов

Основа действия фотодиодных элементов – внутренний фотоэффект. Он заключается в возникновении в полупроводнике под воздействием светового потока неравновесных электронов и дырок (то есть незаполненных валентных связей, проявляющих себя как носители положительного заряда, который равен заряду электрона), которые формируют фотоэлектродвижущую силу.

При попадании света на p-n переход происходит поглощение световых квантов с образованием фотоносителей

Фотоносители, находящиеся в области n, подходят к границе, на которой они разделяются под влиянием электрополя
Дырки перемещаются в зону p, а электроны собираются в зоне n или около границы
Дырки заряжают p-область положительно, а электроны – n-зону отрицательно. Образуется разность потенциалов
Чем выше освещенность, тем больше обратный ток

Если полупроводник находится в темноте, то его свойства аналогичны обычному диоду. При прозванивании тестером в отсутствии освещения результаты будут аналогичны тестированию обычного диода. В прямом направлении будет присутствовать маленькое сопротивление, в обратном – стрелка останется на нуле.

Схема фотодиода

Режимы работы

Фотодиоды разделяют по режиму функционирования.

Режим фотогенератора

Осуществляется без источника электропитания.

Фотогенераторы, являющиеся комплектующими солнечных батарей, иначе называют «солнечными элементами». Их функция – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Наиболее распространены фотогенераторы, созданные на базе кремния – дешевого, распространенного, хорошо изученного. Обладают невысокой стоимостью, но их КПД достигает всего 20%. Более прогрессивными являются пленочные элементы.

Режим фотопреобразования

Источник электропитания в схему подключается с обратной полярностью, фотодиод в данном случае служит датчиком освещенности.

Основные параметры

Свойства фотодиодов определяют следующие характеристики:

Вольтамперная. Определяет изменение величины светового тока в соответствии с меняющимся напряжением при стабильных потоке света и темновом токе
Спектральная. Характеризует влияние длины световой волны на фототок

Постоянная времени – это период, в ходе которого ток реагирует на увеличение затемнения или освещенности на 63% от установленного значения
Порог чувствительности – минимальный световой поток, на который реагирует диод
Темновое сопротивление – показатель, характерный для полупроводника при отсутствии света
Инерционность

Из чего состоит фотодиод?

Разновидности фотодиодов

P-i-n

Для этих полупроводников характерно наличие в зоне p-n перехода участка, обладающего собственной проводимостью и значительной величиной сопротивления. При попадании на этот участок светового потока появляются пары дырок и электронов. Электрополе в данной области постоянно, пространственного заряда нет. Такой вспомогательный слой расширяет диапазон рабочих частот полупроводника. По функциональному назначению p-i-n-фотодиоды разделяют на детекторные, смесительные, параметрические, ограничительные, умножительные, настроечные и другие.

Лавинные

Этот вид отличается высокой чувствительностью. Его функция – преобразование светового потока в электросигнал, усиленный с помощью эффекта лавинного умножения. Может применяться в условиях незначительного светового потока. В конструкции лавинных фотодиодов используются сверхрешетки, способствующие снижению помех при передаче сигналов.

С барьером Шоттки

Состоит из металла и полупроводника, вокруг границы соединения которых создается электрическое поле. Главным отличием от обычных фотодиодов p-i-n-типа является использование основных, а не дополнительных носителей зарядов.

С гетероструктурой

Образуется из двух полупроводников, имеющих разную ширину запрещенной зоны. Гетерогенным называют слой, находящийся между ними. Путем подбора таких полупроводников можно создать устройство, работающее в полном диапазоне длин волн. Его минусом является высокая сложность изготовления.

Области применения фотодиодов

Оптоэлектронные интегральные микросхемы. Полупроводники обеспечивают оптическую связь, что гарантирует эффективную гальваноразвязку силовых и руководящих цепей при поддержании функциональной связи.
Многоэлементные фотоприемники – сканисторы, фоточувствительные аппараты, фотодиодные матрицы. Оптоэлектрический элемент способен воспринимать не только яркостную характеристику объекта и ее изменение во времени, но и создавать полный визуальный образ.

Другие сферы использования: оптоволоконные линии, лазерные дальномеры, установки эмиссионно-позитронной томографии.

Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?

Другие материалы по теме

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Фотодиод принцип действия, классификация, применение Электроника, Микроэлектроника…

Привет, Вы узнаете про фотодиод, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое фотодиод , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

фотодиод — это фоточувствительный полупроводниковый диод с р-n переходом (между двумя типами полупроводника или между полупроводником и металлом).

Под действием света, падающего на p-n переход , в последнем образуются электронно-дырочные пары. Не основные носители, т.е. дырки в n- области и электроны в p- области, диффундируют в область p-n перехода, втягиваются его полем и выбрасываются в область, расположенную за переходом, образуя в ней объемный заряд. По мере перехода не основных носителей из одной области в другую происходит их накопление в одной части рассматриваемой системы, в то время как в другой ее части накапливаются основные носители тока. Это накопление не может продолжаться беспредельно, т.к. одновременно с возрастанием концентрации дырок в p- области и электронов в n- области возрастает создаваемое ими электрическое поле, препятствующее переходу не основных носителей через запирающий слой из одной области в другую. По мере возрастания этого поля возрастает и обратный поток носителей. В конце концов, наступает динамическое равновесие, при котором число не основных носителей, перемещающихся за единицу времени через запирающий слой, равно числу тех же носителей перемещающихся в обратном направлении.

При этом, между электродами устанавливается некоторая разность потенциалов Е, это фото ЭДС. При подключении к выводам фотодиода нагрузки в ее цепи появляется ток, величина которого определяется разностью встречных потоков носителей через p-n переход.

Структура перехода фотодиода показана на Рис.1.а, а семейство вольт-амперных характеристик на Рис.1.б.

Фотодиоды используют в фотодиодном и фотогальваническом режимах. В первом диод смещается в обратном направлении, и фототок является функцией светового потока. Во втором режиме прибор работает в режиме генерации фото ЭДС. По сравнению с фотогальваническим, фотодиодный режим обладает рядом достоинств: пониженной инерционностью, повышенной чувствительностью, к длинноволновой части оптического спектра, широким динамическим диапазоном линейности характеристик. Основной недостаток этого режима — наличие шумового тока, обусловленного флуктуациями ( потока носителей заряда через p-n переход, протекающего через нагрузку.

В ряде случаев при н

Рис. 1

еобходимости обеспечения низкого уровня шума фотоприемника фотогальванический режим может оказаться более выгодным, чем фотодиодный.

Вольт-амперные характеристики фотодиода в квадранте I (см. Рис.1.б) соответствуют включению в прямом направлении. Квадрант IV соответствует случаю работы диода в фотогальваническом режиме т.е. фотодиод работает как солнечный преобразователь, ток и напряжение при этом зависят от силы светового потока. Для выделения на нагрузке максимальной мощности берется сопротивление нагрузки равное внутреннему сопротивлению фотодиода. По оси напряжения можно определить фото ЭДС при различной интенсивности принимаемого светового потока

Ф и нулевом сопротивлении нагрузки, а по оси тока — фототок при различных значениях Ф и нулевом сопротивлении нагрузки. Характеристики в квадранте III соответствуют включению прибора в фотодиодном режиме. Напряжение UПР — напряжение электрического пробоя фотодиода.

Напряжение UР — рабочее — указывают в паспорте.

Вольт-амперную характеристику при отсутствии облучения называют темновой при этом вольт-амперная характеристика фотодиода проходит через 0 и совпадает с характеристикой обычного диода. Значение темнового тока IТ при заданной температуре окружающей среды и рабочем напряжении указывают в паспорте прибора. Параметры кремниевых и германиевых фотодиодов заметно зависят от температуры окружающей среды. С повышением ее на каждые 10° темновой ток германиевых приборов увеличивается в 2, а кремниевых в 2,5 раза. При этом чувствительность и обнаружительная способность уменьшаются, уровень собственных шумов увеличивается, а максимум спектральной характеристики сдвигается в сторону более коротких волн. Понижение температуры приводит к противоположным изменениям.

принци работы фотодиода

Описание

обозначение на схемах

Структурная схема фотодиода.

1 — кристалл полупроводника;
2 — контакты;
3 — выводы;

Φ — поток электромагнитного излучения; Е — источник постоянного тока; RH — нагрузка.

внешний вид фотодиодов

эквивалентная схема фотодиода

Классификация фотодиодов

p-i-n-фотодиод

В p-i-n-структуре средняя i-область заключена между двумя областями противоположной проводимости. При достаточно большом напряжении оно пронизывает i-область, и свободные носители, появившееся за счет фотонов при облучении, ускоряются электрическим полем p-n-переходов. Это дает выигрыш в быстродействии и чувствительности. Повышение быстродействия в p-i-n-фотодиоде обусловлено тем, что процесс диффузии заменяется дрейфом электрических зарядов в сильном электрическом поле. Уже при Uобр ≈ 0,1 В p-i-n-фотодиод имеет преимущество в быстродействии.

P-i-n

Лавинные

С барьером Шоттки

С гетероструктурой

Фотодиоды — малоинерционные фотоприемники. Инерционность их зависит от временных характеристик процесса фотогенерации носителей, условий разделения электронно-дырочных пар, емкости р-n перехода, а также сопротивления нагрузки. В ряде случаев от фотоприбора требуется высокое быстродействие (несколько наносекунд и менее). Такие приборы необходимы в оптических линиях связи, системах воспроизведения звука с компакт-дисков и др. В подобных устройствах применяют фотодиоды структуры p-i-n (i — диэлектрик) и лавинные фотодиоды.

