Обзор фоточувствительных элементов

Опубликовано 30.03.2013 Ведущий Антон Панкратов

Одним из важнейших типов приемных узлов в устройствах автоматики являются фоточувствительные элементы. Они подразделяются на фотоприемники, фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы.
Фотоприемники это интегральные или гибридные модули состоящие из фоточувствительного датчика(фототранзистора или фотодиода), усилителя с автоматической регулировкой усиления и светофильтра на определенный спектр излучения. Модификации фотоприемников отличаются несущей частотой, которая указывается в килогерцах. Фотоприемники предназначены для работы в системах дистанционного управления по ИК каналу. Кроме них к группе фотоприемники относятся пироэлектрические датчики-детекторы теплового излучения . Чувствительным элементом В1 служит своеобразный конденсатор — пластина из пироэлектрика с металлическими обкладками. На одну из обкладок нанесен слой вещества, способного поглощать электромагнитное (тепловое) излучение. В результате поглощения энергии температура пластины конденсатора увеличивается и между обкладками появляется напряжение строго определенной полярности. Будучи приложенным к участку затвор- исток встроенного полевого транзистора VT1, оно вызывает изменение сопротивления его канала. Выходной сигнал снимают с внешнего нагрузочного резистора, включенного в цепь стока транзистора.
Через некоторое время, независимо от того, продолжает действовать на датчик тепловое излучение или нет, конденсатор разрядится через сопротивление утечки R1 — выходной сигнал спадает до нуля. Пироэлектрические датчики используются в бесконтактных измерителях температур-пирометрах, детекторах движения и детекторах пламени.
Фоторезисторы- это фоточувствительные приборы созданные на основе явления изменения сопротивления полупроводниковых материалов под действием освещения. Отличаются от других фоточувствительных элементов плавным изменение выходного сигнала при изменении освещенности прибора. Наибольшее распространение получили фоторезисторы, изготовленные из сернистого свинца, сернистого кадмия, селенистого кадмия.
Фототранзисторы-основной тип современных фоточувствительных приборов. Обычно это биполярный транзистор , в к-ром управление коллекторным током осуществляется на основе внутреннего фотоэффекта; служит для преобразования световых сигналов в электрические с одновременным их усилением . Его основу составляет монокристалл полупроводника со структурой п-р-п- или р - п-р- типа. Кристалл монтируется в защитный корпус с прозрачным входным окном или в полностью прозрачный пластиковый корпус Включение в цепь подобно включению биполярного транзистора, выполненному по схеме с общим эмиттером и оборванным базовым выводом (нулевым током базы).Фототранзисторы применяются в системах контроля и автоматики в качестве датчиков освещённости и элементов гальванической развязки.
Фотодиоды- приёмники оптического излучения], которые преобразуют попавший на их фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе. Принцип действия фотодиодов-при воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. 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
Фотодиод может работать в двух режимах: фотогальванический — без внешнего напряжения и фотодиодный — с внешним обратным напряжением. У нас представлены фотодиоды видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазона, а также PIN фотодиоды, отличающиеся наличием средней i-области, которая заключена между двумя областями противоположной проводимости. При достаточно большом напряжении оно пронизывает i-область, и свободные носители, появившееся за счет фотонов при облучении, ускоряются электрическим полем p-n переходов. Это дает выигрыш в быстродействии и чувствительности такого фотодиода.