ivanstudent

Путь к Файлу: /Квантовые и оптоэлектронные приборы.1 / 486 / 89-106~.doc

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   8
Пользователь:   ivanstudent
Добавлен:   24.12.2014
Размер:   321.5 КБ
СКАЧАТЬ

3.6.60   Оценить, как изменится угол расхождения пучка ОКГ со следующими параметрами: L = 0,45 м,  R1 = 0,84 м,   R2 =  2 м, если учесть  рассеивающее действие подложки зеркала   R1 ,  n=1,5. (Справочные данные: если одна из граней стеклянной подложки - вогнутая сфера с радиусом  R , а другая - плоскость, то такая подложка эквивалентна рассеивающей линзе с отрицательным фокусным расстоянием  f=-R/(n-1).)

 

3.6.61 Передатчик открытой оптической системы связи состоит из диффузного источника излучения, работающего на длине волны 0,85 мкм, и оптической системы с апертурой 89-106~. Определить предельный диаметр источника излучения, при котором расходимость пучка будет дифракционно-ограниченной.

    

3.6.62   В открытой оптической системе связи в качестве источника излучения использован светодиод, который при нормальном смещении представляет собой диффузный источник диаметром 0,1 мм, излучающий  в воздух          10 мВт. В приемнике в качестве детектора использован фотодиод с диаметром  светочувствительной площадки 1 мм. Для обеспечения требуемых характеристик системы мощность падающего на фотодиод излучения должна быть не менее 1 нВт.

1. Определите энергетическую яркость источника излучения и его нормальную интенсивность.

2. Найти максимальную дальность связи, обеспечиваемую этой системой, если не используются никакие коллимирующие устройства в передатчике и фокусирующие устройства в приемнике.

3. Вычислите, во сколько раз увеличится дальность связи, если сначала установить в передатчике коллимирующую длину диаметром 50 мм, а затем такую же линзу использовать для фокусировки принимаемого излучения на фотодетекторе.

4. Определите требуемую точность наведения луча на приемник, если упомянутая в п.3 линза передатчика имеет апертуру 89-106~.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4  Фотоприемники

 

Принципиальная особенность  оптоэлектронных приборов состоит в использовании оптического излучения. Оптическое излучение – это электромагнитные волны с длиной волны  от  10 нм до 1 мм-1.

Оптическое излучение  характеризуется фотометрическими параметрами. Различают фотометрические параметры энергетические и  световые. Энергетические параметры  характеризуют  излучение безотносительно к его действию на какой-либо приемник излучения и связаны с переносимой  излучением энергией.

 

4.1 Параметры и характеристики фотоприемников

 

          Рассмотрим явление фотоэффекта, излучение фотонов твердыми телами, а также  основные параметры и характеристики фотоприемных устройств.

                Чувствительность фотоприемников (ФП) – определяется тем, насколько сильно изменяются его характеристики при облучении светом:

а) токовая чувствительность – это:

 Si = DIф / DФ,                                                               (4.1)

где    DФ [Вт × лм]  - изменение потока излучения, падающего на прибор;

б) вольтовая чувствительность – это:

                               Sv = Uф  / Ф.

Чувствительность зависит от G ( G – скорость генерации пар).

                Квантовый выход внутреннего фотоэффекта. η1 - определяет, сколько неравновесных носителей (пар), созданы каждым поглощенным фотоном.

                Определение скорости генерации пар G. Пусть на единичную поверхность приемника по направлению х89-106~ этой поверхности, падает поток Ф1(х) (плотность потока излучения). Зная, что  89-106~, получим, что поглощаемая энергия в рассчете на 1 см3 составляет:

                                                    89-106~.                                              (4.2)

Число Q1 фотонов, поглощенных за 1с в 1 см3 на глубине х таково: 89-106~. Число неравновесных носителей, возникающих в 1с в 1 см3 (скорость образования носителей):

                                89-106~.                                            (4.3)

В области собственного поглощения 89-106~, а Q1 ~ 89-106~, поэтому при Ф1 – const скорость генерации G уменьшается обратно пропорционально частоте, чем больше ν, тем меньше G.

У ФП Iф = f(G). В лавинных ФД, фоторезисторах, фототранзисторах Iф = f [G(x)·Кус(E)], Кус(E) – коэффициент усиления, зависящий от Е.