Рис. 3

p–i–n фотодиоды. Структурная схема p-i-n фотодиода показана на Рис. 3.а. На подложке с проводимостью n+ сформирован слаболегированный i- слой и слой с проводимостью р+ толщиной до 0,3 мкм. При подаче обратного смещения обедненным оказывается весь i- слой. В результате емкость перехода уменьшается, расширяется область поглощения падающего излучения и повышается чувствительность прибора. Поглощаемое излучение в структуре затухает по экспоненте (см . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Рис.3) в зависимости от коэффициента поглощения и вызывает появление фото возбужденных носителей. Электрическое поле обедненного слоя (напряженность поля больше или равна 103 В/см) ускоряет их до скорости насыщения дрейфа (около 107 см/с). Эту область называют пространством дрейфа.

За пределами обедненного слоя движение носителей носит диффузионный характер с относительно низкой скоростью — примерно 104 см/с. Это обстоятельство ухудшает быстродействие. Для его повышения необходимо сконцентрировать поглощение излучения в обедненном слое. С этой целью слой р+ делают очень тонким, а толщину слоя i — большей длины поглощения излучения . Длина поглощения для кремния на длине волны 0,8 мкм равна примерно 10…20 мкм и рабочее напряжение, при котором обедненный слой имеет требуемую ширину, не превышает 10…20 В.

Рис. 4

Лавинные фотодиоды (ЛФД). ЛФД (см. Рис.3.б) работают при обратных напряжениях смещения достаточных для размножения носителей. По сравнению с p – i – n фотодиодами они обладают внутренним усилением и в силу этого имеют большую чувствительность при приеме более слабых сигналов. ЛФД изготавливаются на основе Ge, Si, соединений группы АIIIBV и других полупроводников. При выборе материала фотодиода определяющими параметрами являются квантовая эффективность в заданном спектральном диапазоне, быстродействие и шумы. Германиевые ЛФД обеспечивают высокую квантовую эффективность в спектральном диапазоне 1…1,6 мкм, а кремниевые – особенно эффективны на длинах волн 0,6…1 мкм. В лавинном фотодиоде излучение поглощается в обедненном слое. Для создания ударной ионизации фотовозбужденными носителями рядом с р-n переходом формируют область с высокой напряженностью электрического поля (более 105 В/см), в которой происходит лавинное умножение носителей. Коэффициент умножения М при напряжении смещения близком к напряжению пробоя, может достигать 1000. М — показывает во сколько раз увеличивается ток оптически генерируемых носителей. Для кремния эта зависимость представлена на Рис.4. Однако это значение зависит и от температуры. Температурный коэффициент изменения напряжения пробоя до 0,2%/°С. Проектируя цепь смещения лавинного фотодиода, необходимо предусмотреть меры, устраняющие влияние этого фактора.

Рис. 5

На Рис.5.а, б схематически показана конструкция p-i-n и лавинного фотодиода соответственно. Где: 1. – просветляющее покрытие; 2. – металлические контакты; 3. – окись кремния SiO2; 4. – охранное кольцо; 5. – подложка.

Для уменьшения отражения света от поверхности диода ее покрывают пленкой 1. По периметру рабочей поверхности формируют защитное кольцо 2, позволяющее повышать напряжение пробоя. Оптимально выбранные размеры элементов прибора дают возможность получать весьма хорошие параметры. При напряжении 100…150 В быстродействие лавинного фотодиода оказывается равным примерно 0,3 нс.

Рис.6

На Рис.6 показана эквивалентная схема фотодиода, где R1 – последовательное сопротивление, моделирующее сопротивление базы, C – емкость p – n перехода, R2 – внутреннее сопротивление p – n перехода. Быстродействие ограничено временем пробега фотовозбужденных носителей и постоянной времени =R1C(1+R1/R2). Время пробега носителей при скорости 107 см/с и ширине обедненного слоя 100 мкм примерно 1нс. При меньшей ширине обедненного слоя может быть достигнута граничная частота до нескольких гигагерц. Емкость диода — 1…2пФ (сумма паразитной емкости корпуса и емкости перехода). Если сопротивление нагрузки принять равным 50 0м, то постоянная времени t=0,05…0,1нс.

Темновой ток – это ток утечки, который растет при увеличении напряжения обратного смещения. При работе в фотодиодном режиме наблюдаются более высокие значения темнового тока, которые зависят от температуры окружающей среды.

При увеличении температуры на 10 °C величина темнового тока увеличивается примерно в 2 раза, а шунтирующее сопротивление удваивается при увеличении температуры на 6 °C. Чем выше напряжение смещения, тем меньше емкость перехода, но тем больше величина темнового тока.

Темновой ток также зависит от материала полупроводника и размера активной области. Например, у кремниевых фотодиодов значения темнового тока значительно ниже, чем у германиевых. В таблице ниже представлены различные полупроводниковые материалы и их относительные значения темнового тока, чувствительности, быстродействия и стоимости.

Материал	Темновой ток	Быстродействие	Спектральный диапазон	Стоимость
Кремний (Si)	Низкий	Высокое	Видимый – Ближний ИК	Низкая
Германий (Ge)	Высокий	Низкое	Ближний ИК	Низкая
Фосфид галлия (GaP)	Низкий	Высокое	УФ — Видимый	Средняя
Арсенид галлия-индия (InGaAs)	Низкий	Высокое	Ближний ИК	Средняя
Антимонид арсенида индия (InAsSb)	Высокий	Низкое	Ближний – Средний ИК	Высокая
Кадмий-ртуть-теллур (MCT, HgCdTe)	Высокий	Низкое	Ближний – Средний ИК	Высокая

Темновой ток (протекающий через диод независимо от фототока) представляет собой сумму обратного тока и тока поверхностной утечки. Он вызывает дробовой шум. У кремниевых фотодиодов темновой ток мал (около 10-12 А), поэтому и уровень шума относительно невысок. Шумовые характеристики германиевых приборов заметно хуже.

Если мощность падающего излучения равна РО, то соответствующее число падающих фотонов будет РО/h и фототок

(5)

где — квантовый выход, e — заряд электрона, h — постоянная Планка, — частота.

При этом квантовый выход определяется соотношением:

Рис. 7

(6)

где R — коэффициент отражения потока от рабочей поверхности прибора; Lа — ширина области поглощения света; — коэффициент поглощения

На Рис.7 представлена зависимость квантового выхода от длины волны излучения для германия и кремния. Границу чувствительности в области длинных волн определяет ширина запрещенной зоны материала, а падение чувствительности в области коротких волн — уменьшение длины поглощения вблизи поверхности и поверхностная рекомбинация фотовозбужденных носителей. Конструкция и схема включения фотодиода показана на Рис.8.а, б где: а — конструкция, б — схема включения фотодиода. Пластина 1 из монокристалла германия с электропроводимостью n- типа закреплена с помощью кристаллодержателя 2 в коваровом корпусе 3. Эта пластинка является базой фоточувствительного элемента и располагается против окна, закрытого стеклянной собирающей линзой 10. Электронно-дырочный переход образован вплавлением в пластину германия капли индия 8 — сплавной переход. При сплавлении индия с германием в результате диффузии индия в прилегающей области германия образуется слой с электропроводимостью p- типа. Вывод 4 от индиевого электрода пропущен через коваровую трубку 5, закрепленную стеклянным изолятором 6 в ножке 7 корпуса. Другим электродом является корпус фотодиода, так как кристалл германия припаян к кристаллодержателю оловянным кольцом 9. Для защиты p-n перехода от воздействия окружающей среды корпус фотодиода герметизирован. Наибольшее распространение получили фотодиоды на основе германия и кремния. Так же используют полупроводниковые соединения элементов групп AII BV и AII BVI (GaAs, InAs, InSb, InP, CdS, CdTe, HgCdTe и др.) Фотодиоды применяются в качестве приемников лазерных лучей в звуковоспроизводящей аппаратуре.

Рис. 8

Достоинства:

1) есть возможность обеспечения чувствительности в длинноволновой части спектра за счет изменения ширины i-области.

2) высокая чувствительность и быстродействие

3) малое рабочее напряжение Uраб

Недостатки:

сложность получения высокой чистоты i-области

В структуре используется лавинный пробой. Он возникает тогда, когда энергия фотоносителей превышает энергию образования электронно-дырочных пар. Очень чувствительны. Для оценки существует коэффициент лавинного умножения:

Для реализации лавинного умножения необходимо выполнить два условия:

1) Электрическое поле области пространственного заряда должно быть достаточно большим, чтобы на длине свободного пробега электрон набрал энергию, большую, чем ширина запрещенной зоны:

2) Ширина области пространственного заряда должна быть существенно больше, чем длина свободного пробега:

Значение коэффициентов внутреннего усиления составляет M = 10—100 в зависимости от типа фотодиодов.
Фотодиод с гетероструктурой
Гетеропереходом называют слой, возникающий на границе двух полупроводников с разной шириной запрещенной зоны. Один слой р+ играет роль «приемного окна». Заряды генерируются в центральной области. За счет подбора полупроводников с различной шириной запрещенной зоны можно перекрыть весь диапазон длин волн. Недостаток — сложность изготовления.

Принцип работы:

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и емкостью p-n-перехода Cp-n

Фотодиод может работать в двух режимах:

фотогальванический — без внешнего напряжения
фотодиодный — с внешним обратным напряжением

Особенности:

простота технологии изготовления и структуры
сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия
малое сопротивление базы
малая инерционность

Основные характеристики фотодиодов

—

Рис. 2

токовая чувствительность Si (А/лм или А/Вт) — определяет значение фототока, создаваемого единичным потоком излучения; Статическую интегральную токовую чувствительность при монохроматическом световом потоке или мощности излучения определяют отношением:

(1)

или

(мА-Вт-1) (2)

где IФ — фототок; Ф — световой поток, Р — мощность излучения.

При работе прибора в фотодиодном режиме удобно использовать понятие интегральной вольтовой чувствительности:

(3)

(4)

где UВЫХ — изменение выходного напряжения; RН — сопротивление нагрузки.

— спектральная характеристика. Показывает распределение чувствительности материала к длине волны падающего на него излучения. На Рис.2 показаны типовые спектральные характеристики кремниевого (2) и германиевого (1) фотодиодов. Как видно из Рис.2, максимум чувствительности германиевых диодов сдвинут в сторону более длинных волн.

— постоянные времени нарастания и спада фототока, они определяют предельные значения рабочей частоты модуляции светового потока, при которых еще не заметно уменьшение фото отклика. Эти параметры характеризуют инерционность приборов. Обычно .

— быстродействие — определяется граничной частотой fГР, соответствующей максимальной частоте модуляции светового потока, на которой статическая чувствительность уменьшается до уровня 0,707 от чувствительности на низкой частоте модуляции.

— номинальное рабочее напряжение UНОМ, темновой ток IТМ и максимально допустимое обратное напряжение UMAX.

Наиболее влияющими оказались такие факторы:

Суммарный ток утечек, образующийся путем сложения шумов и тока при отсутствии света.
Квантовая эффективность, определяющая долю падающих квантов, приводящих к возникновению тока и носителей заряда.

Фотодиоды, изготовленные на основе кремния, работают в интервале длин волн 0,5…1,1 мкм. Фотодиоды на основе германия работают в интервале длин волн 0,5…1,9 мкм.

Большинство фотодиодов выпускают в герметичных металлостеклянных корпусах. Фотодиод ФД-1 выпускают в металлокерамическом корпусе, фотодиод ФД-2 — в пластмассовом корпусе. Плюсовый вывод фотодиодов маркируют на корпусе знаком «+», точкой или цветной меткой на вводе. Для ввода оптического излучения на фоточувствительный элемент в корпусе фотодиода встраивают входные окна, линзы, световоды и другие оптические элементы. Без входного встроенного оптического элемента выпускается фотодиод ФД-20-ЗОК. Фотодиоды ФД20-32К и ФД-20-ЗОК имеют по два фоточувствительных элемента ФД-19К, ФД-20КП, ФД-22КП и ФД-20-ЗЗК-по четыре. Фотодиод ФД-246 имеет 64 фоточувствительных элемента. Фотодиод ФД-К-142 имеет координатно-чувствительный квадратный четырехэлементный оптический вход.

Применение фотодиодов

Фотодиоды P−n используются в аналогичных применениях с другими фотоприемниками , такими как фотопроводники , приборы с зарядовой связью и фотоумножители . Они могут использоваться для генерации выходного сигнала, который зависит от освещения (аналоговый; для измерения и т.п.), или для изменения состояния схемы (цифровой; либо для управления и коммутации, либо для цифровой обработки сигналов).

Фотодиоды используются в устройствах бытовой электроники, таких как проигрыватели компакт-дисков , детекторы дыма , медицинские приборы [16] и приемники для инфракрасных устройств дистанционного управления, используемых для управления оборудованием от телевизоров до кондиционеров. Для многих применений могут использоваться либо фотодиоды, либо фоторезисторы. Любой тип фотодатчика можно использовать для измерения освещенности, например, в измерителях освещенности камеры , или для реагирования на уровни освещенности, например, при включении уличного освещения после наступления темноты.

Фотодатчики всех типов могут использоваться для реагирования на падающий свет или источник света, который является частью той же схемы или системы. Фотодиод часто объединяется в один компонент с излучателем света, обычно светодиодом (LED), либо для обнаружения наличия механического препятствия для луча ( щелевой оптический переключатель ), либо для соединения двух цифровых или аналоговых цепи при сохранении чрезвычайно высокой электрической изоляции между ними, часто для обеспечения безопасности ( оптопара ). Комбинация светодиодов и фотодиодов также используется во многих сенсорных системах для характеристики различных типов продуктов на основе их оптического поглощения .

Фотодиоды часто используются для точного измерения интенсивности света в науке и промышленности. Они обычно имеют более линейный отклик, чем фотопроводники.

Они также широко используются в различных медицинских приложениях, таких как детекторы для компьютерной томографии (в сочетании со сцинтилляторами ), инструменты для анализа образцов ( иммуноанализ ) и пульсоксиметры .

PIN-диоды намного быстрее и более чувствительны, чем p-n-переходные диоды, и, следовательно, часто используются для оптической связи и в регулировании освещения.

Фотодиоды P–n не используются для измерения очень низкой интенсивности света. Вместо этого, если требуется высокая чувствительность, лавинные фотодиоды , устройства с усиленной зарядовой связью или фотоумножители используются для таких применений, как астрономия , спектроскопия , приборы ночного видения и лазерное дальномеризация .

Фотодиоды являются основными элементами многих оптоэлектронных приборов.

Интегральные микросхемы (оптоэлектронные)

Фотодиод может иметь значительную скорость работы, но коэффициент усиления тока составляет не более единицы. Вследствие оптической связи микросхемы имеют существенные преимущества: идеальная гальваническая развязка цепей управления от мощных силовых цепей. При этом между ними сохраняется функциональная связь.

Фотоприемники с несколькими элементами

Эти устройства в виде фотодиодной матрицы, сканистора, являются новыми прогрессивными электронными устройствами. Их оптоэлектронный глаз с фотодиодом может создавать реакцию на пространственные и яркостные свойства объектов. Другими словами, он может видеть полный его зрительный образ.

Количество ячеек, чувствительных к свету, очень большое. Поэтому, кроме вопросов быстродействия и чувствительности, необходимо считывание информации.

Все фотоприемники с множественными фотоэлементами являются сканирующими системами, то есть, приборами, которые позволяют анализировать исследуемое пространство последовательным поэлементным просмотром.

Фотодиоды также нашли широкое применение в оптоволоконных линиях, лазерных дальномерах. Недавно такие световые диоды стали использоваться в эмиссионно-позитронной томографии.

В настоящее время имеются образцы светочувствительных матриц, состоящих из лавинных фотодиодов. Их эффективность и область применения зависит он некоторых факторов.

См. также

диод
фототранзистор
фоторезистор
Фототиристор
оптрон
фотосимистр

В общем, мой друг ты одолел чтение этой статьи об фотодиод. Работы в переди у тебя будет много. Смело пишикоментарии, развивайся и счастье окажется в ваших руках. Надеюсь, что теперь ты понял что такое фотодиод и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Применение фотодиодов в оптоэлектронике

Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь

КАТЕГОРИИ:

Археология
Биология
Генетика
География
Информатика
История
Логика
Маркетинг
Математика
Менеджмент
Механика
Педагогика
Религия
Социология
Технологии
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Фотодиод является составным элементом во многих сложных оптоэлектронных устройствах. И поэтому он находит широкое применение во многих областях.

В оптоэлектронных интегральных микросхемах фотодиод может обладать большим быстродействием, но его коэффициент усиления фототока не превышает единицы. Благодаря наличию оптической связи оптоэлектронные интегральные микросхемы обладают рядом существенных достоинств. Почти идеальная гальваническая развязка управляющих цепей при сохранении между ними сильной функциональной связи.

Многоэлементные фотоприемники — это приборы сканистор, мишень кремникона, фотодиодная матрица с управлением на МОП-транзисторе, фоточувствительные приборы с зарядовой связью и другие. Они относятся к числу наиболее быстро развивающихся и прогрессирующих изделий электронной техники. Сочетая в себе успехи физики дискретных фотоприемников и новейшие технологические достижения больших интегральных схем, многоэлементные фотоприемники вооружают оптоэлектронику твердотельным «глазом», способным реагировать не только на яркостно-временные, но и на пространственные характеристики объекта, то есть воспринимать его полный зрительный образ. Для успешного выполнения этих функций необходимо, чтобы число элементарных фоточувствительных ячеек в приборе было достаточно большим, поэтому кроме всех проблем дискретного фотоприемника (чувствительность, быстродействие, спектральная область) приходится решать и проблему считывания информации. Все многоэлементные фотоприемники представляют собой сканирующие системы, то есть устройства, позволяющие производить анализ исследуемого пространства путем последовательного его просмотра (поэлементного разложения). Принцип восприятия образов этими системами сводится к следующему. Распределение яркости объекта наблюдения превращается в оптическое изображение и фокусируется на фоточувствительную поверхность. Здесь световая энергия переходит в электрическую, причем отклик каждого элемента (ток, заряд, напряжение) пропорционален его освещенности. Яркостная картина преобразуется в электрический рельеф. Схема сканирования производит периодический последовательный опрос каждого элемента и считывание содержащейся в нем информации. В конечном счете, на выходе устройства мы получаем последовательность видеоимпульсов, в которой закодирован воспринимаемый образ. При создании многоэлементных фотоприемников стремятся обеспечить наилучшее выполнение ими функций преобразования и сканирования.

Так же фотодиоды активно используются в оптронах. Оптроном называется такой оптоэлектронный прибор, в котором имеются источник и приемник излучения с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конструктивно объединенные и помещенные в один корпус. В электронной схеме оптрон выполняет функцию элемента связи, в одно из звеньев которого информация передается оптически. Это основное назначение оптрона. Если между компонентами оптрона создать электрически обратную связь, то оптрон может стать активным прибором, пригодным для усиления и генерации электрических и оптических сигналов. Принципиальное отличие оптронов как элементов связи заключается в использовании для переноса информации электрически нейтральных фотонов, что обуславливает ряд достоинств оптронов, которые присущи и всем остальным оптоэлектронным приборам в целом. Хотя у оптронов есть, разумеется, и свои недостатки. Оптронная техника базируется на достижениях в области физики и технологии излучателей и фотоприемников.

