Лабораторные работы по физике

Задачи по электротехнике, физике
Расчет выпрямителей, работающих на нагрузку
с индуктивной реакцией
Рассчитать параметрический стабилизатор напряжения
ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Двухполупериодный мостовой выпрямитель
СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
ПРИМЕР РАСЧЕТА
ГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА СТАБИЛИЗАТОРА
Схема стабилизатора со сглаживающим фильтром.
Лабораторная работа
ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ
ФОТОПРИЁМНИКИ
ИЗУЧАЕМАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ
ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОЛОКОННЫХ
СВЕТОВОДОВ
Практическая часть работы
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА
Конструктивный расчет обмоток
 

ФОТОПРИЁМНИКИ

Наиболее широко в оптических линиях связи в качестве фотодетекторов применяются полупроводниковые фотодиоды (ФД), а вернее их разновидности: p-i-n- и лавинные фотодиоды.

Принцип действия ФД основан на внутреннем фотоэффекте (фотогальванический эффект). Как видно из рисунка 11, электроны и дырки, образовавшиеся при поглощении света, под действием градиента потенциала в p-n-переходе, разделяются, собираясь в n- и p-областях.


В обычном ФД большинство носителей создаются именно в n- и p-областях, и они за счёт сравнительно медленной диффузии перемещаются к области перехода. Это занимает значительное время и часть неосновных носителей при этом рекомбинирует, что снижает быстродействие и квантовый выход фотодиодов. Носители, созданные в области перехода, разделяются намного быстрее, поскольку здесь существует сильное электрическое поле и разделение зарядов происходит за счёт электрического дрейфа. Для улучшения разделения зарядов и повышения быстродействия к фотодиоду целесообразно прикладывать обратное напряжение, при этом величина разделяющего поля в переходе возрастает. В диоде, на который подано обратное напряжение, всегда между областями с n- и p-проводимостью имеется так называемая i-область (intrinsic – собственный). В этой области n- и p-примеси как бы компенсируют друг друга, т.е. здесь полупроводник обладает только собственной проводимостью, которая намного меньше примесной проводимости. Поэтому здесь в основном и падает приложенное извне напряжение, действует сильное электрическое поле. Величина подаваемого обратного смещения обычно несколько десятков вольт.

Быстродействие фотодиода зависит от толщины i-слоя, времени дрейфа носителей через i-область, а также собственной ёмкости p-n-перехода. Для увеличения быстродействия i-область намеренно делают более широкой, так, чтобы большинство фотонов поглощалось именно в этой области. Такие фотодиоды называются p-i-n-фотодиодами. В них ширина i-области достигает 2–3,5мкм (рисунок 12, а). В результате уменьшается ёмкость перехода, повышается чувствительность фотодиода, скорость разделения носителей. Все это существенно увеличивает быстродействие ФД. Квантовый выход также возрастает, так как разделение зарядов успевает произойти до того как случиться рекомбинация. Для лучших типов p-i-n-фотодиодов квантовая эффективность составляет 60–70%, а чувствительность 0,6А/Вт.

Если требуется еще более высокая чувствительность регистрации фотосигналов, то в этом случае применяют лавинные фотодиоды (ЛФД), в которых используется принцип лавинного размножения зарядов путём ударной ионизации, когда электрон, образовавшийся при поглощении фотона, разгоняется под действием сильного электрического поля, отщепляет от атома новый электрон, создавая еще одну электрон-дырочную пару и т.д. С этой целью рядом с p-n-переходом создают область с высоким значением Е>105В/см – область лавинного умножения (рисунок 12, б).


Коэффициент умножения может быть представлен формулой:

 (9)

где V – напряжение смещения;

Vпр – напряжение пробоя;

m = 1,5 – 4 для кремния и m = 2,5 – 9 для германия.

При приближении Vсм к Vпр коэффициент умножения может достигать 100. Но М очень чувствителен к изменениям напряжения и температуры. Поэтому в схемах смещения ЛФД необходимо предусматривать меры стабилизации этих величин.


Область спектральной чувствительности зависит от типа полупроводника, используемого в фотодиодах. Характеристики спектральной чувствительности наиболее распространённых полупроводников представлены на рисунке 13.

Рисунок 13 – Спектральная чувствительность фотоприемников

Рассчитать параметрический стабилизатор напряжения