Ze světelných veličin má jako řídicí veličina hlavní význam intenzita osvětlení E [lux] plošná hustota světelného toku (světelný tok na jednotku plochy).
Fotoelektrický jev (vnitřní)
• je základem principu součástek řízených světlem, obecně elektromagnetickým zářením
• po dopadu kvanta (fotonu, nejmenší elementární částice) elektromagnetického záření
(světla) na polovodič vznikne dvojice elektron-díra
FOTOREZISTORY
Fotorezistor – čistý polovodič, např. CdS, neobsahuje přechod PN.
Jeho odpor se mění v závislosti na E.
• při osvětlení vznikají páry nosičů a vodivost se zvyšuje (odpor klesá)
• velká citlivost při nízkých hodnotách E (desítky luxů)
• relativně pomalá odezva na změnu E (desítky ms)
• voltampérová charakteristika je lineární
použití: pasivní snímače E
FOTODIODY
Fotodioda je součástka s jedním přechodem PN.
Existuje více druhů (obyčejná PN, PIN, lavinová).
PN fotodioda
• při E = 0 se chová jako běžná dioda
• je-li E > 0, světlo dopadá na přechod PN a generují se páry nosičů
• v OPN žene její elektrické pole elektrony do N a díry do P (obrázek)
• jsou tři režimy práce podle zapojení vnějšího obvodu
• z toho plyne kvadrant VA charakteristik
1. hradlový (fotovoltaický) režim
• ve stavu naprázdno má fotodioda kladné napětí (P +)
• po uzavření vnějšího obvodu jím začnou téci elektrony z N do P
• proud teče tedy v závěrném směru
• fotodioda se chová jako zdroj
• VA charakteristika leží ve 4. kvadrantu
2. odporový režim
• připojí se vnějšího zdroj napětí v závěrném směru
• generované díry v P jsou zaplňovány elektrony ze záporného pólu zdroje
• elektrony v N jsou odsávány jeho kladným pólem
• vznikne závěrný proud závislý na velikosti E
• charakteristika je ve 4. kvadrantu
• fotodioda se jeví jako odpor závislý na E
3. propustný režim: (1. kvadrant) nepoužívá se
Voltampérová charakteristika
Dynamické vlastnosti
• fotodioda je rychlejší než fotorezistor (odezva až v jednotkách ns)
• ještě rychlejší jsou fotodiody PIN a lavinové
PIN fotodioda
• používá se v odporovém režimu
• světlo dopadá na intrinsickou (I) vrstvu
• I vrstva má vyšší odpor, proto je v ní vyšší intenzita el. pole
• nosiče generované dopadem světla proto dosahují velké rychlosti (až v řádu desítek ps)
• vyšší citlivost na optické záření (udává se v A/W)
Lavinová fotodioda
APN – avalanche photo diode
• používá se v odporovém režimu
• generované elektrony se pohybují ke kladnému pólu zdroje
• nárazy do atomů polovodiče vyvolají lavinový jev
• takto se generují další elektrony – APD má velké zesílení, tedy velkou citlivost na záření
• je však třeba zdroj o poměrně velkém napětí (100 V)
Použití fotodiod
• fotovoltaika – PN fotodiody (v hradlovém režimu)
• detektory elektromagnetického záření (světlo IR, UV)
– PIN, APD (v odporovém režimu)
DALŠÍ SVĚTLEM ŘÍZENÉ SOUČÁSTKY
Fototranzistory
Fototranzistor je součástka podobná tranzistoru, řídí se však E namísto IB.
• báze není vyvedena, přechod báze – emitor je přístupný světlu
• fototranzistory větší citlivost na E než PN fotodiody, jsou však pomalé
• voltampérové charakteristiky se podobají BJT, parametrem je E
Fototyristory, fototriaky
Fototyristor (fototriak) je součástka podobná tyristoru, která se spíná světelným impulsem.
• mívá vyvedený G, do kterého může téci IG nepostačující k sepnutí
• spíná po osvětlení s určitou hodnotou E – spínací E
Optrony
Optron obsahuje v jednom pouzdře zdroj záření, např. se světelnou diodou (LED),
a součástku citlivou na světlo, např. fototranzistor či fototyristor.
• slouží k bezkontaktnímu spínání s galvanickým oddělením obvodů
Download

Elektronické součástky a obvody