Датчики-преобразователи физических величин (сигналов

По величине коэффициента преобразования датчики классифицируют на:

·      датчики-преобразователи с коэффициентом усиления меньше единицы. Например, фоторезистор, фотодиод;

·         датчики-преобразователи с коэффициентом усиления сущест­венно больше единицы. Например, фотоприемники с внутренним усилени­ем лавинный фотодиод, фотоэлектронные умножители, электронно-оптические преобразователи, детекторы ионизирующего излучения.

Классифицируют датчики и по характеристике физической величины.

Фотодатчики (датчики оптического и ближнего ИК-диапазона частот). Это класс датчиков, работа которых основана на регистрации и преобразовании света в ток (напряжение). Существуют фотоприемники на основе внутреннего фотоэффекта, например полупроводниковые фо­топриемники, и внешнего фотоэффекта, например различные много­электродные вакуумированные конструкции, включающие фотокатод, функциональные (управляющие, умножающие) электроды и анод.

Высокой квантовой эффективностью, технологичностью и широ­кой полосой рабочих частот обладают полупроводниковые фотодатчики с межзонным механизмом преобразования энергии кванта света в не­равновесные электронно-дырочные пары. При этом длинноволновая граница фотопроводимости определяется отношением энергии кванта па­дающего света к ширине запрещенной зоны материала фотоприемника.

Скорость генерации носителей (число рожденных в единицу вре­мени) в стационарном состоянии равна

При этом фототок (приведен к единице времени) равен

.

В общем случае

.

Здесь n— концентрация носителей; τ- время жизни неравновесных но­сителей в зонах разрешенных состояний; P— падающая мощность света; V — объем фотоприемного слоя (W— ширина, L— длина, d— толщина); β — внутренняя квантовая эффективность; v— скорость носителей.

Отсюда несложно получить внутреннее усиление k, определяемое как отношение выходного тока к входному ():

,

где tпр — время выноса носителей из объема фотоприемного слоя.

Параметры, характеризующие качество любых фотодатчиков- преобразователей, следующие: эквивалентная мощность шума NEP (noiseequivalentpower) — среднеквадратичная мощность излучения, при которой отношение сигнал/шум равно 1 в полосе частот 1 Гц; время фотоответа (постоянная времени системы);

 

— удельная обнаружительная способность (здесь А — площадь фотоприемника; В — ширина рабочей полосы;Sc— амплитуда сигнала;Nш— амплитуда шума).

Наиболее распространенные фотоприемники — это фоторезисторы, фотодиоды, pin-диоды ( k< 1).

Лавинный фотодиод — его работа основана на лавинном умноже­нии носителей в сильном поле р-n-перехода. В результате возникает внутреннее усиление тока. Коэффициенты

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector