Материал: Tverdotila_elektronika

зовнішньої напруги через нього протікає малий темновий струм IÒ . Під дією світла опір фоторезистора зменшується, і через нього проходить струм

де Ñ - коефіцієнт пропорціональності; Ô - світловий потік;

IÒ - темновий струм (темновий опір фото резистора – сотні кілоомів).

де Sô - інтегральна чутливість фоторезистора.

Недоліками фоторезисторів є нелінійність характеристики I f (Ô) та мала швидкодія (граничні частоти приладу

не перевищують 1 кГц). Фоторезистори застосовують як оптоелектронні датчики, а також як фотоприймачі в оптронах.

6.3.2Фотодіоди

Уфотодіодах кристал НП обернений до скляного вікна, через яке надходить світловий потік. Під дією світла на p-n – перехід фотодіода внаслідок явища внутрішнього

фотоефекту в областях біля переходу відбувається додаткова генерація пар “електрон-дірка”. Під дією дифузійного поля p-n – переходу фотодірки переміщуються до області

p , а фотоелектрони – до області n . При цьому створюється фотоЕРС Eô = (0,1 1) В, залежність якої від світлового потоку показана на рис. 6.6.

224

Eф ,mB

400

200

0 0,25 0,5 0,75 Ф, лм

Рисунок 6.6 – Залежність фотоЕРС від світлового потоку

Під дією цієї фотоЕРС у зовнішньому колі фотодіода протікає фотострум Iô , що збігається за напрямком зі

зворотним струмом p-n – переходу (рис. 6.7).

Рисунок 6.7 – До пояснення принципу дії фотодіода

Оскільки фотострум протікає незалежно від струму, який викликається зовнішнім джерелом напруги, то вираз для повного струму може бути записаний у вигляді

IÔ - фотострум.

Дія фотоЕРС на p-n – перехід еквівалентна додатковому зворотному зміщенню переходу, наслідком чого є збільшення зворотного струму фотодіода на величину IÔ .

225

Сім’я ВАХ фотодіода показана на рис. 6.8.

Рисунок 6.8 – Сім’я ВАХ фотодіода

Оскільки фотоЕРС і пряма напруга ввімкнені назустріч одна одній, то при їх рівності струм діода дорівнює нулю, що відповідає режимові холостого ходу. ЕРС холостого ходу при I 0 можна визначити за формулою (6.3):

Цю фотоЕРС знаходять також з ВАХ рис. 6.8.

Фотодіоди використовують у двох режимах: вентильного фотоелемента (рис. 6.9) та фотодіодному (рис. 6.10).

IФ

RH

Рисунок 6.9 – Режим вентильного фотоелемента

У першому режимі фотодіод використовують як джерело струму, датчик, що генерує ЕРС EÔ , у чутливому індикаторі випромінювання або сонячній батареї. ФотоЕРС

226

може досягати 1 В. У цьому режимі робоча точка пересувається вздовж осі IÇÂ на ВАХ рис. 6.8 залежно від

інтенсивності світла.

У другому режимі (рис. 6.10) фотодіод працює на зворотній гілці ВАХ як фоторезистор, опір якого залежить від світлового потоку. Робоча точка може займати будь-яке положення між осями U ÇÂ , IÇÂ залежно від напруги джерела

U і світлового потоку Ô .

U

+

RH

IФ+IТ

Рисунок 6.10 – Фотодіодний режим

Фотострум залежить не тільки від потоку Ô , але й від довжини хвилі світлового випромінювання, яке діє на p-n –

перехід. Цей факт ілюструє спектральна характеристика рис. 6.11.

Рисунок 6.11 – Спектральна характеристика германієвого фотодіода

Параметрами фотодіода є:

- темновий струм IÒ струм, що проходить через діод при робочій напрузі і відсутності світла;

227

- робоча напруга U ðî á напруга на діоді у

фотодіодному режимі;

Sô Iô / Ô інтегральна чутливість.

6.3.3 Фотоприймачі з внутрішнім підсиленням

До таких фотоприймачів належать фоторезистори та фототиристори.

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

Розглянемо роботу фототранзистора у ССЕ в режимі з вимкненою базою ( IÁ 0 ) (рис. 6.12).

a) б)

Рисунок 6.12 – Структура і схема вмикання фототранзистора (а), статичні вихідні характеристики (б)

При освітленні області бази через вікно ( Ô 0 ) в ній генеруються нерівноважні пари носіїв заряду – фотоелектрони та фотодірки, які дифундують до ЕП та КП. При цьому поле КП розділяє заряди: електрони рухаються до n - колектора, дірки – до p- бази. У колі колектора під

228