Фотодиоды, светодиоды, оптроны

Фотодиод — это полупроводниковый диод, у которого создана возможность воздействия оптического излучения на область /з-л-перехода. На рис. 11.8, л поясняется принцип работы прибора, а на рис. 11.8, б представлено его условное обозначение.

Луч света (поток фотонов), направленный перпендикулярно плоскости /з-л-перехода, вызывает в поверхностном слое генерацию электронно-дырочных пар. Следовательно, концентрация электронов и дырок на поверхности становится больше, чем во внутренних областях. Возникают диффузионные силы, направленные внутрь полупроводника, благодаря которым подвижные носители зарядов обоих знаков устремляются к р-и-переходу.

Попадая в область перехода, электроны и дырки оказываются в различных условиях: дырки подхватываются внутренним полем и направляются в р-областъ, заряжая ее положительно; электроны задерживаются внутренним полем, заряжая п-областъ отрицательно.

Таким образом, -и-переход выполняет функции разделения зарядов, как и в любом источнике электрической энергии. Если между электродами диода (анодом и катодом) включить сопротивление нагрузки, то через него будет протекать ток, имеющий для самого диода обратное направление (см. рис. 11.8, б). Этот ток зависит от интенсивности светового потока и при его отсутствии равен нулю.

Итак, фотодиод — это преобразователь светового сигнала в электрический. Известные нам солнечные батареи являются фотодиодами с большой площадью поверхности, воспринимающей солнечное излучение.

Режимом в нагрузке можно дополнительно управлять, включив последовательно с ней ЭДС смещения.

Светодиоды — это полупроводниковые диоды, способные генерировать оптическое излучение при протекании через них прямого тока. Условное изображение светодиода дано на рис. 11.9, а. По сравнению с лампами накаливания светодиоды имеют более узкий спектр излучения, требуют меньшего напряжения питания и обладают более высоким КПД.

Таким образом, светодиод — это преобразователь электрического сигнала e_c(t) в световой. Для получения высокочувствительного преобразователя необходимо, чтобы его исходное состояние (при отсутствии преобразуемого электрического сигнала е_с(0) соответствовало крутому участку прямой ветви ВАХ диода. Это обеспечивается подбором величины ЭДС смещения Е_ш (рис. 11.9, б).

Рис. 11.9. Светодиод:

а — условное изображение; б — схема включения.

Рис. 11.8. Фотодиод:

а — принцип работы прибора; б — условное изображение Изготавливают светодиоды на основе арсенида-фосфида галлия (германий и кремний не используются).

В настоящее время разработан новый вид светодиодов на основе органических соединений, обладающих полупроводниковыми свойствами. Применение органических светодиодов (англ, organic light-emitting diode, OLED) для создания мониторов и дисплеев представляется весьма перспективным [20, 25].

Оптрон — это пара светодиод-фотодиод, помещенная в одном корпусе, причем так, что светочувствительная площадка фотодиода располагается против излучающей площадки светодиода (рис. 11.10).

Рис. 11.10. Принцип построения оптрона.

Поскольку передача сигнала здесь происходит через оптическое излучение, входная и выходная цепи не имеют гальванического контакта. Поэтому оптроны могут использоваться в электронной аппаратуре для развязки входной и выходной цепей.