                ФД инерционны. Инерционность характеризуется постоянной времени нарастания и спада фототока. Фототок уменьшается по закону:

89-106~,

                                       (4.4)

где  τ2  - постоянная времени нарастания.

 

           Пороговая чувствительность - это уровень светового потока Фп, когда сигнал равен шуму, т. е. 89-106~. Т. к. 89-106~ и Фп могут зависеть от площади S  приемника и полосы 89-106~, то

89-106~                                                (4.6)

 где 89-106~ - приведенный пороговый ток.

 

         Фотодиодные матрицы.  При разработке видеодатчиков широко используются различные твердотельные преобразователи. Многоэлементные фотоприемники – один из таких преобразователей. Принцип восприятия изображения фотоприемниками сводится к следующему: распределение яркости объекта наблюдения превращается в оптическое изображение и фокусируется на фоточувствительную поверхность. Здесь световая энергия преобразуется в электрическую, отклик каждого элемента пропорционален его освещенности. Яркостная картина преобразуется в электрический рельеф. Схема сканирования производит периодический опрос каждого элемента и считывание содержащейся в нем информации. В конечном счете на выходе устройства мы получаем  последовательность видеоимпульсов, в которой закодировано воспринимаемое изображение.

                Самым простым из фотоприемников является фотодиодная матрица МФ-14. Она предназначена для преобразования оптических сигналов в электрические и для коммутации электрических сигналов. Фотоматрица представляет собой двухмерную решетку {Аi,j} фотоячеек Ai,j ,объединенных системой вертикальных и горизонтальных шин, а также общих проводящих шин. Каждая горизонтальная и вертикальная шина имеет вывод. Всего у матрицы 32 вывода горизонтальных шин, 32 вывода вертикальных шин и пять выводов общих шин.

Рис. 4.2
 

Рис. 4.2.

 
                Фотоячейки матрицы представляют собой многофункциональные оптоэлектронные элементы, производящие преобразование оптических сигналов в электрические.

89-106~

89-106~

Рис. 4.2 - Принципиальная схема фотоячейки матрицы МФ-14

 

                Принцип работы ячейки фотоматрицы заключается в следующем: фотодиод Д и транзистор Т0 образуют базовый многофункциональный элемент – фотодиодную – МДП-транзисторную структуру. Затвор и сток  МДП-транзистора Т3 соединены с анодом фотодиода, а сток - с общей шиной С3. Стоки МДП-транзисторов Т0 и Т2 соединены с шинами С1 и С2. В зависимости от способа подачи напряжения  обратного смещения на фотодиод режим работы МДП-транзисторов и фотодиода может быть динамическим или статическим.

89-106~

Для работы в статическом режиме (рис. 4.3) на затворы МДП-транзисторов через общую шину подается постоянное напряжение. МДП-транзистор работает как источник тока I1. В зависимости от освещенности меняется сопротивление фотодиода Д, вследствие чего меняется и падение напряжения на диоде.

 

89-106~

                                                                                                                                  

 

89-106~

Еr

 

К

 
 

 

 

 

 

 


                                                                                                                                                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

89-106~
 

 

 


                                                                                                                                                     

 

 

 

                                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для работы в динамическом режиме на затворы МДП-фотодиодов через общую шину С4 подается напряжение от генератора импульсов. Это напряжение должно быть больше, чем пороговое напряжение МДП-транзистора U0, но меньше, чем максимально допустимое напряжение, ограниченное пробивным напряжением подзатворного диэлектрика Umax:

U0 < UÙ < Umax.

                На рисунке (4.5) приведена схема включения МДП-транзистора и фотодиода в режиме с динамическим смещением (РДС). В РДС МДП-транзистор Т0 функционирует как ключ. При подаче импульса, отрицательного относительно подложки, ключ Т0 отпирается  и емкость Сд фотодиода, который смещается в обратном направлении, заряжается до напряжения питания Е1 , подаваемого на общую шину С1. По окончании импульса, если оптическое излучение отсутствует, емкость фотодиода разряжается током Iд р+-n-перехода. Действие потока излучения, падающего на фотодиод, эквивалентно включению дополнительного генератора тока Iр, увеличивающего скорость разряда емкости фотодиода.

