Защита работы

Лабораторно-практическая работа № 11

По предмету «Электроника и импульсная техника»

Тема: «Определение чувствительности фотодиода»

Цель:

- научиться применять знания, полученные при изучении теоретического материала;

- изучить параметры фотодиода;

- выработать навыки расчета чувствительности фотодиода;

- закрепить знания, полученные при изучении учебного материала;

- воспитать у студентов целеустремленность при изучении учебного материала в течение всего учебного года.

Оборудование: стенд, фотодиод, справочная таблица.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Практическая работа предназначена для усвоения (закрепления) материала теоретических занятий, развития практических умений.

Выполнение практической работы включает три этапа:

- изучение исходных данных;

- выполнение работы;

- оформление материалов;

- защита работы.

1.1. Сбор данных выполняется в следующем порядке:

- изучается инструкция по выполнению работы;

- уясняется цель работы и последовательность действий;

- уточняются у преподавателя непонятные моменты;

- выполняются действия согласно пунктам раздела «Порядок выполнения…».

Оформление отчета.

Отчет оформляется индивидуально каждым учащимся в отдельных тетрадях. Отчет по каждой работе должен включать следующие материалы согласно пунктам раздела «Порядок выполнения…».

Защита работы.

Для защиты выполненной работы учащийся должен:

- представлять цель и порядок выполнения работы;

- изучить теоретический материал по теме;

- ответить на вопросы к защите и дополнительные вопросы по данной теме;

- сдать для проверки выполненные материалы работы.

Защищенная лабораторно-практическая работа подписывается преподавателем с указанием числа защиты работы. Выполненные в полном объеме лабораторно-практические работы являются допуском к зачету (экзамену). Учащиеся, не защитившие всех лабораторно-практических работ, к зачету не допускаются.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Фотодиод — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе. Фотодиод представляет собой диод с открытым р-п переходом.

Принцип действия фотодиода основан на фотогальваническом эффекте, который возникает в полупроводниках при воздействии на него внешнего излучения.

Структурная схема фотодиода: 1 - кристалл полупроводника; 2 - контакты; 3 - выводы; Φ - поток электромагнитного излучения; Е - источник постоянного тока; RH - нагрузка.

Принцип работы:

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода.

Например, при освещении р-п перехода монохроматическим светом с энергией фотонов Еф >ΔЕ3 имеет место собственное поглощение квантов света и генерируются неравновесные фотоэлектроны и фотодырки.

Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область.

Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током.

Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n.

Фотодиод может работать в двух режимах:

- фотогальванический — без внешнего напряжения

- фотодиодный — с внешним обратным напряжением

Под действием электрического поля перехода эти фотоносители перемещаются: электроны - в n- область, а дырки - в р -область, т.е. через переход течет дрейфовый ток неравновесных носителей.

Если цепь разомкнута концентрация электронов в п - области и дырок в р - области увеличивается, поле объемного заряда атомов примеси в переходе частично компенсируется и потенциальный барьер снижается. Это снижение происходит на величину фотоЭДС, называемую напряжением холостого хода фотодиода Uхх. Значение Uхх не может превышать контактную разность потенциалов перехода, поскольку при этом полностью компенсируется электрическое поле и разделение фотоносителей в переходе прекращается. Если р - и п -области соединить внешним проводником, то Uхх= 0 и в проводнике потечет ток короткого замыкания IКЗ, образованный неравновесными фотоносителями.

Если к р - и п - областям освещенного перехода подключить сопротивление нагрузки RН ≠ 0, по нему потечет ток нагрузки IН<Iкз и падение напряжения на нем будет UН < UХХ. В нагрузке будет выделяться электрическая мощность РН =IН*UН.

Такой режим работы называется фотогальваническим и используется в элементах солнечных батарей.

Если в цепь фотодиода и Rн последовательно включен источник питания, обеспечивающий обратное смещение p-n перехода, то такой режим работы фотодиода называют фотодиодным.

Семейство вольтамперных характеристик фотодиода I = f(Ф) при Ф= const показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Семейство вольтамперных характеристик освещенного фотодиода.

Световыми характеристиками диода в фотогальваническом режиме являются зависимости тока короткого замыкания от светового потока IКЗ =f(Ф) и напряжения холостого хода от светового потока Uхх = f(Ф), показанные на рисунке 2.

Нелинейность IК3 = f(Ф) при увеличении Ф объясняется ростом падения напряжения на объемном сопротивлении базы фотодиода, а нелинейность Uхх = f(Ф) - уменьшением потенциального барьера при росте Ф.