В повседневной жизни фотодиоды используются в таких приборах, как устройства чтения компакт-дисков, пультах дистанцианного управления, фотокамерах, различных сенсорных устройствах, использующих данную технологию. Так же фотодиоды применяются в медицинских приборах. Например в устройствах для проведения компьютерной томографии.

15.немогу-прочитать-свой-подчерк J

Полупроводники

Полупроводниками называют вещества которые по способности проводить электрический токо занимают место между проводниками и диэлектриками. К классу полупроводников относятся многие из извесных веществ.

ПОЛУПРОВОДНИКИ, в-ва, характеризующиеся увеличением электрич. проводимости с ростом т-ры. Хотя часто полупроводники определяют как в-ва с уд. электрич. проводимостью а, промежуточной между ее значениями для металлов (s ! 106 -104 Ом-1 см-1) и для хороших диэлектриков (s ! 10-12 — 10-10 Ом-1 см-1), сама величина электрич. проводимости не играет определяющей роли в полупроводниковых св-вах в-ва. На электрич. проводимость П оказывает влияние кроме т-ры сильное электрич. поле, давление, воздействие оптич. и ионизирующего излучения, наличие примесей и др. факторы, способные изменять структуру в-ва и состояние электронов. Это обстоятельство играет решающую роль в многочисленном и разнообразном использовании полупроводники

Полупроводниковые св-ва могут наблюдаться как в кристаллич. в-вах, так и в неупорядоченных системах — твердых аморфных в-вах (стеклах) и жидкостях. При этом решающим является характер хим. связи между частицами в ближнем порядке (первая координац. сфера). Существуют полупроводники с любым типом хим. связи, кроме чисто металлической и чисто ионной (т.е. ковалентной, ковалентно-металлич., ковалентно-ионной и т.полупроводники), причем ковалентная составляющая связи является обычно преобладающей. Широкое практич. применение получили полупроводники, являющиеся простыми в-вами (Ge, Si и др.), а также хим. соединения элементов III гр. периодич. системы с элементами V гр., напр. GaAs, GaP, InAs, CdTe и т.полупроводники (бинарные полупроводники). Все такие в-ва имеют кристаллич. решетку, подобную решетке алмаза, и наз. алмазоподобными полупроводники В Ge и Si в кристаллич. состоянии реализуется классич. двухэлектронная ковалентная связь. образованная перекрыванием sp3-гибридных орбиталей соседних атомов (см. Гибридизация атомных орбиталей). В соответствии с симметрией sp3-гибридных орбиталей расположение атомов в первой координац. сфере отвечает правильному тетраэдру. Такова же первая координац. сфера и у алмазоподобных полупроводники, однако в их структуре каждая ковалентная связь имеет ковалентно-ионный характер из-за заметной разности электроотрицательностей соседних атомов.

Повышение т-ры, а также др. внеш. воздействия (облучение светом или сильное электрич., поле) могут вызвать разрыв ковалентной связи, ионизацию атомного остова и образование своб. электрона. Этот электрон в условиях непрерывного обмена валентными электронами между атомами кристалла может переходить из ячейки в ячейку и переносить с собой отрицат. заряд, к-рый повсюду является избыточным, т.е. своб. электрон становится электроном проводимости. Недостаток электрона у разорванной ковалентной связи становится блуждающей по кристаллу дыркой, с к-рой связан единичный положит. заряд.

Электроны проводимости и дырки-два типа своб. носителей заряда в полупроводники В идеальных кристаллах их концентрации равны, т.к. превращение одного из валентных электронов в электрон проводимости неизбежно вызывает появление дырки. Электропроводность полупроводники ст, обусловленная электронами атомов данного в-ва (т. наз. собственная проводимость), определяется помимо концентрации носителей п их подвижностью m-отношением скорости направленного движения, вызванного электрич. полем (дрейфовой скоростью) uдр, к напряженности поля Е:

(е-элементарный электрич. заряд).

Подвижность разных носителей в идеальном кристалле определяется процессами рассеяния электронов на тепловых колебаниях решетки, поэтому ц сильно зависит от т-ры. При 300 К подвижность носителей в твердых полупроводники варьируется в широких пределах от 105 см2/с до 10-3 см2/с и меньше. В реальных кристаллах при пониж. т-рах, как правило, преобладает рассеяние носителей на дефектах кристаллич. структуры.

Примесная проводимость. В реальных кристаллах источниками своб. носителей заряда (носителей тока) м. б. дефекты кристаллич. структуры, напр. междоузельные атомы, вакансии, а также отклонения от стехиометрич. состава. Примеси и дефекты делятся на доноры и акцепторы. Доноры отдают в объем полупроводники избыточные электроны, создавая электронную проводимость (n-типа). Акцепторы захватывают валентные электроны собств. атомов полупроводники, в результате чего образуются дырки и возникает дырочная проводимость (р-типа). Типичными донорами в Ge и Si являются примесные атомы элементов V гр. (Р, As, Sb). В узле кристаллич решетки 4 из 5 валентных электронов такого атома образуют ковалентные связи с соседними атомами Ge или Si, а 5-й электрон оказывается слабо связанным с примесным ионом. Энергия ионизации примеси мала (~0,01 эВ в Ge и 0,04 эВ в Si), поэтому уже при 77 К в полупроводники появляются электроны проводимости в концентрации, определяемой содержанием примеси

Аналогично атомы III гр. (В, Al, Ga, In)-типичные акцепторы в Ge и Si. Дырка, к-рая остается в месте захваченного примесью валентного электрона Ge или Si, очень слабо связана с примесным ионом и при не очень низких т-рах легко превращ. в своб. носитель заряда (носитель тока). Во мн. бинарных полупроводники типа AIVBVI источниками дырок являются вакансии атомов AIV, а вакансии BVI источниками электронов проводимости. Электропроводность полупроводники, определяемая электронами примесных атомов, наз. примесной проводимостью, а введение определенных примесей для получения полупроводники с разл. требуемыми св-вами-легированием полупроводники

Зонная теория объясняет полупроводниковые св-ва твердых тел на основе одноэлектронного приближения и распределения электронных энергетич. уровней в виде разрешенных и запрещенных зон (см. Твердое тело). Энергетич. уровни электронов, участвующих в ковалентной связи, образуют верхнюю из заполненных разрешенных зон (валентную зону). Следующая по энергии разрешенная зона, уровни к-рой не заполнены электронами,-зона проводимости. Энергетич. интервал между «дном» Ес (минимумом энергии) зоны проводимости и «потолком» Еу (максимумом) валентной зоны наз. шириной запрещенной зоны DE (см. рис.). Для разных полупроводники ширина запрещенной зоны меняется в широких пределах. Так, при T: 0 К DE = 0,165 эВ в PbSe и 5,6 эВ в алмазе.

Валентная зона (кружки с плюсом дырки) и зона проводимости (кружки с минусом-электроны проводимости): Eс-дно зоны проводимости, EV-потолок валентной зоны, DE- ширина запрещенной зоны, D и A-донорные и акцепторные уровни соответственно.

Тепловое движение переносит часть электронов в зону проводимости; в валентной зоне при этом появляются дырки — квантовые состояния, не занятые электронами. Обычно электроны занимают уровни, расположенные вблизи дна Ес зоны проводимости, а дырки-уровни, расположенные вблизи потолка EV валентной зоны. Расстояния от этих уровней соотв. до Ес и ЕV порядка энергии теплового движения kТ, т. е. гораздо меньше ширины разрешенных зон (k-постоянная Больцмана). Локальные нарушения идеальности кристалла (примесные атомы, вакансии и др. дефекты) могут вызвать образование разрешенных локальных уровней энергии внутри запрещенной зоны.

При т-рах вблизи О К все собств. электроны полупроводники находятся в валентной зоне, целиком заполняя ее, а примесные электроны локализованы вблизи примесей или дефектов, так что своб. носители заряда отсутствуют. С повышением т-ры тепловое движение «выбрасывает» в зону проводимости преим. электроны примесных атомов-доноров, поскольку энергия ионизации донора меньше ширины запрещенной зоны. Концентрация электронов в зоне проводимости при этом во много раз больше концентрации дырок в валентной зоне. В таких условиях электроны наз. основными носителями в полупроводники n-типа, аналогично дырки — основными носителями в полупроводники р-типа. После полной ионизации всех доноров доминирующим процессом оказывается выброс из валентной зоны в зону проводимости собств. электронов П При нек-рой т-ре их концентрация в зоне проводимости становится сравнимой с концентрацией примесных электронов, а потом и во мн. раз большей. Это температурная область собств. проводимости полупроводники, когда концентрации электронов п и дырок р практически равны.

Возникновение пары электрон проводимости-дырка наз. генерацией носителей заряда. Возможен и обратный процесс-рекомбинация носителей заряда, приводящая к возвращению электрона проводимости в валентную зону и исчезновению дырки. Рекомбинация носителей может сопровождаться выделением избыточной энергии в виде излучения, что лежит в основе полупроводниковых источников света и лазеров

Электроны проводимости и дырки, возникновение к-рых явилось следствием тепловых флуктуации в условиях тер-модинамич. равновесия, наз. равновесными носителями заряда. При наличии внеш. воздействия на полупроводники (освещение, облучение быстрыми частицами, наложение сильного электрич. поля) может происходить генерация носителей заряда, приводящая к появлению избыточной (относительно термодинамически равновесной) их концентрации. При появлении в полупроводники неравновесных носителей возрастает число актов рекомбинации и захвата электрона из зоны проводимости на примесный уровень в запрещенной зоне («захват» носителей). После прекращения внеш. воздействия концентрация носителей приближается к равновесному значению.

p-n-Переход в полупроводники В объеме одного и того же полупроводники возможно создание двух областей с разными типами проводимости, напр. легированием донорной примесью (p-область) и акцепторной примесью (n-область). Т к. в р-области концентрация дырок выше, чем в n-области, происходит диффузия дырок из р-области (в ней остаются отрицательно заряженные акцепторные ионы) и электронов из л-области (в ней остаются положительно заряженные донорные ионы). На границе областей с р- и n-проводимостью образуется двойной слой пространств, заряда, и возникающая электрич. разность потенциалов препятствует дальнейшей диффузии осн. носителей тока. В условиях теплового равновесия полный ток через p-n-переход равен нулю. Внеш. электрич. поле нарушает равновесие, появляется отличный от нуля ток через переход, к-рый с ростом напряжения экспоненциально возрастает. При изменении знака приложенного напряжения ток через переход может изменяться в 105-106 раз, благодаря чему p-n-переход является вентильным устройством, пригодным для выпрямления переменного тока (полупроводниковый диод). На св-вах p-n-перехода основано применение полупроводники в качестве разл. рода датчиков — т-ры, давления, освещения, ионизирующих излучений (см. Радиометрия).