                Таким образом, изменение заряда на емкости фотодиода:

Qрд =  (Ip + Iд) × ti ,                                                (4.7)

где ti  - время воздействия потока излучения, отсчитываемое от момента окончания импульса на затворе транзистораТ0. Учитывая, что поток:

Ip =  Sio × P,                                                (4.8)

 

где Sio – токовая чувствительность фотодиода, А/Вт,

Р – мощность падающего излучения, Вт;

 

получаем:                                 Qрд = (Sio × P + Iд) × ti .                                        (4.9)

 

4.2 Примеры решения типовых задач

 

4.2.1 Вычислить энергию фотонов. Работа выхода. Уравнение фотоэффекта Эйнштейна.

Решение:

а) вычислим энергию фотонов в ультрафиолетовой (УФ) области  спектра

(l=330 и 250 Нм);

б) желтого света (l=580 Нм);

в) красного света (l=644 Нм).

 

Свет падает на поверхность натрия, работа выхода которого равна            2,11 эВ. Найдите максимальные скорости всех фотоэлектронов, если длина волны падающего света принимает указанные выше значения.

          Решение:

Подставив в формулу Е=h×n=hc/l=1,24/l значения, получим:

а) 1,24/0,33=3,76 эВ;

                           б) 1,24/0,589=2,11 эВ,      1,24/0,25=4,96 эВ;

                           в) 1,24/0,644=1,93 эВ.

Скорости фотоэлектронов, обладающих наибольшей энергией, определяется из уравнения Эйнштейна

         

89-106~,                                   (4.10)

где j - фотоэлектическая работа выхода данного материала, а hn-энергия падающего излучения.

При освещении красным светом электроны испускаться не будут.

На длине l желтого света энергии равны (хотя электроны имеют достаточную энергию выхода для преодоления потенциального барьера, но они остаются на поверхности).

В УФ электроны эмигрируют с максимальными скоростями:

для l=0,33 мкм

89-106~,  (4.11)

 

для l=0,25 мкм

                                 uмакс=1,0×10  м/с  umax=1,0×106 м/с.

 

 4.2.2  Уравнение фотоэффекта Эйнштейна. Фотоэлектрическая работа выхода для калия равна 2,0 эВ. На поверхность калия падает свет l=0,35 мкм.

Определить:

а) запирающий потенциал Vs;

б) кинетическую энергию Ек самых быстрых электронов;

в) скорости этих электронов;

г) вычислить, насколько изменится запирающий потенциал, если длина волны уменьшится до 348 Нм.

       

 Решение: Энергия фотона          Е=1,24/l эВ,                                     (4.12)

                                Е=1,24/0,35=3,54 эВ.

Энергия эмиттированного  электрона  (Ее) представляет собой разность между энергией падающего излучения и работой выхода материала j, т.е.

                                             Ееизл-j =3,54-2=1,54 эВ.

 

Запирающий потенциал будет Vs=1,54 эВ.

Ек наиболее быстрых электронов также равна 1,54 эВ.

Скорость наиболее быстрых электронов определяется как                                  

     (½ )mu2 = 2,46×10-19   дж;  

                        uмакс=0,74×106  м/с.

Уравнение Эйнштейна

                              (½)mu2 =hn-j или е×Vs=(hc/l)-j,                                       (4.13)

предполагая, что l мало, запишем в дифференциальной форме:

                                                      

dVs=hc/l  - dl/l2.

Поскольку dl=348-350 Нм, а l=350 Нм, получаем, что запирающий потенциал уменьшается на величину  dVs=20,4 mВ.

 

4.2.3  Здесь определяются следующие параметры:  фотоэлектронная эмиссия, квантовый выход (Q), спектральная чувствительность(S), вывод соотношения S/Q=l/hn, пороговая частота (длина волны).

Пусть фотодиод имеет работу выхода 2,08 эВ и спектральная чувствительность 20   мкА/пм при освещении его l=0,546 мкм. Считая, что световой поток 0,625 мкм на этой l эквивалентен 1Вт, вычислить:

а) пороговую частоту,

б) запирающий потенциал, при котором фототок равен нулю,

в) квантовый выход.

            Решение.

