Фоторезистор

Фоторезистор - это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от освещенности. Основой фоторезистора является полоска полупроводника, изготовленная на диэлектрической подложке и имеющая два вывода.

Основные параметры и характеристики:

U_МАК - предельно допустимое рабочее напряжение ( единицы - сотни В);

r _{_Т} - темновое сопротивление (единицы - сотни МОм);

I_Т - темновой ток ( единицы - десятки мкА);

I_СВ - световой ток (сотни и тысячи мкА при заданных освещенности и напряжении);

I_Ф - фототок, I_Ф = (I_СВ - I_Т).

Световая характеристика (зависимость светового тока I_СВ от светового потока Ф при постоянном напряжении U: I_СВ = f(Ф) U = const (рис.З0,а). Её основные особенности: нелинейность и наличие темнового тока I_Т.

Исследование оптоэлектронных приборов

К_Ф - интегральная чувствительность: К_Ф = (I_СВ - I_Т)/ Ф при U = U_НОМ (U _НОМ - номинальное рабочее) напряжение [9], Ф - световой поток, падающий на фоторезистор). К_Ф является одним из основных параметров фоторезистора и нужно отметить, что она зависит от температуры, с увеличением которой К_Ф резко снижается.

ВАХ ― вольтамперная характеристика - зависимость светового I_СВ тока от напряжения U при различных значениях светового потока Ф:

I_СВ = f (U)/ Ф = const (рис.30,б).

ВАХ линейна в пределах максимально допустимой мощности рассеивания на фоторезисторе. Если U станет больше U_МАК, то вследствие чрезмерного нагрева происходит разрушение светочувствительного слоя.

Фоторезисторы могут работать в цепях постоянного, переменного и импульсного токов. Условное обозначение дано на рисунке 1.124 [1].

Инерционные свойства фоторезистора проявляются в том, что в импульсных устройствах фототок достигает своего максимального значения спустя некоторое время после начала облучения и прекращается через определенное время после затемнения. Постоянная времени по нарастанию и спаду фототока (10÷100 мс).

а) б)

Рисунок 30. Характеристики фоторезистора:

а) световая; б ) ВАХ

Фотодиод

Фотодиод - это полупроводниковый диод на основе р-n - перехода, обратный ток которого зависит от освещенности. Фотодиоды изготавливают на основе германия и кремния, так же как у обычных диодов, у них два электрода - анод (р-обл.) и катод (n - обл.). ВАХ фотодиода приведена на рисунке 31.

Если к фотодиоду подключить источник Е (рис.32, а) в обратном направлении, то при отсутствии освещения (Ф=0) в цепи будет протекать темновой ток I_Т и фотодиод ничем не будет отличаться от обычного диода. При освещении р-n - перехода световым потоком Ф происходит генерация пар электрон - дырка. Те элементы пар, которые являются неосновными носителями в данной области, захватываются внутренним полем перехода и перебрасываются в соседнюю область. В результате, под действием светового потока Ф , через фотодиод начинает течь ток неосновных носителей, называемый фототоком I_Ф. Режим работы фотодиода под действием обратного напряжения является основным фотодиодным режимом.

Исследование оптоэлектронных приборов

Рисунок 31. ВАХ фотодиода

Из графика ВАХ (рис. 31) видно, что величина обратного тока I_ОБР = I_Т + I_Ф почти не зависит от приложенного напряжения U, а определяется значением облучающего воздействия Ф. При U = 0, когда внешняя цепь замкнута накоротко, в цепи протекает ток короткого замыкания I_КЗ = I_Ф. Если из схемы (рис.32,а) удалить источник питания и освещать фотодиод световым потоком Ф, во внешней цепи (рис.31,6) будет протекать ток I_Ф, и фотодиод будет выполнять функции источника ЭДС . ЭДС возникает под воздействием фототока I_Ф , насыщающего области структуры (р и n) основными носителями , что приводит к понижению потенциального барьера в р - n переходе на величину E_Ф, называемую фото - ЭДС. Она является функцией светового потока, но не может превысить контактную разность потенциалов и составляет 0,4 ÷ 0,5 В.

а) б)

Рисунок 32. Схемы включения фотодиода:

а) - в фотодиодном режиме; б) - в режиме источника электроэнергии.

Режим работы фотодиода в качестве источника фото - ЭДС называется генераторным (вентильным) режимом.

Световая характеристика фотодиода: I_Ф = f (Ф)/ U = const - линейна в фотодиодном режиме и практически не зависит от напряжения U.

Основные параметры фотодиода:

U_МАК- максимально допустимое обратное напряжение ( < 100 В);

U_РАБ- рабочее напряжение (10÷30 В);

I_Т - темновой ток (10÷20 мкА - для германиевых, 1÷2 мкА - для кремниевых);

К - интегральная чувствительность К = I_Ф/ Ф (до 50÷80 мА/лм);

Е_ГР - граничная частота (>100 МГц; для фотодиодов со структурой р- i- n ― > 10 ГГц)

Исследование оптоэлектронных приборов

Фототранзистор имеет структуру обычного транзистора, только вместо базового вывода на его корпусе имеется окошко для облучения структуры световым потоком Ф. ВАХ фототранзистора I_К = f (U_КЭ)/ Ф = const такая же, как у биполярного транзистора, включенного по схеме ОЭ и аналогична ВАХ фотодиода в фотодиодном режиме, но так как за счет усилительных свойств транзистора происходит усиление входного тока, то выходной ток (I_К) в h_2IЭ раз превышает входной, интегральная чувствительность К ≥ 1 А / лм. Поэтому выходная мощность фототранзистора значительно превосходит мощность, которую может обеспечить фотодиод, но его частотные свойства (предельная рабочая частота) в h_2IЭ раз ниже, чем у фотодиода.