Классификация. В соответствии с зонной теорией различие между полупроводники и диэлектриками чисто количественное — в ширине запрещенной зоны. Условно считают, что в-ва с DE > 2 эВ являются диэлектриками, с DE < 2 эВ — полупроводниками. Столь же условно деление полупроводники на узкозонные (DE < 0,1 эВ) и широкозонные. Важно, что один и тот же по хим. составу материал в зависимости от внеш. условий (прежде всего т-ры и давления) может проявлять разные св-ва. Наблюдается определенная зависимость между концентрацией электронов проводимости и устойчивостью кристаллич. структуры полупроводники В частности, алмазоподобная структура устойчива до тех пор, пока в зоне проводимости еще остаются вакантные энергетич. уровни. Если все они оказываются занятыми и имеет место вырождение энергетических уровней, первая координац. сфера, а за ней и весь кристалл претерпевают перестройку с образованием более плотной структуры, характерной для металлов. При этом концентрация электронов проводимости перестает расти с т-рой и собств. проводимость полупроводники падает. Классич. примером является олово, устойчивая полиморфная модификация к-рого (белое олово) при комнатной т-ре является металлом, а стабильное при т-рах ниже 13°С серое олово (ct-Sn)- узкозонный полупроводники С повышением т-ры и соответствующим изменением концентрации своб. электронов характерная для a-Sn алмазоподобная структура переходит в структуру с более плотной упаковкой атомов, свойственной металлам. Аналогичный переход полупроводники-металл наблюдается при высокой т-ре у Ge, Si и алмазоподобных бинарных полупроводники, к-рые при плавлении теряют полупроводниковые св-ва.\

17.не-могу-рашифровать-подчерк J

Полупроводниковые диоды

В разделе «Электроника» основное внимание следует уделить полупроводниковым приборам, так как на них основана работа большинства электронных схем. Разобравшись в принципе действия этих приборов, легче понять работу схем различных радиотехнических устройств.

Работа полупроводниковых диодов основана на изменении свойств p-n перехода под действием приложенного напряжения. Из курса физики известно, что примесный полупроводник, например, четырехвалентный кремний с примесью трехвалентного индия обладает так называемой дырочной проводимостью и называется полупроводником p-типа, а тот же кремний с примесью пятивалентного мышьяка обладает электронной проводимостью и называется полупроводником n-типа. При контакте полупроводников p и n типов образуется электронно-дырочный переход.

Чаще всего используются два свойства электронно-дырочных переходов: выпрямляющее действие (см. вольт-амперную характеристику на рисунке 21) и расширение запирающего слоя перехода при подаче на него обратного напряжения.

Выпрямительные свойства р-n перехода можно объяснить как с энергетической точки зрения (снижение или увеличение потенциального барьера для основных носителей заряда при подаче прямого или обратного напряжения на р-n переход), так и с точки зрения поведения носителей после приложения напряжения. При прямом напряжении происходит инжекция, т. е. введение носителей в противоположную область, а при обратном напряжении этот процесс прекращается практически полностью, и ток через переход становится насыщенным и равным току неосновных носителей.

Расширение обедненного носителями запирающего слоя при возрастании обратного напряжения на электронно-дырочном переходе используется, например, в полевых транзисторах и варикапах. Расширение запирающего слоя происходит сильнее в область, где концентрация основных носителей меньше (меньше концентрация примесей). В полевом транзисторе с р-n переходом специально делают канал с меньшей концентрацией примесей, чем в затворе, поэтому расширение р-n перехода происходит в основном в сторону канала, что используется для изменения сопротивления канала, например, при усилении сигнала. Аналогичным образом поступают при изготовлении биполярных транзисторов.

При анализе работы приборов с р-n переходом следует помнить, какая полярность приложенного напряжения будет прямой, а какая – обратной. Предлагается правило: когда к полупроводнику р-типа присоединяют положительный полюс, а к n – отрицательный, р-n переход проводит ток.

Вольт-амперная характеристика идеального р-n перехода описывается уравнением . Характеристика диода проходит через начало координат. На рисунке 21 приведены вольт-амперные характеристики одного из кремниевых выпрямительных диодов в разных масштабах. Прямой ток диода возрастает резко уже при напряжении в десятые доли вольта. Попытка приложить большее прямое напряжение к диоду может закончиться протеканием очень большого тока через диод, его перегревом и, в конечном счете, выходом диода из строя.

При обратном напряжении через диод протекает малый обратный ток. Однако при достаточно большом напряжении наступает электрический пробой, ток начинает резко возрастать, а это может привести к перегреву диода, который заканчивается также тепловым пробоем и выходом диода из строя.

Рисунок 21

Характеристика диода ассиметрична; ее прямую и обратную ветви невозможно выразить в одном масштабе.

При анализе схем обычно считают, что диоды являются идеальными выпрямителями, т. е. не обладают сопротивлением в прямом направлении и имеют бесконечно большое сопротивление при обратном напряжении. Часто такая идеализация является приемлемой.

Помимо выпрямительных существуют еще туннельные и обращенные диоды и целый ряд диодов, использующих обратное включение р-n перехода: стабилитроны, варикапы, фотодиоды. Большое распространение получили светоизлучающие диоды, работающие на явлении рекомбинации электронов и дырок.

Электронно лучевая трубка

Общие принципы

Устройство чёрно-белого кинескопа

В баллоне 9 создан глубокий вакуум — сначала выкачивается воздух, затем все металлические детали кинескопа нагреваются индуктором для выделения поглощённых газов, для постепенного поглощения остатков воздуха используется геттер.

Для того, чтобы создать электронный луч 2, применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод 8, нагреваемый нитью накала 5, испускает электроны. Чтобы увеличить испускание электронов, катод покрывают веществом, имеющим малую работу выхода (крупнейшие производители ЭЛТ для этого применяют собственные запатентованные технологии). Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе) 12 можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения (также существуют модели с управлением по катоду). Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод (до 1961 года в отечественных кинескопах применялась электромагнитная фокусировка при помощи фокусирующей катушки 3 с сердечником 11), предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом 14, представляющем собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединённое с одноимённым электродом пушки. В цветных кинескопах со внутренним электростатическим экраном его соединяют с анодом. В ряде кинескопов ранних моделей, таких, как 43ЛК3Б, конус был выполнен из металла и представлял анод сам собой. Напряжение на аноде находится в пределах от 7 до 30 киловольт. В ряде малогабаритных осциллографических ЭЛТ представляет собой только один из электродов электронной пушки и питается напряжением до нескольких сот вольт.

Далее луч проходит через отклоняющую систему 1, которая может менять направление луча (на рисунке показана магнитная отклоняющая система). В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие.

Электронный луч попадает в экран 10, покрытый люминофором 4. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

Люминофор от электронов приобретает отрицательный заряд, и начинается вторичная эмиссия — люминофор сам начинает испускать электроны. В результате вся трубка приобретает отрицательный заряд. Для того, чтобы этого не было, по всей поверхности трубки находится соединённый с общим проводом слой аквадага — проводящей смеси на основе графита (6).

Кинескоп подключается через выводы 13 и высоковольтное гнездо 7.

В чёрно-белых телевизорах состав люминофора подбирают таким, чтобы он светился нейтрально-серым цветом. В видеотерминалах, радарах и т. д. люминофор часто делают жёлтым или зелёным для меньшего утомления глаз.

Угол отклонения луча

Углом отклонения луча ЭЛТ называется максимальный угол между двумя возможными положениями электронного луча внутри колбы, при которых на экране ещё видно светящееся пятно. От величины угла зависит отношение диагонали (диаметра) экрана к длине ЭЛТ. У осциллографических ЭЛТ составляет как правило до 40 градусов, что связано с необходимостью повысить чувствительность луча к воздействию отклоняющих пластин. У первых советских кинескопов с круглым экраном составлял 50 градусов, у чёрно-белых кинескопов более поздних выпусков был равен 70 градусам, начиная с 60-х годов увеличился до 110 градусов (один из первых подобных кинескопов — 43ЛК9Б). У отечественных цветных кинескопов составляет 90 градусов.

Ионный уловитель

Так как внутри ЭЛТ невозможно создать идеальный вакуум, внутри остаётся часть молекул воздуха. При столкновении с электронами из них образуются ион, которые, имея массу, многократно превышающую массу электронов, практически не отклоняются, постепенно выжигая люминофор в центре экрана и образуя так называемое ионное пятно. Для борьбы с этим до середины 60 гг. применялись ионная ловушка. В начале 60 гг. был разработан новый способ защиты люминофора: алюминирование экрана, кроме того позволившее вдвое повысить максимальную яркость кинескопа.

