Задача № 7

Фотодиод включён последовательно с источником питания и резистором R. Обратный ток насыщения затемнённого фотодиода (темновой ток) равен I₀.

Фототок диода в фотогальваническом режиме при коротком замыкании перехода составляет 1ф₁ при потоке световой энергии Ф₁; 1ф₂ при потоке световой энергии Ф₂; 1ф₃=0 при потоке световой энергии Ф₃=0

.Определите напряжение холостого хода U_xx диода для Ф_1з Ф₂ и Ф₃, а также значения Ф₁ и Ф₂ (лм), считая токовую чувствительность при монохроматическом световом потоке равной Si=1.5-10"² мкА/лм.

Рассчитать и построить семейство ВАХ идеализированного фотодиода для световых потоков Ф_1з Ф₂ и Ф₃ в диапазоне напряжений U от и_хх до - 10 (при расчётах считать, что фототок не зависит от напряжения на запертом переходе; Т=300 К).

Описать принцип работы, характеристики и параметры фотодиода.

Значения

I₀ = 3 мкА;

R = 40 кОм;

1_Ф1 = 30 мкА;

1_Ф2 = 90 мкА.

Решение

Схема цепи представлена на рисунке 8.

Рис. 8. Схема цепи Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов:

1. Без внешнего источника электрической энергии (вентильный, фотогенераторный или фотогальванический режим);

2. С внешним источником электрической энергии (фотодиодный или фотопреобразовательный режим) (рис. 8).

Ток, протекающий через фотодиод, можно представить в виде:

( qu

.kT

1

I

(4)

Ф ’

I = I₀

где

1ф - фототок, вызванный облучением p-n перехода светом;

I₀ - тепловой ток p-n перехода. Здесь этот ток равен обратному току насыщения затемнённого фотодиода (темновой ток);

U - напряжение на диоде.

При разомкнутой внешней цепи R_tI=<», I=0 легко выразить напряжение холостого хода и_х или фото-ЭДС. Воспользуемся выражением (5). Тогд

а

	( qUxx	Л
0 I 1 ф I = 0	H	-1
	l	0
Отсюда
Uxx = —ln G +		h '

q

I

0 0

Для комнатной температуры (Т=300 К) — = 0.026 B .

^q

Рассчитаем значения U_xx для различных освещённостей:

kT, L 1ф,Л L 30'

I

kT

1 + -*¹

= 0.026 ln ll + -yl = 0.062 (В).

для Ф=Ф1 U_xx =— ln

^q

*-0 0

1 + -*

Ic 0

1 + -

kT, ( IФ2Л

• для Ф=Ф2 U_xx = — ln

^q

kT, L I фз Л

• для Ф=Фз U_xx = — ln ^q

00

= 0.026 ln |1 + yj = 0.089 (В). = 0.026 ln | 1 + 3| = 0

.

Статическая интегральная токовая чувствительность при монохроматическом световом потоке

определяется отношением S_T = — . Из данного выражения определим значения потоков Ф₁ и

Ф

Ф2:

ТФ1	= 30
Si	1.5 • 10-
IФ2	= 90
Si	1.5 • 10'

^Ф1 =

Ф=

2

2 = 2000 (лм), _-2 = 6000 (лм).

Вольт-амперной характеристикой здесь является зависимость общего тока фотодиода от напряжения U, приложенного к фотодиоду:

I общ = f(U).

Данная характеристика определяется выражением (4). Рассчитаем и построим ВАХ фотодиода при различной величине освещённости.