7.Световое сопротивление- сопротивление ФПМ при воздействии на него потока излучения в диапазоне его спектральной чувствительности.
Рис. 2.1. Классификация приемников оптического излучения
4.2.2 Параметры чувствительности фотоэлектронных приборов
1. Чувствительность- отношение изменения значения электрической величины на выходе ФПМ, вызванного падающим на него излучением, к количественной характеристике этого излучения, представленной любой энергетической или фотометрической величиной. Наиболее часто используются:
- чувствительность ФПМ к потоку излучения;
- чувствительность к световому потокуили
- чувствительность к облученности;
- чувствительность к освещенностиили
- вольтовая чувствительность
- токовая чувствительность
2. Интегральная чувствительность- чувствительность ФПМ к излучению данного спектрального состава.
3. Монохроматическая чувствительность- чувствительность ФПМ к монохроматическому излучению.
4. Наклон люксометрической характеристики фоторезистора- тангенс угла наклона линейного участка люксометрической характеристики, построенной в двойном логарифмическом масштабе.
4.2.3 Пороговые и шумовые параметры ФПМ
1. Напряжениешума ФПМ - среднее квадратичное значение флуктуации напряжения (общего тока) в цепи ФПМ в заданной полосе частот.
2. Порог чувствительности- среднее квадратичное значение первой гармоники действующего на ФПМ модулированного потока излучения сигнала с заданным спектральным распределением, при котором среднее квадратичное значение первой гармоники напряжения (тока) фотосигнала равно среднему квадратичному значению напряжения (тока) шума в заданной полосе на частоте модуляции потока излучения.
3. Порог чувствительности в единичной полосе частотили ЫЕР среднее квадратичное значение первой гармоники действующего на ФПМ модулированного потока излучения источника фотосигнала с заданным спектральным распределением, при котором среднее квадратичное значение первой гармоники напряжения (тока) фотосигнала равно среднему квадра тичному значению напряжения (тока) шума, приведенному к единичной по лосе на частоте модуляции потока излучения.
4. Удельный порог чувствительностиили - порог чувствительности, приведенный к единичной полосе частот и единичному по площади фоточувствительному элементу.
5. Обнаружительная способность- величина, обратная порогу чувст вительности,
6. Удельная обнаружительная способность - величина, обратная удельному порогу чувствительности,
4.2.4 Параметры спектральной характеристики ФПМ
1. Длина волны максимума спектральной чувствительности ^.„акс ~ длина волны, соответствующая максимуму спектральной характеристики чувствительности.
2. Коротковолновая (длинноволновая) граница спектральной чувствительности- наименьшая (наибольшая) длина волны монохроматического излучения, при которой монохроматическая чувствительность ФПМ равна 0,1 ее максимального значения.
3. Область спектральной чувствительности- диапазон длин волн спектральной характеристики, в котором чувствительность ФПМ составляет не менеесвоего максимального значения.
4.2.5 Геометрические параметры ФПМ
1. Эффективная фоточувствительная площадь ФПМ (АЭф) _ площадь фоточувствительного элемента эквивалентного по сигналу ФПМ, чувствительность которого равномерно распределена по фоточувствительному элементу и равна номинальному значению локальной чувствительности данного ФПМ. Определяется соотношением
где- номинальное значение локальной чувствительности в точке
(обычно центр чувствительного элемента в ФПМ); А - полная площадь чувствительного элемента ФПМ: - чувствительность к потоку излучения точки на фоточувствительном элементе ФПМ с координатами
2. Плоский угол зрения- угол в нормальной к фоточувствительному элементу плоскости между направлениями падения параллельного пучка излучения, при которых фотосигнал уменьшается до заданного уровня.
3. Эффективное поле зрения- телесный угол, определяемый соотношением
где- напряжение фотосигнала;- азимутальный угол;- угол между направлением падающего излучения и нормалью к фоточувствительному элементу.
4.2.6 Параметры инерционности ФПМ
1. Время нарастания (спада)илисоответственно – ми нимальный интервал времени между точками нормированной переходной (обратной переходной) характеристики со значениями 0,1 и 0,9 соответственно.
2. Время установления переходной характеристики ФПМ по уровню - минимальное время от начала импульса излучения, по истечении
которого максимальное отклонение нормированной переходной характеристикиот установившегосязначения не превышает
3. Предельная частота ФПМ- частота синусоидально модулированного потока излучения, при которой чувствительность ФПМ падает до значения 0,707 от чувствительности при немодулированном напряжении.
4. Емкость ФПМ С - собственная емкость ФПМ.
4.2.7 Спектральные характеристики ФПМ
1. Спектральная характеристика чувствительности- зависимость монохроматической чувствительности ФПМ от длины волны регистрируемого потока излучения.
2. Абсолютная спектральная характеристика чувствительности-зависимость монохроматической чувствительности, измеренной в абсолютных единицах от длины волны регистрируемого потока излучения.
