Схемы включения приемников оптического излучения

Схема включения фоторезистора. Типовая схема включения фоторезистора заключается в подключении к нему сопротивления нагрузки и подключении цепи к источнику питания (рисунок 25). Для получения максимального сигнала нагрузочное сопротивление должно быть равно темновому сопротивлению фоторезистора.

Рисунок 25 – Типовая схема включения фоторезистора

Схема включения фотодиода. Существует два основных режима включения фотодиода.

1. Фотогальванический (вентильный) режим (рисунок 26), в котором отсутствует источник питания (= 0), т.е. используется свойство ФД генерировать фототок (или фотоЭДС) на напряжении нагрузки.

Рисунок 26 – Фотогальванический режим включения фотодиода

В фотогальваническом режиме используются:

а) Режим короткого замыкания внешней цепи (=0) (рисунок 27а), при котором фотоносители, преодолев контактный потенциальный барьер, вызывают ток во внешней цепи, который служит фотосигналом, пропорциональным световому потоку

б) Режим холостого хода – при разомкнутой внешней цепи () (рисунок 27б), при котором фотоносители накапливаются – основные в той области, где они возникли, неосновные – в другой; эти фотоносители создают напряжение – фотоЭДС

Полярность фотоЭДС обратна контактной разности потенциалов. В результате возникновения фотоЭДС высота потенциального барьера уменьшается. Это вызывает приращение тока основных носителей через p-n переход, направленного навстречу фототоку. Фототок возрастает до стационарного значения, обеспечивающего новое состояние динамического равновесия токов основных и неосновных носителей через p-n переход при данном потоке излучения Ф. Зависимость фотоЭДС нелинейна от потока излучения и зависит от температуры.

а)	б)
а – режим короткого замыкания, б – режим холостого хода Рисунок 27 – Схемы включения фотодиода в фотогальваническом режиме

2. Фотодиодный режим – при приложении к облученному p-n переходу внешнего напряжения (в обратном направлении) (рисунок 29).

Для основных носителей потенциальный барьер увеличивается, и их ток практически прекращается. К темновому току неосновных носителей добавляется фототок (неосновных носителей), т.е. во внешней цепи течет суммарный (общий) ток

Напряжение фотосигнала равно

где – напряжение на нагрузке при облучении; – напряжение на нагрузке в темноте.

Рисунок 28 – Фотодиодный режим включения фотодиода

Сравнение режимов работы фотодиода показывает следующее. Преимуществами фотодиодного режима являются:

- большая вольтовая чувствительность,

- меньшая инерционность (т.к. приложенное напряжение способствует более быстрому дрейфу фотоносителей к p-n переходу).

Преимущества фотогальванического режима:

- -отсутствие внешнего источника питания,

- меньший уровень шумов (т.к. в этом режиме отсутствует темновой ток).

Особенными достоинствами в фотодиодном способе включения фотодиода обладает режим короткого замыкания, когда выходным сигналом является фототок. Фототок в этом случае пропорционален падающему световому потоку и практически не зависит от температуры p-n перехода.