20.транзисторы.класификация транзисторов

Транзи́стор (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление) — трёхэлектродный полупроводниковый электронный прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

Вся современная цифровая техника построена, в основном, на полевых МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторах (МОПТ), как более экономичных, по сравнению с БТ, элементах. Иногда их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- транзисторы. Международный термин — MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения микросхем памяти, процессора, логики и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 90 до 32 нм. На одном современном чипе (обычно размером 1—2 см²) размещаются несколько (пока единицы) миллиардов МОПТ. На протяжении 60 лет происходит уменьшение размеров (миниатюризация) МОПТ и увеличение их количества на одном чипе (степень интеграции), в ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение степени интеграции транзисторов на чипе (см. Закон Мура). Уменьшение размеров МОПТ приводит также к повышению быстродействия процессоров. Каждую секунду сегодня в мире изготавливается полмиллиарда МОП-транзисторов.Содержание [показать]

[править]

История

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Читайте также:

Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 685; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia. su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь — 161.97.168.212 (0.02 с.)

Поставщики беспроводных радиочастот и ресурсы

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов RF и Wireless. На сайте представлены статьи, учебные пособия, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тесты и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и дисциплинам MBA.

Статьи о системах на основе IoT

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе IoT : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падения IoT. Подробнее➤
См. также другие статьи о системах на основе IoT:
• Система очистки туалетов AirCraft. • Система измерения удара при столкновении • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной розничной торговли • Система мониторинга качества воды • Система интеллектуальной сети • Умная система освещения на основе Zigbee • Умная система парковки на базе Zigbee • Умная система парковки на базе LoRaWAN.

Радиочастотные беспроводные изделия

Этот раздел статей охватывает статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE/3GPP и т. д. , стандарты. Он также охватывает статьи, связанные с испытаниями и измерениями, посвященные испытаниям на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF/PHY. СМ. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ >>.

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH была рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Подробнее➤

Основные сведения о повторителях и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов повторителей, используемых в беспроводных технологиях. Подробнее➤

Основы и типы замираний : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные замирания, быстрые замирания и т. д., используемые в беспроводной связи. Подробнее➤

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Подробнее➤

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи по соседнему каналу, помехи в одном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. д. Подробнее➤

Раздел 5G NR

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (новое радио), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. д. 5G NR Краткий справочный указатель >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • БАЗОВЫЙ НАБОР 5G NR • Форматы 5G NR DCI • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Опорные сигналы 5G NR • 5G NR m-Sequence • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • MAC-уровень 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень PDCP 5G NR

Учебники по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводным сетям. Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, беспроводная сеть, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. д. См. ИНДЕКС УЧЕБНЫХ ПОСОБИЙ >>

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы, посвященные технологии 5G:
Учебник по основам 5G Диапазоны частот учебник по миллиметровым волнам Рамка волны 5G мм Зондирование канала миллиметровых волн 5G 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Архитектура сети 5G Сетевые интерфейсы 5G NR звучание канала Типы каналов 5G FDD против TDD Нарезка сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G ТФ

В этом учебнике GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура кадров GSM или иерархия кадров, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM или настройка вызова или процедура включения питания, Вызов MO, вызов MT, модуляция VAMOS, AMR, MSK, GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы мобильного телефона, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Читать дальше.

LTE Tutorial , описывающий архитектуру системы LTE, включая основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он предоставляет ссылку на обзор системы LTE, радиоинтерфейс LTE, терминологию LTE, категории LTE UE, структуру кадра LTE, физический уровень LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, Voice Over LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE advanced.➤Подробнее.

Радиочастотные технологии Материал

На этой странице мира беспроводных радиочастот описывается пошаговое проектирование преобразователя частоты на примере повышающего преобразователя частоты 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, амортизирующие прокладки. ➤Читать дальше.
➤ Проектирование и разработка РЧ приемопередатчика ➤Дизайн радиочастотного фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковых ➤Основы волновода

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются ресурсы по контролю и измерению, контрольно-измерительное оборудование для тестирования тестируемых устройств на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE. ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для контрольно-измерительных приборов. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤ Измерения физического уровня ➤ Тестирование устройства WiMAX на соответствие ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤ Тест на соответствие TD-SCDMA

Волоконно-оптические технологии

Волоконно-оптический компонент основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д. Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. ИНДЕКС оптических компонентов >>
➤Руководство по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤Основы SONET ➤ Структура кадра SDH ➤ SONET против SDH

Поставщики беспроводных радиочастот, производители

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики ВЧ-компонентов, включая ВЧ-изолятор, ВЧ-циркулятор, ВЧ-смеситель, ВЧ-усилитель, ВЧ-адаптер, ВЧ-разъем, ВЧ-модулятор, ВЧ-трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, осциллятор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексер, дуплексер, чип-резистор, чип-конденсатор, чип-индуктор, ответвитель, ЭМС, программное обеспечение RF Design, диэлектрический материал, диод и т. д. Поставщики радиочастотных компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤ РЧ-циркулятор ➤РЧ-изолятор ➤Кристаллический осциллятор

MATLAB, Labview, Embedded Исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. СМОТРИТЕ ИНДЕКС ИСТОЧНИКОВ >>
➤ 3–8 код декодера VHDL ➤Скремблер-дескремблер Код MATLAB ➤32-битный код ALU Verilog ➤ T, D, JK, SR триггер коды labview

Общая медицинская информация

Сделайте эти пять простых вещей, чтобы помочь остановить коронавирус (COVID-19).
ВЫПОЛНИТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: Мойте их чаще
2. ЛОКТ: кашляйте в него
3. ЛИЦО: Не прикасайтесь к нему
4. НОГИ: Держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВУЙТЕ: Болен? Оставайтесь дома

Используйте технологию отслеживания контактов >> , следуйте рекомендациям по социальному дистанцированию >> и установить систему наблюдения за данными >> спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таких стран, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19так как это заразное заболевание.

Радиочастотные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Они охватывают беспроводные технологии, такие как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. д. СМ. КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤ 5G NR ARFCN и преобразование частоты ➤ Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤ LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенны Yagi ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

В разделе, посвященном IoT, рассматриваются беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT+, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие. Он также охватывает датчики IoT, компоненты IoT и компании IoT.
См. главную страницу IoT>> и следующие ссылки.
➤РЕЗЬБА ➤EnOcean ➤ Учебник LoRa ➤ Учебник по SIGFOX ➤ WHDI ➤6LoWPAN ➤Зигби RF4CE ➤NFC ➤Лонворкс ➤CEBus ➤УПБ

СВЯЗАННЫЕ ПОСТЫ

Учебники по беспроводным радиочастотам

GSM ТД-СКДМА ваймакс LTE UMTS GPRS CDMA SCADA беспроводная сеть 802.11ac 802.11ad GPS Зигби z-волна Bluetooth СШП Интернет вещей Т&М спутник Антенна РАДАР RFID

Различные типы датчиков

Датчик приближения Датчик присутствия против датчика движения Датчик LVDT и RVDT Датчик положения, смещения и уровня датчик силы и датчик деформации Датчик температуры датчик давления Датчик влажности датчик МЭМС Сенсорный датчик Тактильный датчик Беспроводной датчик Датчик движения Датчик LoRaWAN Световой датчик Ультразвуковой датчик Датчик массового расхода воздуха Инфразвуковой датчик Датчик скорости Датчик дыма Инфракрасный датчик Датчик ЭДС Датчик уровня Активный датчик движения против пассивного датчика движения

Поделиться этой страницей

Перевести эту страницу

СТАТЬИ Раздел T&M ТЕРМИНОЛОГИИ Учебники Работа и карьера ПОСТАВЩИКИ Интернет вещей Онлайн калькуляторы исходные коды ПРИЛОЖЕНИЕ. ЗАМЕТКИ Всемирный веб-сайт T&M

Что такое фотодиод? — Конструкция, работа и применение

Определение: Фотодиод представляет собой электронное устройство с двумя выводами, в котором при воздействии света через диод начинает течь ток. Он работает только в режиме обратного смещения. Преобразует энергия света в электрическая энергия. Когда обычный диод смещен в обратном направлении, обратный ток начинает увеличиваться с увеличением обратного напряжения, то же самое можно приложить к фотодиоду.

Но в случае фотодиода ток может протекать без приложения обратного напряжения, P-N переход фотодиода освещается светом, и световая энергия выбивает валентные электроны, и диод начинает проводить.

Конструкция фотодиода

Фотодиод состоит из двух слоев полупроводника P-типа и N-типа. При этом материал P-типа формируется за счет диффузии слегка легированной подложки P-типа. Таким образом, слой ионов P+ формируется за счет диффузионного процесса. А эпитаксиальный слой N-типа выращивается на подложке N-типа. Диффузионный слой P+ развит на сильно легированном эпитаксиальном слое N-типа. Контакты состоят из металлов, чтобы сформировать два терминала катода и анода.

Передняя часть диода делится на два типа: активная поверхность и неактивная поверхность. Неактивная поверхность состоит из SiO ₂ (диоксид кремния) , а активная поверхность покрыта просветляющим материалом . Активная поверхность называется так потому, что на нее падают световые лучи.

На неактивную поверхность лучи света не падают. Активный слой покрыт антибликовым материалом, чтобы световая энергия не терялась и максимум ее можно было преобразовать в ток. Вся установка имеет размеры порядка 2,5 мм.

Принцип работы фотодиода

Когда обычный диод смещен в обратном направлении, область истощения начинает расширяться и начинает протекать ток из-за неосновных носителей заряда. С увеличением обратного напряжения начинает увеличиваться и обратный ток. Такое же состояние можно получить в фотодиоде без подачи обратного напряжения.

Место соединения фотодиода освещается источником света, фотоны падают на поверхность соединения. Фотоны сообщают свою энергию в виде света соединению. За счет чего электроны из валентной зоны получают энергию для перехода в зону проводимости и вклада в ток. Таким образом, фотодиод преобразует световую энергию в электрическую.