Работа выхода – это разница между падающей энергией излучения и энергией, характеризующей эмиссионные свойства материала. Квантовый выход (Q) – это есть отношение числа испускаемых электронов к числу падающих. Квантовый выход

Q=ne/np=(I/l)/(P/hn)=I×hn/lP,

где ne – число фотонов, падающих на фотокатод в 1с, а излучение с частотой n несет мощность Р. Спектральная чувствительность S=I/P; S/Q=l/hn.

Пороговая частота находится из условия j = hn где  n=j/h=502×10-12   Гц, а пороговая длина волны l=с/F=5,98 Нм,  Vs=hn-j    E=1,24/0,546=2,27 эВ.

Запирающий потенциал, при котором фототок уменьшается до нуля, равен  Vs=hn-j/l=2,27-2,08=0,19 B.

Квантовый выход       Q=Ihn/lP=0,03.

 

4.2.4 Дайте описание фотоэффекта и объясните, каким образом с его помощью  можно определить работу выхода для некоторой поверхности. Вычислите максимальную скорость электронов, эмитируемых  из фотокатода, имеющего работу выхода 1,9 эВ и освещаемого монохроматическим светом с длиной волны  0,59 × 10-6 м.

Решение.

При падении эдектромагнитных волн на металлическую поверхность некоторое количество электронов  этой поверхности может поглотить энергию падающего излучения и превратить ее в кинетическую энергию своего движения. Электрон поглощает энергию излучения квантами, равными  hn, где n - частота излучения, h – 6,63× 10-34 Дж×с – постоянная Планка.

Электроны могут покидать поверхность только в том случае, если hn>j, где j - работа выхода материала. Работу выхода материала можно определить как минимальную величину энергии, необходимую  для получения эмиссии с поверхности материала; эта величина измеряется в электронвольтах. Электронвольт  равен энергии, приобретаемой электроном при ускоряющем напряжении  1 В ( 1 В = 1,6× 10-19 Дж). Для вольфрама

j = 4,55 эВ =4,55× 1,6× 10-19 Дж.

Каждому материалу соответствует максимальная длина волны, при длинах волн больше которой эмиссия электронов происходить не может; ее называют пороговой длиной волны.

Пороговую  частоту n0 для вольфрама можно найти следующим образом:

 

89-106~

 

89-106~

 

89-106~

 

Полученная длина волны соответствует ультрафиолетовой области спектра.

Для цезия j = 1,75 эВ, а l0 = 0, 707 мкм, т.е. пороговая длина волны лежит в видимой области спектра (красная область).

Эйнштейн сформулировал основное уравнение фотоэффекта:

 

89-106~,                                               (4.14)

или                                                          89-106~.                                 (4.15)

 

Отсюда следует, что фотон с частотой n выше пороговой (n0) будет выбивать на поверхности электроны с кинетической энергией, определяемой уравнением   (4.15), где  hn0 – работа выхода,  Vмакс – максимальная скорость эмиттированных электронов, n - частота кванта света.

Два основных закона внешнего фотоэффекта гласят, что

1) кинетические энергии отдельных фотоэлектронов не зависят от интенсивности освещения;

2)  число  фотоэлектронов, испускаемых в 1 с, пропорционально интенсивности освещения. С помощью фотоэффекта можно определять работу выхода для некоторой поверхности методом  Милликена. При измерении работы выхода  используются две металлические пластины, одна из которых выполняет роль катода, а другая служит анодом, собирающим электроны, испускаемые металлической поверхностью катода (рис.  4.7).

 

 

 

 

 

 

89-106~

Если анод  А заряжен положительно по отношению к катоду, то он собирает все электроны. При этом  анодный ток  I пропорционален количеству  фотоэлектронов, эмитируемых в 1 с.

Если анод заряжен по отношению к катоду отрицательно, то электроны достигают анода благодаря запасу кинетической энергии, с которой они вылетают из катода. При отрицательном потенциале анода V электрон, пройдя расстояние от катода к аноду, совершит работу   eV. Пусть при некотором отрицательном потенциале анода  Va ток прекращается. Это условие определяет максимальную кинетическую энергию, которую будут иметь вылетающие из катода электроны:

 

89-106~.                                                                  (4.16)

 

Потенциал   eVs  называют запирающим потенциалом.

