Схеми вмикання фотодіодів

Розрізняють декілька режимів роботи фотодіодів. Один з них – фотовольтаїчний (режим вимірювання фото-ЕРС), позначений на рис.4.1 зліва робочою ділянкою 1. Нахил цієї ділянки визначається великим внутрішнім опором приладу чи схеми, яка вимірює напругу на фотодіоді. Оскільки опір дуже великий, то через фотодіод у цьому режимі протікає зовсім незначний струм. Кожному значенню світлового потоку Ф відповідає своя виміряна напруга U.

Набагато частіше у фотодіодних сенсорах світла використовують електронну схему, показану на рис.4.4. Однією з переваг такої схеми є те, що в ній напруга на фотодіоді майже не змінюється, завдяки чому зводяться до мінімуму втрати на перезаряджання вхідної ємності. З допомогою операційного підсилювача і резистора зворотного зв’язку R фотострум перетворюється у вихідну напругу зі значним підсиленням потужності. Робоча ділянка фотодіода в такому режимі, який називають «фотоелектричним», наведена зліва на рис.4.1 відрізком 2. Нахил його визначається номіналом резистора зворотного зв’язку R. Ємність зворотного зв’язку С вводять у схему (рис.4.4) для компенсації зсуву фаз і корекції частотної характеристики сенсора [3].

Рис. 4.4. Схема вмикання фотодіода у фотоелектричному режимі

Якщо вимагається максимальна швидкодія, то фотодіод використовується в режимі фотопровідності, в якому на нього подається велика зворотна напруга зміщення. Це приводить до значного розширення збідненої зони біля р -області і до зменшення власної ємності фотодіоду. Однак потрібно пам’ятати, що при цьому зростають і темновий струм, і власний дробовий шум фотодіоду. Типова схема вмикання фотодіоду в такому режимі показана на рис.4.5.

Власна робоча ділянка представлена зліва на рис.4.1 відрізком 3, нахил якого, як і в попередній схемі, визначається номіналом резистора зворотного зв’язку R. Якщо цей номінал не надто великий, то напруга на фотодіоді змінюється мало. Фотосенсор, зібраний за такою схемою, може працювати на частотах у сотні мегагерц.

Рис. 4.5. Схема вмикання фотодіода в режимі фотопровідності

Мікроелектронна технологія дозволила формувати на невеликих кристалах кремнію фотодіоди разом з інтегральними схемами підсилення фотоструму, забезпечуючи не тільки високу швидкодію, але і досить високу чутливість.