13.3.2 Характеристики приемников излучения.
Зависимость параметров источника излучения от мощности излучения:
Вольтамперная характеристика - зависимость тока через приемник излучения от напряжения питания при фиксированном потоке излучателя I(U). Эта характеристика определяет электрические свойства, рабочую схему и выбор рабочего интервала.
Люксоммическая характеристика - зависимость светового сопротивления от освещенности Rc(Ev).
Энергетические характеристики
- зависимость напряжения фотосигнала от потока излучения (чем больше поток излучения тем больше электрический сигнал).
- зависимость фототока от излучения. Характерна для фоторезисторов.
Частотная характеристика -
зависимость чувствительности S
приемника излучения от частоты модуляции
потока излучения. Характеристика
определяется постоянной времени τ. Чаще
принимают
Фазовая характеристика - зависимость сдвига фазы гармонической составляющей выходного тока относительно соотвестсвующей ей гармонической составляющей потока излучения от частоты модуляции.
Спектральная характеристика - зависимость чувствительности приемника излучения от длины волны падающего на него излучения.
Пространственная характеристика:
Зонная характеристика - зависимость чувствительности от положения светового пятна на светочувствительном элементе.
Диаграмма направленности - зависимость чувствительности от направления поляризации.
13.3.3 Фотоэлектрические приемники излучения
Приемники излучения – приемники работа, которых основана на внутреннем фотоэффекте, т.е. взаимодействии падающих квантов излучения с кристаллической решеткой полупроводника, в результате которого происходит ионизация атомов в кристаллической решетки с образованием свободных носителей заряда электронов и дырок. Существуют 2 формы внутреннего фотоэффекта: эффекта внутренней проводимости и фотогальванический.
Полупроводники, имеющие примеси называются примесными, а проводимость – примесной. Примесь отдающая электроны в зону проводимости называют донором, а проводник – n- типа.
Примесь, захватывающая электроны называется акцепторной, а полупроводник – p-типа.
Для полупроводников p и n типа, фотопроводимость возникает если электрон получает энергию hυ>=Wд или hυ>=Wа соответственно.
Фоторезистор
Фоторезистор – приемник излучения, работа которого основана на эффекте фотопроводимости.
Фоторезисторы неполярны, т.е. проводят ток в любом направлении и могут работать, как на постоянном так и переменном напряжении. Они создаются на базе собственного и примесного (для ИК области) поглощения. Наиболее распространены неохлажденные Фоторезисторы на собственной проводимости.
Достоинства:
малые геометрические размеры и масса;
низкое напряжение питания;
высокая интегральная чувствительность;
большая мощность рассеивания.
Недостатки:
-повышенная инерционность;
- зависимость от температуры (при повышении температуры время спада уменьшается);
- малая величина линейной зоны энергетической характеристики.
Фотодиоды
Фотодиодами называют полупроводниковые приборы, основанные на внутреннем фотоэффекте, использующие одностороннюю проводимость p-n перехода, при освещении которого появляется ЭДС (фотогальванический режим) или изменяются значения обратного тока (фотодиодный режим).
Простейший фотодиод представляет собой обычный полупроводниковый диод, в котором обеспечивается возможность воздействия оптического излучения на p-n переход. При таком воздействии в результате поглощения фотонов с энергией больше чем ширина запрещенной зоны в n- области возникают пары фото-носителей электрон-дырка. При диффузии вглубь области основная доля электронов и дырок не успевает рекомбинировать и доходят до границы p-n перехода, причем дырки переходят в p-область, а электроны не могут преодолеть поле перехода и скапливаются у границы n-области, т.е . фотоносители дырки заряжают p-область положительно, а электроны заряжают n-область отрицательно. Возникающая разность потенциалов называется фото ЭДС, а эффект возникновения – вентильный эффект.
Для обеспечения высокой чувствительности к излучению необходимо, чтобы диффузиозный ток был минимален, поэтому фотодиоды работают без внешнего напряжения как источник ЭДС (фотогальванический режим) или при обратном внешнем напряжении (фотодиодный режим).