Ток, который течет в фотодиоде до того, как на него падают световые лучи, называется темновым током . Поскольку в обычном диоде течет ток утечки, аналогично темновой ток протекает в фотодиоде.

Режимы работы фотодиода

Он работает в двух режимах: Фотопроводящий и Фотоэлектрический.

Фотопроводящий: Когда фотодиод работает в режиме обратного смещения, это называется фотопроводящим режимом. При этом ток, протекающий через диод, линейно зависит от интенсивности падающего на него света. Для выключения диода на него должно быть подано прямое напряжение.
Фотогальваника: Когда диод работает без обратного смещения, говорят, что он работает в фотогальваническом режиме. Когда обратное смещение снимается, носители заряда перемещаются по переходу. Барьерный потенциал отрицателен на N-стороне и положителен на P-стороне.

При подключении внешней цепи к фотодиоду после снятия обратного смещения неосновные носители как в P-, так и в N-области возвращаются в исходную область. Это означает, что электроны, которые пересекли переход из N-типа в P-тип, снова перемещаются на N-сторону с помощью внешней цепи.

А отверстия, которые пересекли узел и переместились из P-типа в N-тип при изготовлении соединения, теперь снова переместятся на P-сторону с помощью внешней цепи.

Таким образом, теперь электроны могут вытекать из N-типа, а дырки могут вытекать из P-типа, таким образом, в этом состоянии они ведут себя как ячейки напряжения, имеющие N-тип в качестве отрицательного вывода и P-тип в качестве положительного вывода. Таким образом, фотодиод можно использовать в качестве фотопроводящего устройства или фотогальванического устройства.

V-I Характеристики фотодиода

Характеристическую кривую фотодиода можно понять с помощью приведенной ниже диаграммы. Характеристики показаны в отрицательной области, поскольку фотодиод может работать только в режиме обратного смещения.

Обратный ток насыщения в фотодиоде обозначается I _0. Он изменяется линейно в зависимости от интенсивности фотонов, попадающих на поверхность диода. Ток при большом обратном смещении представляет собой сумму обратного тока насыщения и тока короткого замыкания.

I = I _sc + I ₀ (1 – e ^V/ ^ɳVt )

Где Isc – ток короткого замыкания, V положительное для прямого напряжения и отрицательное для обратного смещения, Vt — вольтовый эквивалент для температуры, ɳ — единица для германия и 2 для кремния.

Преимущества фотодиодов

Обратный ток составляет десятки микроампер.
Время нарастания и спада в случае фотодиодов очень мало, что делает его пригодным для высокоскоростных счетных и коммутационных приложений.

Недостатки фотодиодов

Фотодиоды имеют более низкую светочувствительность, чем LDR на сульфиде кадмия (светозависимые резисторы), поэтому они считаются более подходящими для некоторых приложений.

Применение фотодиодов

Используется для обнаружения как видимых, так и невидимых световых лучей.
используются в системе связи для целей кодирования и демодуляции.
Он также используется для цифровых и логических схем, требующих быстрого переключения и высокоскоростной работы.
Эти диоды также находят применение в технике распознавания символов и схемах ИК-пульта дистанционного управления.

Фотодиоды считаются одними из важных устройств оптоэлектроники, которые широко используются в системе оптоволоконной связи.

Фотодетекторы, объяснение в RP Photonics Encyclopedia; фотодиоды, фототранзисторы, пироэлектрические фотоприемники, матрица, измеритель мощности, шум

«> Главная	Викторина	Руководство покупателя
Поиск	Категории	Глоссарий	Реклама

Прожектор фотоники

«> Учебники

Показать статьи A-Z

Примечание: поле поиска по ключевому слову статьи и некоторые другие функции сайта требуют Javascript, который, однако, отключен в вашем браузере.

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

Дополнительные сведения о поставщике см. в конце этой статьи энциклопедии или перейдите на страницу

Список поставщиков фотодетекторов

Вас еще нет в списке? Получите вход!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием вашего продукта.

Фотодетекторы — это устройства, используемые для обнаружения света — в большинстве случаев его оптической мощности. В частности, под фотодетекторами обычно понимают детекторы фотонов, которые каким-то образом используют фотовозбуждение электрических носителей; тогда тепловые датчики не включаются в этот термин и также не рассматриваются в этой статье.

Фотодетекторы обычно выдают электронный выходной сигнал, например, напряжение или электрический ток, которые пропорциональны падающей оптической мощности. Таким образом, они относятся к области оптоэлектроники.

Типы фотодетекторов

Поскольку требования к приложениям (см. ниже) значительно различаются, существует множество типов фотодетекторов, которые могут подойти в конкретном случае: i = собственный материал) (→ p–i–n фотодиоды ), где свет поглощается в обедненной области и генерирует фототок. Такие устройства могут быть очень компактными, быстрыми, высоколинейными и демонстрировать высокую квантовую эффективность (то есть генерировать почти один электрон на падающий фотон) и широкий динамический диапазон при условии, что они работают в сочетании с подходящей электроникой. Особенно чувствительным типом являются лавинные фотодиоды , которые иногда используются даже для подсчета фотонов.

Фотоприемники металл-полупроводник-металл (МСМ) содержат два контакта Шоттки вместо p-n-перехода.

Они потенциально быстрее, чем фотодиоды, с полосой пропускания до сотен гигагерц.

Фототранзисторы аналогичны фотодиодам, но используют внутреннее усиление фототока. Они используются реже, чем фотодиоды.

Фотопроводящие детекторы также основаны на некоторых полупроводниках, например сульфид кадмия (CdS). Они дешевле фотодиодов, но работают довольно медленно, не очень чувствительны и имеют нелинейный отклик. С другой стороны, они могут реагировать на длинноволновый инфракрасный свет.

Фототрубки — это вакуумные трубки или газонаполненные трубки, в которых используется фотоэлектрический эффект (→ фотоэмиссионные детекторы ).

Фотоумножители — это особый вид фототрубок, в которых используются процессы размножения электронов для получения значительно повышенной чувствительности. Они также могут иметь высокую скорость и большую активную площадь. Некоторые из них основаны на многоканальных пластинах; они могут быть существенно более компактными, чем традиционные фотоумножители.

Проводятся исследования новых фотодетекторов на основе углеродных нанотрубок (УНТ) или графена , которые могут обеспечивать очень широкий диапазон длин волн и очень быстрый отклик. Исследуются способы интеграции таких устройств в оптоэлектронные микросхемы.

Все эти устройства основаны на внутреннем или внешнем фотоэлектрическом эффекте; фотоэмиссионные детекторы относятся к последней категории.

Различные типы фотодетекторов могут быть интегрированы в такие устройства, как измерители мощности и мониторы оптической мощности. Другие могут быть выполнены в виде больших двумерных массивов, например. для приложений обработки изображений. Их можно назвать матрицы фокальной плоскости . Например, есть датчики CCD и CMOS, которые используются в основном в камерах.

См. также статью о терагерцовых детекторах.

Важные свойства фотодетекторов

В зависимости от применения фотодетектор должен отвечать различным требованиям:

Он должен быть чувствительным в определенной области спектра (диапазоне оптических длин волн). В некоторых случаях чувствительность должна быть постоянной или, по крайней мере, четко определенной в некотором диапазоне длин волн. Также может быть важно иметь нулевую реакцию в каком-то другом диапазоне длин волн; например солнечные слепые фотодетекторы , чувствительные только к коротковолновому ультрафиолетовому свету, но не к видимому солнечному свету.
Чувствительность показывает, сколько электрического сигнала получается на единицу оптической мощности. Это зависит от оптической длины волны.
В некоторых случаях важна не только высокая чувствительность, но и высокая квантовая эффективность, иначе вносится дополнительный квантовый шум. Это относится, например. к обнаружению сжатых состояний света, а также влияет на вероятность обнаружения фотонов детекторами, считающими фотоны.
Детектор должен подходить для определенного диапазона оптических сил. Максимальная обнаруженная мощность может быть ограничена, например. из-за проблем с повреждением или нелинейной реакции, тогда как минимальная мощность обычно определяется шумом. Величина динамического диапазона (обычно определяемая как отношение максимальной и минимальной обнаруживаемой мощности, например, в децибелах) часто является наиболее важной. Некоторые детекторы (например, фотодиоды) могут демонстрировать высокую линейность в динамическом диапазоне более 70 дБ.
Активная площадь извещателя может иметь важное значение, например. при работе с сильно расходящимися лучами от лазерных диодов. Достаточно высокая однородность чувствительности может иметь важное значение. Для источников света с очень большой и/или непостоянной расходимостью вряд ли возможно направить весь свет на активную область; затем можно использовать интегрирующую сферу (с соответствующей калибровкой) для измерения полной мощности.
Полоса обнаружения может начинаться с 0 Гц или некоторой конечной частоты (для детекторов со связью по переменному току) и заканчиваться на некоторой максимальной частоте, которая может быть ограничена внутренними процессами (например, скоростью электрических носителей в полупроводниковом материале) или вовлеченными электроника (например, введение некоторых постоянных времени RC). Некоторые резонансные детекторы работают только в узком диапазоне частот и могут быть подходящими, например. для обнаружения блокировки.
Некоторые детекторы (например, пироэлектрические детекторы) подходят только для обнаружения импульсов, а не непрерывного излучения.
Для обнаружения световых импульсов (возможно, на уровне нескольких фотонов) может представлять интерес точность синхронизации. У некоторых детекторов есть определенное «мертвое время» после обнаружения импульса, когда они не чувствительны.
Различные типы детекторов требуют более или менее сложной электроники. Штрафы с точки зрения размера и стоимости могут привести, например. из-за требования подачи высокого напряжения или обнаружения очень малых напряжений.
В частности, некоторые детекторы среднего инфракрасного диапазона необходимо охлаждать до довольно низких температур. Это делает их использование при различных обстоятельствах нецелесообразным.
Для некоторых приложений необходимы одномерные или двумерные матрицы фотоприемников – чаще всего в виде матриц фотодиодов. Для массивов детекторов в игру вступают некоторые другие аспекты, такие как межпиксельная интерференция, методы считывания и однородность детектора.
Наконец, размер, надежность и стоимость имеют важное значение для многих приложений.

