1. Поток световой энергии равен ф1. Тогда

( qU Л

U

, kT

1

1 (U)= !„ -I

Результаты расчёта обратной ветви (U<0) вольт-амперной характеристики представим в виде U, В	0	-0.01	-0.02	-0.05	-0.1	-0.2	-1	-10
ТобщЬ мкА	30	30.96	31.61	32.56	32.94	33	33	33

Построенная по этим значениям вольт-амперная характеристика изображена на рисунке 9.

2. Поток световой энергии равен ф2. Тогда

q

U

kT

1

I

L

U, В	0	-0.01	-0.02	-0.05	-0.1	-0.2	-1	-10
1общ2° мкА	90	90.96	91.61	92.56	92.94	93	93	93

общ2

Результаты расчёта обратной ветви (U<0) вольт-амперной характеристики представим в виде

Построенная по этим значениям вольт-амперная характеристика изображена на рисунке 9. 3. Поток световой энергии равен Ф3=0. Тогда

(U )= ^I ф2

и, В	0	-0.01	-0.02	-0.05	-0.1	-0.2	-1	-10
1общ3:> мкА	0	0.96	1.61	2.56	2.94	3	3	3

общ3

Построенная по этим значениям вольт-амперная характеристика изображена на рисунке 9. 1общ(Цобр), мкА

при Ф=Ф2

при Ф=Ф3

Рис. 9. Семейство ВАХ идеализированного фотодиода для световых потоков Ф_1з Ф₂ и Ф₃

Ф

(U)=-1₀ e^kT -1

V

Результаты расчёта обратной ветви (U<0) вольт-амперной характеристики представим в виде

отодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, в которых используется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током светодиодов. Под воздействием света на электронно-дырочный переход и прилегающие к нему области происходит генерация пар носителей заряда, проводимость диода возрастает и обратный ток увеличивается.

Если на переход не подано внешнее напряжение и цепь разомкнута, т освещение приводит к накоплению фотоэлектронов в n-области и дырок в р-области. В результате образуется разность потенциалов U<^, т.е. появляется фото-ЭДС (вентильный или фотогенераторный или фотогальванический режим). Если цепь замкнута, то возникает фототок. В таких условиях диод работает как фотоэлемент (фотодиодный или фотопреобразовательный режим).

Фотодиод описывается вольт-амперной, энергетической (световой), спектральной и частотной характеристиками. Если к неосвещённому фотодиоду подключить источник, значение и полярность которого можно изменять, то снятые при этом ВАХ будут иметь такой же вид, как у обычного полупроводникового диода. При освещении диода существенно изменяется лишь обратная ветвь ВАХ (рис. 9), прямые ветви практически совпадают при сравнительно небольших напряжениях.Энергетическая характеристика фотодиода связывает фототок со световым потоком, падающим на светодиод (рис. 10).

1ф

Рис. 10. Энергетические характеристики

При работе фотодиода в вентильном режиме спектральные характеристики существенно зависят от сопротивления резистора, включённого во внешнюю цепь. С ростом нагрузочного сопротивления характеристики всё более искривляются и при больших сопротивлениях имеют ярко выраженный участок насыщения. При работе диода в фотодиодном режиме энергетические характеристики линейны, т.е. практически все фотоносители доходят до p-n- перехода и участвуют в образовании фототока.

Спектральная характеристика фотодиода есть зависимость чувствительности от длины волны падающего светового потока (рис. 11, а). При больших длинах волн, т.е. при малых энергиях квантов света по сравнению с шириной запрещённой зоны полупроводника, энергия кванта оказывается недостаточной для переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. Селеновые фотодиоды имеют спектральную характеристику, близкую по форме к спектральной зависимости человеческого глаза. Г ерманиевые и кремниевые фотодиоды чувствительны как в видимой, так и в инфракрасной части спектра излучения.

Частотная характеристика показывает изменение интегральной чувствительности при изменении яркости светового потока с разной частотой модуляции (рис. 11, б). Быстродействие диода характеризуется граничной частотой, на которой интегральная чувствительность

у

S

Рис. 11. Спектральная (а) и частотная (б) характеристики фотодиода Параметрами фотодиодов являются:

S„

меньшается в л/2 раз по сравнению со своим низкочастотным значением.

• темновой ток 1_т - начальный обратный ток, протекающий через диод при отсутствии внешнего смещения и светового излучения (10-20 мкА для германиевых и 1-2 мкА для кремниевых диодов).

• рабочее напряжение и_р - номинальное напряжение, прикладываемое к фотодиоду в фотодиодном режиме (и_р=10-30 В).

• интегральная чувствительность 8_инт, показывающая, как изменяется фототок при единичном изменении светового потока

S = ^

^инт аФ