Источники и приёмники Излучения (1059978), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Для неселективных ПИ, у которых спектральная чувствительность постоянна (5„(Х) = 1), сигнал на выходе пропорционален потоку излучения независимо от его спектрального состава. Если же ПИ селективен, то такие его параметры по паспорту, как Я „5», Ян Ф„, Ф„ь Ф;, Р', зависящие от спектрального распределения излучения источника, надо пересчитывать для реального излучег ния объекта. Пересчет параметров ПИ, заданных в световых величинах, в энергетические по одному н тому же источнику излучения Интегральная чувствительность. Дано 5,, (А/лм).
Определить 5 т е (А/Вт). Сигнал от ПИ при освещении заданным паспортным источником ЯиитФ» где 5„, — интегральная токовая чувствительность ПИ по паспортному источнику, А/лм; Ф» — световой поток паспортного источника, падающий на ПИ, лм. По тому же паспортному источнику этот же сигнал от потока излучения Ф, (Вт) через интегральную чувствительность ПИ 5„,, (А/Вт) / = Я „Ф,. Поток излучения и световой поток связаны между собой так: Ф» — — 683х„Ф„ где х„— коэффициент использования глазом потока излучения.
Из условия равенства сигналов Я,и„Ф, = 5,Ф» = 683х,Ф,Яи „ откуда Я, и, = Я,п,683х,. (3.2) Пороговый поток и обнаружительная способность. Дано Ф», Р,. Определить Ф, Р,. Запишем выражение.для тока шума через Яи„,.Ф„и 5 причем оно постоянно, так как записано для одного и того же ПЙ, /ш = Фп»Яипт = Фпе5иит е.
Отсюда Ф = Фп»5. т/Яи,. а а учетом выражения (3.2) Ф„= Фп»/683 х, или длн обнаружительной способности Р, = Р»683х . П р и м е р. Пересчитать интегральную чувствительность и пороговый поток германиевого фотодиода из световых величин в энергетические. Параметры фотодиода следующие: Яг = = 20 мА/лм; Ф,» = 2 ~ 10 ' лм; температура источника, по которому производилась паспортизация, 2864 К; его световая отдача К„= 683х, = 20 лм/Вт, Находим: Яге= 5,683хе = 20 х 20 = 400 мА/лм; Фпе = Фп»/(683хг) = 2 ~ 10 е/20 = 10-'в Вт.
Пересчитаем световую характеристику фототока ПИ, заданную в световых величинах, /э» — †/ (Ф») в энергетическую характеристику фототока ПИ в энергетических величинах /ф, —— / (Ф,): /ф, = /(Ф,) = /]Ф»/(683хг)]. 99 Пересчет параметров ПИ, заданных в энергетических единицах по одному источнику (паспортному), в параметры, заданные в энергетических единицах по другому (произвольному) источнику ! Интегральная чувствительность. Дано 5,в„по одному (паспортному) источнику. Определить 5е!в,, по произвольному источнику. Согласно выражению (3.1) 5, — — 5к х, где х — коэффициент использования потока излучения данного источника данным Г1И; 5к — максимальная абсолютная спектральная чувствителш|ость ПИ.
Для первого источника (паспортного) (3.3) для второго источника (произвольного) (3.4) где х' и хп — коэффициенты использования потока излучения первого и второго источников ПИ. Отсюда с учетом выражений (З.З) и (3.4) (3.5) Пороговый поток и обнаружительноя способность, Дано Ф„, м,!! и О', по первому (паспортному) источнику. Определить Фв, и О, по произвольному источнику. Можно записать одно и то же выражение для тока шума ПИ ец Ф!е, через 5ивт е, Фпе н через 5иит е пе: !! !! е! !! 1!и = Фпе5иит е = Фпе5х, тх е! Отсюда Ф,", = Ф'„,х'/х''; обнаружнтельная способность О = О!хт!!х!. Пересчет параметров ПИ, заданных в световых единицах по одному (паспортному) источнику, в параметры, заданные в световых единицах по произвольному источнику ! Интегральная чувствительность.
Дано 5„в, » (А/лм). Определить 5„"в, » (А!'лм). Из выражений (3.2) и (3.5) 3ц теп ! 683хех П вите ! х С! 683х'! х!683хт! 683х х 94 где х„и хт — КПД глаза по первому (паспортному) и второму ! !! (произвольному) источникам. Пороговый поток и обнаружительная способность. Формулы выводят аналогично предыдущим случаям: ье!» =- П»х„х"/(хпх'). Пересчет параметров ПИ, заданных в световых единицах по одному (паспортиому) источнику, в параметры, заданные в энергетических единицах по другому (произвольному) источнику Интегральная чувствительность.