Пусть на катод падает свет  с длинами волн l1,    l2   и  l3, а  запирающий потенциал при этом равен Vs1,  Vs2   и Vs3 . Запишем уравнение Эйнштейна:

 

89-106~                                                          (4.17)

и преобразуем его к виду

 

89-106~   ,                                                      (4.18)

что соответствует уравнению прямой линии.

Если в качестве осей координат выбрать  Vs  и n, то наклон прямой даст отношение  h/e, а из него можно определить постоянную Планка. Пересечение этой прямой с осью координат дает величину    - j / e, из которой можно определить работу выхода.  По условию задачи

89-106~

Подставляя эти численные результаты в уравнение Эйнштейна

 

89-106~    (4.19)

 

откуда получаем максимальную скорость фотоэлектронов:

89-106~.

 

4.2.5 На сурьмяно-цезиевый фотоэлемент с интегральной чувствительностью К=100 мкА/лм падает световой поток Ф, равный 0,15 лм. Последовательно с фотоэлементом включен резистор R=400 кОм, с которого сигнал снимается на усилитель, управляющий реле с током срабатывания 10 мА при напряжении 220 В. Определить необходимые коэффициенты усиления по мощности и по напряжению, если входной нагрузкой усилителя является сопротивление R и темновой ток фотоэлемента равен нулю.

 

Решение.

Определяем ток фотоэлемента:

 

IФ= КфФ= 100×0,15= 1 5 м к А.                                             (4.20)

 

Входная мощность усилителя:

                       

Рвх =I2R= (15× 10-6 )2×4×105= 225×10-l2 ×4×105=9× l0-5 Вт.            (4.21)

 

 Мощность срабатывания реле:

 

                                     Рр  =220×10×10-3=2,2 Вт.

 

Коэффициент усиления по мощности:

 

Крр/Pвх =2,2/9× 10-5 =2,44 ×104.                (4.22)

 

Коэффициент усиления по напряжению:

 

KU=Up/UR=Up/(IфR )=220/(15×10-6 ×400×103)==36,7.      (4.23)

Многоэлементные фотоприемники. Если надо преобразовать оптическое изображение, имеющее определенное распределение интенсивности света по плоскости, то используют экран, состоящий из множества миниатюрных ФП, которые преобразуют световые потоки в соответствующие электрические сигналы.

                Записанная таким образом оптическая информация сохраняется, а затем  считывается. Электрические  сигналы от различных ячеек экрана могут быть последовательно переданы в другое место и использованы для воссоздания изображения объекта (фототелеграфия, телевидение).

                В ряде систем записи оптических сигналов применяются полупроводниковые устройства, а при считывании информации используют электронный пучок, быстро обегающий миниатюрные фотодетекторы. Использование электронных пучков плохо согласуется с низковольтными полупроводниковыми схемами. Рассмотрим многоэлементные ФП, у которых запись, хранение и считывание информации осуществляется одними и теми же твердотельными элементами. В качестве такого элемента может быть использована структура металл-диэлектрик-полупроводник (МДП).

Если к структуре прикладывают напряжение U (- на металле), то часть примесных электронов выводится из полупроводника n-типа, что приводит к появлению слоя + объемного заряда толщиной d. Толщина этого слоя увеличивается с увеличением U. Возникающие при освещении МДП-структуры электроны отводятся в объем полупроводника, а дырки скапливаются у границы с диэлектриком. Число этих дырок (т. е. общий положительный заряд) зависит от интенсивности света и времени его действия. Накопленный заряд (т. е. информация, заданная светом) может длительное время сохраниться, если тепловая генерация пар незначительна.

На рис. 4.8 изображена цепочка МДП-структуры, являющейся частью многоэлементного фоточувствительного экрана.

В случае I на структуру не подано внешнее напряжение. Наличие обедненного слоя толщиной d0 связано с контактной разностью потенциалов Uк.

Позиция II соответствует случаю, когда присутствует внешнее напряжение и структура освещается через полупрозрачный металлический электрод (затвор). Накопленный за время освещения заряд дырок может быть сдвинут вдоль цепочки структур, если на соседний элемент подано более высокое напряжение.

