Фотодиоды

Фотодиод имеет структуру обычного p-n- перехода. Обратный ток фотодиода зависит от уровня освещенности. Фотодиоды помещаются в металлический корпус с прозрачным окном. Условное графическое изображение фотодиода и его схема замещения приведены на рис.3.11. На рис.3.12 приведено семейство вольт-амперных характеристик фотодиода.

Фотодиод может включаться в схему с внешним источником питания (фотодиодный режим) и без него (вентильный режим).

Вентильный режим. В вентильном режиме фотодиод преобразует световую энергию в электрическую, генерируя фото – э.д.с. под действием света. Из характеристик светодиода видно, что при увеличении освещенности напряжение холостого хода кремниевого фотодиода увеличивается приблизительно до 0,5 В. Для фотодиода характерено наличие тока короткого замыкания I_ф (или фототок), который пропорционален его освещенности. Под нагрузкой (рис.3.13) напряжение на фотодиоде снижается незначительно, пока величина тока нагрузки остается меньше величины тока короткого замыкания для данной освещенности I_ф.

Из схемы на рис.3.13,б, где фотодиод представлен схемой замещения, найдем ток нагрузки. Ток нагрузки будет равен разности тока короткого замыкания (фототока) I_ф и прямого тока диода. Прямой ток диода определяется из уравнения (3.1). Следовательно

.

Отсюда можно найти напряжение на нагрузке

.

Фотодиоды в вентильном режиме пригодны для получения электрической энергии. для этих целей изготавливаются специальные фотодиоды с большой площадью p-n – перехода, которые называются солнечными элементами.

Фотодиодный режим. В фотодиодном режиме на фотодиод подается запирающее напряжение. При подаче на фотодиод запирающего напряжения фототок практически не изменяется. При отсутствии освещенности через фотодиод течет так называемый темновой ток, равный I_то. Фотодиодный режим предпочтителен, когда требуется получить большое быстродействие, так как с ростом запирающего напряжения уменьшается собственная емкость p-n – перехода.

Фотодиоды широко применяются в различных датчиках, для построения фоточувствительных матриц, в оптронах.