3. Относительная спектральная характеристика чувствительности зависимость монохроматической чувствительности, отнесенной к значению максимальной монохроматической чувствительности, от длины волны регистрируемого потока излучения.
2.2.8. Основные характеристики зависимости параметров ФПМ
1. Энергетическая характеристика фототока ФПМ- зависимость фототока от потока или плотности потока излучения, падающего на ФПМ.
2. Энергетическая характеристика напряжения(токаI фотосигнала - зависимость напряжения (тока) фотосигнала от потока или плотности потока излучения падающего на ФПМ.
3. Частотная характеристика чувствительности ФПМ- зависимость чувствительности ФПМ от частоты модуляции потока излучения.
4. Переходная (обратная переходная) нормированная характеристика - отношение фототока, описывающего реакцию ФПМ в зависимости от
времени, к установившемуся значению фототока при воздействии импульса излучения в форме единичной ступени (при резком прекращении воздействия излучения).
Устройство р-i-п-фотодиода
В предыдущем разделе мы рассмотрели взаимодействие света с ри-переходом. На основе-переходов функционирует основная масса современных ФПМ. К числу наиболее простых и распространенных ФПМ относятсяфотодиоды (ФД). Такие ФД представляют собой трехслойную структуру, в которой между слоямитипов находится слаболегированный тонкийслой, или, как говорят, слой с собственной проводимостью. Такая структура позволяет сформировать тонкий высоколегированный ■слой, практически полностью пропускающий падающее излучение, на поверхностислоя с собственной проводимостьютипа. Как известно, распространение обедненного слоя внутрь материала пропорционально удельному сопротивлению материала; особенно широк этот слой, следовательно, на границах
Обратного напряжения в несколько вольт достаточно, чтобы обедненная область распространилась на весьслой. Ширинаслоя выбирается таким
Рис. 2.20.Конструкция и диаграмма, поясняющие действиефотодиода:
а - структурафотодиода; б - распределение заряда в-структуре; в – распределение напряженности поля вструктуре; г - распределение потенциала в обратносмещенной
структуре
образом, чтобы обеспечить практически полное поглощение падающего излучения, что позволяет получить высокую квантовую эффективность. Поперечное сечениефотодиода, а также распределение концентраций зарядов, напряженности электрического поля и потенциала вструктуре при обратном смещении, представлено на рис. 2.20. Считая в первом приближении поле внутрислоя однородным, можно записать
где- напряжение обратного смещения, приложенное к электродам ФД;
- ширинаслоя. Собственную емкость ФД можно представить как емкость плоского конденсатора и записать в виде
где- относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника; го - диэлектрическая проницаемость вакуума;- площадьперехода;- ширина слоя, или, точнее, ширина слоя объемного заряда.
4.5.3 Режимы работы фотодиода
В зависимости от схемы подключения ФД к электрической цепи различают два режима работы ФД: фотогальванический и фотодиодный. Параметры и характеристики ФД в этих режимах имеют некоторые отличия. Режим включения, когда внешний источник питания смещает-переход ФД в обратном направлении, называется фотодиодным. Принципиальная схема включения диода в этом режиме представлена на рис. 2.21. Схема характеризуется наличием источника ЭДС С/Ип, напряжение которого приложено к диоду в обратном направлении и нагрузочным резисторомс которого
снимается выходной сигналПри включении ФД в обратном смещении
ток, протекающий через фотодиод-, равен
где- напряжение, приложенное к
ФД (с учетом знака); - фототок
(см.(2.46)). При достаточно большом обратном напряжении экспоненциальный член становится достаточно малым и тогда
Описать электрическую схему (рис. 2.21) можно следующим соотношением:
Воспользовавшись формулами (2.51)—(2.53), легко построить нагрузочную прямую на графике семейства вольт-амперных характеристик ФД (см. рис. 2.22). Рабочая точка определяется пересечением нагрузочной прямой и соответствующей данному потоку ветви характеристики ФД. Максимальный поток излучения, который можно зарегестрировать при заданных определяется пересечением нагрузочной кривой с осью ординат. В аналитической форме это можно записать следующим образом:
где. - токовая чувствительность ФД;- максимальный поток излуче-
ния, который может зарегистрировать ФД в фотодиодном режиме.
Необходимо отметить, что фотодиодный режим работы является линейным, так как ток, протекающий через ФД и напряжение на нагрузке прямопропорциональны потоку излучения.
Если ФД не имеет внешнего источника питания, он работает как преобразователь энергии светового излучения в электрическую и эквивалентен генератору, характеризующемуся напряжением холостого ходаили током короткого замыкания Схема включения ФД в фотогальваническом режиме приведена на рис. 2.23. Вольт-амперные характеристики для диода, включенного в фотогальваническом режиме, приведены на рис. 2.24. Чтобы получить основные соотношения для фотогальванического режима, вспомним формулу (2.46) для р-п-перехода под действиием потока излучения, которую можно переписать в следующем виде:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