Позиция III. В этом случае глубина потенциальной ямы для дырок больше и они вследствие диффузии перейдут от второго элемента к третьему. В промежутке между затворами 2 и 3 присутствует ускоряющее дырки поле, которое проникает и в область скопления дырок, поэтому переход дырок к электрону 3 может быть быстрым.

 

89-106~

                Электрический сигнал от элемента 2, пропорциональный интенсивности Ф и времени действия света, падавшего на этот элемент, может быть проведен по цепочке элементов и выведен во внешнюю цепь. Аналогичным образом могут быть получены видеосигналы от других элементов строки и элементов других строк. Таким образом, микроскопические фотоэлементы (ФЭ) расположены в строке настолько близко (89-106~), что они могут взаимодействовать, передавая друг другу заряды. Отсюда название - приборы с зарядовой (или объемной) связью. Эта связь между МДП-структурами осуществляется через общую для всех структур толщу полупроводника.

                Регистрирующие изображение устройства рассмотренного типа (из МДП-элементов) потребляют малую энергию во время считывания, требуют небольших U (10 – 20 В) и при числе элементов ~1·105 см -2 могут иметь хорошую разрешающую способность (140 линий на 1мм).

                Высокая чувствительность экрана определяется тем, что он работает в условиях накопления светового действия. Так как в чувствительных элементах используются поверхностные барьеры, то облегчается подбор области спектральной чувствительности прибора путем выбора материала с 89-106~. Кремниевые ПЗС имеют срок службы 1·104 ч и регистрируют изображения телескопов.

 

 

 

 

4.3 Задачи для самостоятельного решения

 

4.3.1 Нарисуйте графики зависимости фототока от светового потока для трех различных сопротивлений резисторов нагрузки Rн = 1, 10 и                     20 МОм, если напряжение источника Еа=200 В.

 

89-106~

4.3.2 Фотоэлемент СЦВ-3, включенный в схему на рис. 4.2, имеет характеристики, изображенные на рис.4.3. Параллельно с резистором нагрузки включается электронный ключ, обладающий бесконечно большим входным сопротивлением. Напряжение источника Еа=200В. Определить: а) световой поток Ф, при котором откроется ключ, если порог срабатывания ключа равен 50 В при сопротивлении нагрузки Rн=5МОм; б) максимально возможное значение сопротивления нагрузки Rн, если порог срабатывания равен 100 В и максимальное значение светового потока Ф=0,15 лм.

Ответ: а) 0,1 лм; б) примерно 6,7  МОм.

 

4.3.3  Определить число каскадов фотоэлектронного умножителя для получения выходного тока 2 мА, если ток эмиссии фотокатода 0,01 мкА, а коэффициент вторичной эмиссии  s=6.

Ответ: 7.

 

4.3.4 В девятикаскадном фотоэлектронном умножителе ток эмиссии фотокатода равен 10-8 А, а выходной ток составляет 100 мА. Найти коэффициент вторичной эмиссии материала электродов.

Ответ: примерно 6.

 

4.3.5   Определить коэффициент усиления фототока в фотоэлектронном умножителе, если известно, что число эмиттеров в приборе равно 6, коэффициент вторичной эмиссии материала эмиттера s = 4.

Ответ: 4096.

 

4.3.6   Определить коэффициент вторичной эмиссии одного эмиттера фотоумножителя ФЭУ-19, состоящего из 13 каскадов, если известно, что общий коэффициент усиления составляет 106.

Ответ: примерно 3.

 

4.3.7   Чувствительность фотоэлемента при рабочем анодном напряжении равна 14 мкА/лм, площадь окна фотоэлемента П=10 см2. Горизонтально направленная сила света лампы накаливания равна 100 кд. Определить:                а) фототок, если фотоэлемент расположить на расстоянии l =50 см от лампы;                б) значение анодного тока, если в приборе, помимо указанного фотокатода, будет помещено еще девять эмиттеров, каждый с коэффициентом вторичной эмиссии s=5. Принять, что коэффициент сбора электронов                 a = 0,6.

 

Ответ: а) Iф= 5,6 мкА,     б) Iа=  110 мА.

 

    4.3.8   Пользуясь люкс-амперной характеристикой фоторезистора ФСК-1, изображенной на рис. 4.11, определить его удельную чувствительность, если темновой ток Iт= = 15 мкА, освещенность E=800 лк, напряжение на фоторезисторе U=25 В, площадь светочувствительной поверхности П=0,3 см2.