Дано 5'„вт (А!лм). Определить 5„"в,, (Ае'Вт). Из выражений (3.5) и (3.2) е! 1 !! ! ! ! П !. 5ввте = 5и, ех ! х = 5ив,б83х„х ~х ,' Пороговый поток и обнаружительная способность. Дано Ф,'» (лм). Определить Ф„", (Вт) и ь)," (1/Вт). Аналогично предыдущему: Р,' = П~»683х„'х!!!х'. Глава 4 ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА 9 4.1. Принцип действия приемников излучения на основе внутреннего фотоэффекта ПИ на основе использования внутреннего фотоэффекта базируется на взаимодействии падающих квантов излучения с кристаллической решеткой полупроводников различного типа, в результате которого происходит ионизация атомов кристаллической решетки с образованием свободных носителей зарядов — электронов и дырок. Это приводит к изменению электропроводности (проводимости) полупроводника.
Рассмотрим внутренний фотоэффект с точки зрения зонной теории. В полупроводниках энергетические состояния свободных и связанных электронов различны, что можно охарактеризовать с помощью энергетической диаграммы. На рис. 4.1, а Е» — мак- 98 В) Е, а Ес Ес р Е„ В) Е,з Еа Еч Ряс. 4.1. Эяергетяческая дяаграмма по- аупроаодяяка снмальная энергия, которой могут обладать электроны чистого полупроводника в связанном состоянии. Все электроны, энергия которых ниже Е„, связаны с атомами и находятся в так называемой валентной зоне (ВЗ). Е, — минимальная энергия, которую может иметь свободный электрон.
Выше Е, лежат возможные зна-, чения энергии свободных электронов, образующих свободную зону, илн зону проводимости (ЗП). Для того чтобы перевести электрон из связанного состояния в свободное, падающие кванты должны сообщить ему энергии больше, чем ВаЕе = Е, — Е„. Энергия ЛЕе называется шириной запрещенной зоны полупроводника и определяется природой его химических связей (ЬЕ,для германия 0,63 эВ, для кремния 1,12 эВ). В чистом (собственном) полупроводнике падающие кванты освобождают пару электрон †дыр.
При этом часть энергии переходит в тепло в виде ' тепловых квантов †фонон. Проводимость собственного полупроводника электронно-дырочная. Полупроводник, имеющий при-, меси, называется примесным, а проводимость, создаваемая введенной примесью при ее освещении, носит название примесной.,: Примесь, отдающую электроны в зону проводимости, называют; донорной, а полупроводник — электронным или и-типа. В этом случае доминирующую роль в проводимости играют электроны— основные носители (они в основном составляют электронный ток). ' Примесь, захватывающая электроны, называется акцепторной, .' а полупроводник — дырочным или р-типа. У него доминирующую роль в проводимости играют дырки — основные носители.
На энергетической диаграмме наличие примеси в решетке полупро- 96 водника будет характеризоваться появлением локального уровня примеси, лежащего в запрещенной зоне (рис. 4.1, б, в). Переходы электронов из связанного состояния в свободное могут происходить из-за их теплового движения, что обусловливает темновую проводимость полупроводника, или из-за поглощения квантов потока излучения, что сопровождается появлением фото- проводимости.
Фотопроводимость может возникнуть, если энергия падающего кванта (йе, эВ) достаточна для сообщения электрону энергии для преодоления запрещенной зоны: йч ~~ оЕв. (4.1) Для примесных полупроводников (см. рис. 4.1, б, в) йч ) ЛЕ, или Йч )~ съЕс. Из этих выражений следует, что длинноволновая граница спектральной чувствительности полупроводниковых приемников на внутреннем фотоэффекте (мкм) Х" = Ьс)АЕ, = 1,242)ЛЕ„ (4. 2) где и — постоянная Планка; с — скорость распространения электм ромагнитных колебаний; А" — предельная длина волны монох оатического излучения, при которой возникает внутренний фото- эффект; ХЕ, — ширина запрещенной зоны, эВ. п Чтобы определить длинноволновую границу чувствительност и римесных полупроводников, в выражение (4.2) вместо ЬЕ, подставляют ЛЕ, или ВхЕв.
Однако здесь следует отметить, что энергия активации многих примесей в полупроводнике меньше средней энергии тепловых колебаний решетки полупроводника при комнатной температуре (0,026 эВ), поэтому примесиые атомы уже при комнатной температуре ионизированы термически, существует проводимость проводника и, чтобы это устранить, полупроводник приходится охлаждать, 5 4.2. Фоторезисторы Ф о т о Р е з и с т о р о м (ФР) называется ПИ принцип деи ствия которого основан на эффекте фотопроводимости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