Различные типы детекторов, перечисленные выше, сильно различаются по многим из этих свойств. В типичных сценариях применения некоторые требования полностью исключают использование детекторов определенных типов и быстро приводят к довольно ограниченному выбору. Обратите также внимание на некоторые типичные компромиссы. Например, часто трудно сочетать широкую полосу обнаружения с высокой чувствительностью.

Применение фотодетекторов

Фотодетекторы

имеют очень широкий спектр применения. Некоторые примеры:

В радиометрии и фотометрии их можно использовать для измерения таких свойств, как оптическая сила, световой поток, оптическая сила и освещенность, в сочетании с дополнительными средствами для таких свойств, как яркость.
Они используются для измерения оптической мощности, например. в спектрометрах, световых барьерах, оптических устройствах хранения данных, автокорреляторах, профилировщиках пучка, флуоресцентных микроскопах, интерферометрах и различных типах оптических датчиков.
Особо чувствительные фотодетекторы требуются для лазерных дальномеров, лидаров, экспериментов в области квантовой оптики и приборов ночного видения.
Особо быстрые фотодетекторы используются для оптоволоконной связи, метрологии оптических частот и для определения характеристик импульсных лазеров или лазерного шума.
В качестве массивов фокальной плоскости используются в основном двумерные матрицы, содержащие множество идентичных фотодетекторов, в основном для приложений обработки изображений. Например, большинство камер содержат такие устройства, как датчики изображения.

Поставщики

В Руководстве покупателя RP Photonics указаны 109 поставщиков фотодетекторов. Среди них:

Menlo Systems

Menlo Systems предлагает серию фотодетекторов для сигналов минимального уровня освещенности. От лавинных детекторов до PIN-фотодиодов — вы можете найти детектор, который лучше всего подходит для вашего конкретного приложения.

Vescent Photonics

Детектор биений D2-260 обнаружит гетеродинную частоту биений двух лазеров, разделенных на 250 МГц до 90,2 ГГц.

NLIR

Наш одноволновой детектор D2250 с полосой пропускания 2,2–5,0 мкм является сверхбыстрым (полоса пропускания до 10 ГГц) и сверхчувствительным (NEP в несколько фВт/√Гц).

Наши D2250 основаны на новой измерительной парадигме, в которой средний инфракрасный свет преобразуется в видимый свет, а затем измеряется с помощью традиционной технологии визуального детектора.

ALPHALAS

Сверхбыстрые фотодетекторы ALPHALAS для измерения оптических сигналов с временем нарастания от 10 пс и полным спектральным охватом от 170 до 2600 нм (от ВУФ до ИК) имеют полосу пропускания от постоянного тока до 30 ГГц. Конфигурации включают варианты со свободным пространством, оптоволоконным разъемом или SM-оптоволокном с косичками и имеют компактный металлический корпус для помехоустойчивости. Версии кремниевых фотодиодов с расширенным УФ-излучением являются единственными коммерческими продуктами, которые охватывают спектральный диапазон от 170 до 1100 нм со временем нарастания <50 пс. Для максимальной гибкости большинство моделей не имеют внутренней заделки. Внешняя оконечная нагрузка 50 Ом поддерживает работу на самых высоких скоростях, а нагрузка с высоким импедансом генерирует сигналы большой амплитуды. Приложения включают измерение формы и длительности импульса, мониторинг биений моды и гетеродинные измерения. Балансные фотодиоды дополняют большой выбор из более чем 70 уникальных моделей.

CSRayzer Optical Technology

CSRayzer CR2000AH-1550-70M включает в себя лавинный фотодиод InGaAs 200 мкм и гибридный предусилитель для использования в высокоскоростном обнаружении сверхнизкой освещенности, лазерном дальномере, лидаре и связи в открытом космосе.

Gentec Electro-Optics

Gentec Electro-Optics предлагает широкий ассортимент детекторов мощности на основе кремниевых или германиевых фотодиодов мощностью до 750 мВт.

Вопросы и комментарии от пользователей

Здесь вы можете задать вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

Ваш вопрос или комментарий:

Проверка на спам:

(Пожалуйста, введите сумму тринадцати и трех в виде цифр!)

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1]	Р. Ф. Поттер и В. Л. Эйзенман, «Инфракрасные фотодетекторы: обзор действующих детекторов», Appl. Опц. 1 (5), 567 (1962), doi:10.1364/AO.1.000567
[2]	L. Tang et al. , «Германиевый фотодетектор нанометрового размера, усиленный дипольной антенной ближнего инфракрасного диапазона», Nature Photonics 2, 226 (2008), doi: 10.1038/nphoton.2008.30
[3]	J. Kohoutek et al. , «Оптико-электромеханический детектор инфракрасных фотонов с высоким внутренним усилением при комнатной температуре», Opt. Express 17 (17), 14458 (2009), doi:10.1364/OE.17.014458
[4]	А. Д. Стифф-Робертс, «Инфракрасные фотодетекторы на квантовых точках: обзор», J. Nanophotonics 3 (1) , 031607 (2009), doi:10. 1117/1.3125802
[5]	M. Ramilli et al. , «Статистика числа фотонов с кремниевыми фотоумножителями», J. Opt. соц. Являюсь. B 27 (5), 852 (2010), doi:10.1364/JOSAB.27.000852
[6]	Т. Пейронель и др. , «Люминесцентный детектор для оптической связи в свободном пространстве», Optica 3 (7), 787 (2016), doi:10.1364/OPTICA.3.000787
[7]	R. R. LaPierre et al. , «Обзор инфракрасных фотодетекторов и датчиков на основе нанопроволок III-V», J Phys. D 50 (12), 123001 (2017)
[8]	А. Рогальский, «Материалы на основе графена в семействах инфракрасных и терагерцовых детекторов: учебное пособие», Успехи в оптике и фотонике 11 (2), 314 (2019 г.), doi:10.1364/AOP.11.000314
[9]	A. Ren et al. , «Недавний прогресс в области инфракрасных фотодетекторов с квантовыми точками III-V на кремнии», J. Materials Chemistry C 46, 14441 (2019), doi:10. 1039/C9TC05738B

(предложите дополнительную литературу!)

См. также: фотоэффект, фотоэмиссионные детекторы, фототок, фотодиоды, фотодиоды p–i–n, лавинные фотодиоды, фототранзисторы, фотодетекторы металл–полупроводник–металл, фотодетекторы с согласованием скоростей, фототрубки, фотоумножители, матрицы фотодиодов, измерители оптической мощности, оптические мониторы мощности, подсчет фотонов, шумовые характеристики, эквивалентная шуму мощность, чувствительность, тепловые детекторы, терагерцовые детекторы, солнечно-слепые фотодетекторы
и другие статьи в категориях фотонные устройства, обнаружение и характеристика света, оптоэлектроника

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на дискуссионном форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

  
 Статья о фотодетекторах 
 в разделе

описание принципа работы, схема, характеристики, способы применения

Принцип работы фотодиодов

Схема фотодиода

Режимы работы

Основные параметры

Из чего состоит фотодиод?

Разновидности фотодиодов

Области применения фотодиодов

Была ли статья полезна?

Другие материалы по теме

Фотодиод принцип действия, классификация, применение Электроника, Микроэлектроника…

Описание

Классификация фотодиодов

Принцип работы:

Наиболее влияющими оказались такие факторы:

Применение фотодиодов

Интегральные микросхемы (оптоэлектронные)

Фотоприемники с несколькими элементами

См. также

Применение фотодиодов в оптоэлектронике

Поставщики беспроводных радиочастот и ресурсы

Статьи о системах на основе IoT

Радиочастотные беспроводные изделия

Раздел 5G NR

Учебники по беспроводным технологиям

Радиочастотные технологии Материал

Секция испытаний и измерений

Волоконно-оптические технологии

Поставщики беспроводных радиочастот, производители

MATLAB, Labview, Embedded Исходные коды

*Общая медицинская информация*

Радиочастотные калькуляторы и преобразователи

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

СВЯЗАННЫЕ ПОСТЫ

Учебники по беспроводным радиочастотам

Различные типы датчиков

Поделиться этой страницей

Перевести эту страницу

Что такое фотодиод? — Конструкция, работа и применение

Конструкция фотодиода

Принцип работы фотодиода

Режимы работы фотодиода

V-I Характеристики фотодиода

Преимущества фотодиодов

Недостатки фотодиодов

Применение фотодиодов

Фотодетекторы, объяснение в RP Photonics Encyclopedia; фотодиоды, фототранзисторы, пироэлектрические фотоприемники, матрица, измеритель мощности, шум

Типы фотодетекторов

Важные свойства фотодетекторов

Применение фотодетекторов

Поставщики

Menlo Systems

Vescent Photonics

NLIR

ALPHALAS

CSRayzer Optical Technology

Gentec Electro-Optics

Вопросы и комментарии от пользователей

Библиография

Похожие записи

Coocox: CooCox. Текущее состояние дел. / CoIDE / Pluslab

Приборы для измерения давления жидкости: Манометр — из чего состоит? Виды и типы

Регулируемая индуктивность: Регулируемая катушка индуктивности на кольцевом сердечнике

Добавить комментарий Отменить ответ

Общая медицинская информация