Ответ: 3,98 А/(лм×В).

89-106~89-106~

 

 

 

4.3.9 Фоторезистор ФСК-1, люкс-амперная характеристика которого изображена на рис. 4.11, используется в схеме на рис. 4.12. Напряжение источника питания Е =50 В, сопротивление резистора нагрузки Rн = 10 кОм, максимально допустимая мощность, рассеиваемая фоторезистором, Рmax=125 мВт. Площадь светочувствительной поверхности П=0,3 см2. Определить: а) световой поток Ф, при котором падение напряжения на нагрузке UR =25 В; б) мощность Р, рассеиваемую фоторезистором в этом случае; в) минимальное значение сопротивления резистора нагрузки Rн min, при котором мощность, рассеиваемая фоторезистором, не превышает максимально допустимую, если значение светового потока Ф=0,03 лм.

Ответ: а) 2,55×10-2 лм; б) 62,5мВт;  в)  4,44 кОм.

 

4.3.10 Нарисуйте и объясните вольт-амперные и световые характеристики фотодиода в фотодиодном режиме. Приведите схему включения фотодиода, работающего в этом режиме.

 

4.3.11  Нарисуйте и объясните характеристики фотодиода в вентильном режиме для нескольких световых потоков. Укажите на характеристиках режимы холостого хода и короткого замыкания. Приведите схему включения фотодиода, работающего в этом режиме.

 

4.3.12   Какими физическими явлениями можно объяснить уменьшение фототока с ростом частоты модуляции светового потока?

 

Рис. 4.13                Рис.  4.14                    Рис  4.15

 
89-106~

4.3.13 Фотодиод ФД-1, вольт-амперные характеристики которого изображены на рис. 4.13, используется в схеме на рис. 4.14. Напряжение источника равно 100 В. Построить графики зависимости фототока от светового потока при сопротивлениях резисторов нагрузки RН, равных 2 МОм, 100 кОм и 0. Площадь светочувствительной поверхности   П=5 мм2.

 

 

4.3.14  По вольт амперным характеристикам фотодиода ФД-1, изображенным на рис. 4.15, определить предельное значение сопротивления нагрузки, при котором сохраняется еще фотодиодный режим, если напряжение источника питания Е=60 В.

Ответ: 60 кОм.

 

         4.3.15  Пользуясь характеристиками фотодиода, работающего в вентильном (фотогальваническом) режиме (рис. 4.8), построить график зависимости выходной мощности от значения сопротивления нагрузки. Найти: а) оптимальное сопротивление нагрузки  Rн.опт; б) напряжение холостого хода Uо.

Ответ: а) 740 Ом;  б) 80 мВ.

 

      4.3.16  Чем ограничена максимальная фото-ЭДС фотодиода, работающего в вентильном режиме?

 

       4.3.17 Электронно-дырочный переход площадью 102 см2 германиевого фотодиода освещается источником света, который вызывает генерацию носителей заряда со скоростью 4,6×1018 1/(см3×с). Определить фототок короткого замыкания фотодиода при обратном напряжении, если концентрация примесей в областях р-n-перехода Na=Nд=1015  см-3,   время жизни носителей t - 10 мкс. Сравните ток короткого замыкания с темповым фототоком при обратном напряжении. Вычислите напряжение холостого хода фотодиода при Т=300 К.

Ответ: Iто =  3,9×10-4 А;    Iобр  = 80×Iто; U0 = 0,11 B.

 

4.3.18 Какова связь между интегральными чувствительностями фототранзистора при включении его в схему с общей базой и с общим эмиттером?

 

Таблица 4.1. Типичные значения коэффициента

усиления и времени быстродействия

 

Кус

t,с

Фоторезистор

1 - 105

10-2 – 10-7

ФД с p-n-переходом

1

10-6 – 10-8

Д с p-i-n-переходом

1

10-8 – 10-10

Д с поверхн. барьером

1

10-10

ЛФД

102 - 104

10-9

Фототранзистор

102

10-6

 

4.3.19  Каков принцип восприятия изображения матричными фотоприемниками, что такое  электрический рельеф?

 

4.3.20  Какими параметрами определяется  изменение заряда на емкости фотодиода?

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика