Элементы оптоэлектроники. Фоторезисторы. Фотодиоды. Фототранзисторы. (Лекция 13.1)

1.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Лекция 13
Элементы оптоэлектроники (часть 1)
1. Фоторезисторы
2. Фотодиоды
3. Фототранзисторы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
1

2.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фоторезисторы
Монокристаллический фоторезистор
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
2

3.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фоторезисторы
Пленочный фоторезистор
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
3

4.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
темновой ток
Iт = E / (Rт + Rн),
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
4

5.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
световой ток
Iс = E / (Rс + Rн).
первичный фототок
проводимости
Iф = Iс – Iт.
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
5

6.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Вольт-амперная характеристика
фоторезистора
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
6

7.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Люкс-амперная характеристика
фоторезистора
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
7

8.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Спектральная характеристика
фоторезистора
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
8

9.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Частотная характеристика фоторезистора
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
9

10.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Пример внешнего вида фоторезистора
а) – для навесного монтажа, б) – для поверхностного монтажа
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
10

11.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Основные параметры фоторезисторов
Рабочее напряжение Uр – постоянное
напряжение, приложенное к фоторезистору, при
котором обеспечиваются номинальные
параметры при длительной его работе в
заданных эксплуатационных условиях.
Максимально допустимое напряжение
фоторезистора Umax – максимальное значение
постоянного напряжения, приложенного к
фоторезистору, при котором отклонение его
параметров от номинальных значений не
превышает указанных пределов при длительной
работе в заданных эксплуатационных условиях.
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
11

12.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Основные параметры фоторезисторов
Темновое сопротивление Rт – сопротивление
фоторезистора в отсутствие падающего на него
излучения в диапазоне его спектральной
чувствительности.
Световое сопротивление Rс – сопротивление
фоторезистора, измеренное через
определенный интервал времени после начала
воздействия излучения, создающего на нем
освещенность заданного значения.
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
12

13.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Основные параметры фоторезисторов
Кратность изменения сопротивления KR –
отношение темнового сопротивления
фоторезистора к сопротивлению при
определенном уровне освещенности (световому
сопротивлению).
Допустимая мощность рассеивания Р–
мощность, при которой не наступает
необратимых изменений параметров
фоторезистора в процессе его эксплуатации.
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
13

14.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Основные параметры фоторезисторов
Общий ток фоторезистора – ток, состоящий из
темнового тока и фототока.
Фототок – ток, протекающий через
фоторезистор при указанном напряжении на
нем, обусловленный только воздействием
потока излучения с заданным спектральным
распределением.
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
14

15.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Основные параметры фоторезисторов
Удельная чувствительность – отношение
фототока к произведению величины падающего
на фоторезистор светового потока на
приложенное к нему напряжение,
мкА / (лм · В)
К0 = Iф / (ФU),
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
15

16.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Основные параметры фоторезисторов
Интегральная чувствительность – произведение
удельной чувствительности на предельное
рабочее напряжение Sинт = К0Umax.
Постоянная времени ф – время, в течение
которого фототок изменяется на 63%.
Постоянная времени характеризует
инерционность прибора и влияет на вид его
частотной характеристики.
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
16

17.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
I=IФ-IS(eU/ т-1)
где
IФ=Si·Ф - фототок
IS – обратный ток
Si - интегральная чувствительность
Ф – световой поток
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
17

18.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
Вольт-амперная характеристика
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
18

19.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
Режим короткого замыкания
U=0
IОБЩ=IФ=SiФ
Режим холостого хода
I=0
Ux=EФ= Tln(1+SИНТФ/I0)
При интенсивном облучении 1<<SИНТ/I0
EФ Тln(IФ/I0)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
19

20.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
Схема включения фотодиода с нагрузкой и
построение нагрузочной характеристики
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
20

21.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
График напряжения на нагрузке
UН=E-UД
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
21

22.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
Энергетические характеристики
IФ
U=40 B
U=10 B
Ф
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
22

23.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
Частотные характеристики
SИНТ
0.75
fГР
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
f
23

24.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
Спектральная характеристика S(λ)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
24

25.

Элементы оптоэлектроники
ФотодиодыВесна 2016
Спектральная характеристика S(λ)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
25

26.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
Зависимость чувствительности от угла падения
света
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
26

27.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
Основные параметры
- Диапазон длин волн принимаемого
излучения;
- Интегральная чувствительность Si;
- Темновой ток Iт;
- Номинальное рабочее напряжение
UОБР.НОМ;
Максимально допустимое обратное
напряжение UОБР.MAX;
- Постоянная времени
нарастания фототока Н
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
27

28.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Пример внешнего вида фотодиода
а) – для навесного монтажа, б) – для поверхностного монтажа
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
28

29.

ФотодиодыВесна 2016
Элементы оптоэлектроники
Примеры конструкции
p-i-n фотодиод
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
29

30.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фотодиоды
Примеры конструкции
Лавинный фотодиод
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
30

31.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фототранзисторы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
31

32.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фототранзисторы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
32

33.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фототранзисторы
Выходные характеристики
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
33

34.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Структура и схема включения полевого
фототранзистора с каналом n-типа
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
34

35.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Фототранзисторы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
35

36.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Примеры внешнего вида фототранзисторов: а) - для
навесного монтажа, б) - для поверхностного монтажа
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
36

37.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Параметры фототранзисторов :
– интегральная чувствительность;
– рабочее напряжение (10-15 В);
– темновой ток (до сотен микроампер);
– рабочий ток (до десятков миллиампер);
– максимальная допустимая рассеиваемая мощность
(до десятков милливатт);
– граничная частота.
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
37

38.

Элементы оптоэлектроники
Весна 2016
Домашнее задание
Привести примеры схем устройств
с рассмотренными
оптоэлектронными приборами
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
38