2. Исследование характеристик фотодиодов при различных схемах подключения к измерительному прибору.
3. Определение диапазона линейности при различных режимах работы фотодиодов.
СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
Одним из основных типов фотоприёмников, используемых в устройствах оптоинформатики для преобразования входного оптического сигнала в электрический являются фотодиоды. В фотодиодах оптическое излучение преобразуется в электрические сигналы за счёт явления внутреннего фотоэффекта, когда в области p-n перехода полупроводника поглощаемый фотон образует пару новых носителей заряда – электрон и дырку.
Фотодиод p-n типа при наличии обратного смещения, созданного внешней электрической цепью, создаёт обеднённую область, в которой отсутствуют носители заряда и действует относительно сильное электрическое поле. Эта область образована неподвижными положительно заряженными атомами донора в n области и неподвижными отрицательно заряженными атомами акцептора в p области. При освещении фотодиода, новые возникшие носители заряда ускоряются в этом поле и электроны движутся в n слой, а дырки – в p слой. Это приводит к возникновению тока, генерируемого падающим светом. Ширина обеднённой области зависит от концентрации примесей и величины напряжения смещения. Ширину обеднённого слоя можно увеличить, повысив напряжение смещения, но при этом напряжённость поля в обеднённом слое уменьшается. Для устранения этого недостатка были созданы p-i-n фотодиоды. В таком фотодиоде между p и n слоями помещён слой полупроводника с высоким сопротивлением и толщиной в несколько десятков микрон. В таком фотодиоде свет падает на i слой и носители ускоряются сильным полем в этом слое. Одним из главных преимуществ PIN фотодиодов является их значительно более быстрый фотоотклик, который объясняется меньшей ёмкостью p-i-n перехода (меньшая RC – постоянная), что позволяет использовать их для детектирования высокочастотных сигналов. Кроме того, область p-i-n перехода может быть сделана с большей толщиной, что приводит практически к полному поглощению падающего излучения. На рис.1.1 и 1.2 схематически представлен поперечный разрез фотодиода и его зонная структура.
Рис.1 Поперечный разрез p-n фотодиода.
Рис.2 Зонная диаграмма p-n фотодиода.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Экспериментальная установка для выполнения данной работы (рис.3) состоит из полупроводникового лазера (ПЛ), ослабителя излучения (ОИ), исследуемого фотодиода (ФД) и измерительных приборов ( V1 , V2 ).
 |
Рис.3 Схема установки для исследования фотодетекторов.
Фотодиод подключен к измерительному прибору (вольтметр – V2).
Под воздействием светового потока, падающего на входное окно фотоприемника, возникает фотоэдс, измеряемое вольтметром V2 (UФД). Величина UФД определяется энергией лазерного излучения, падающего на ФД.
Экспериментальная зависимость UФД от энергии падающего излучения полупроводникового лазера (W) приведена на рис.4.. Следует отметить, что в данных условиях эксперимента энергия лазерного излучения прямопропорциональна току через pn-переход (Ipn)., который определяется с помощью показаний прибора V1.
Рис.4 Зависимость напряжения на фотодиоде от энергии падающего излучения.
Линейный режим работы фотодиода находится в диапазоне значений энергии между цифрами 1 и 2. Важной особенностью практического использования фотодиодов является необходимость работы в линейном режиме.
В процессе выполнения работы необходимо определить линейный диапазон работы исследуемого фотоприемника (ФД-24К) в фотогальваническом и фотодиодном (с отрицательным смещением) режимах, используя вольтовую и токовую чувствительность данного фотоприемника.
Линейность работы фотоприемного устройства определяется путем измерения пропускания светофильтра при различных значениях энергии падающего излучения, которая изменяется регулировочным сопротивлением RП.
В линейном режиме работы фотоприемного устройства пропускание
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.