Принцип действия фотодиода

Важная особенность  фотодиодов — высокое быстродействие. Они могут работать на частотах до нескольких МГц. обычно изготовляют из германия или кремния. 

Фотодиод является потенциально широкополосным приемником. Этим обуславливается его повсеместное применение и популярность. 

ИК спектра 

Инфракрасный  излучающий диод (ИК диод) представляет собой полупроводниковый диод, который  при протекании через него прямого  тока излучает электромагнитную энергию  в инфракрасной области спектра. 

В отличие от видимого человеческим глазом спектра  излучения (какое, например, производит обычный светоизлучающий диод на основе фосфида галлия) ИК излучение не может быть воспринято человеческим глазом, а регистрируется с помощью специальных приборов, чувствительных к данному спектру излучения. Среди популярных фотоприемных диодов ИК спектра можно отметить фоточувствительные приборы МДК-1, ФД263-01 и подобные им. 

Спектральные  характеристики ИК излучающих диодов имеют выраженный максимум в интервале  волн 0,87…0,96 мкм. Эффективность излучения  и КПД данных приборов выше, чем у светоизлучающих диодов. 

На основе ИК диодов (которые в электронных  конструкциях занимают важное место  передатчиков импульсов ИК спектра) конструируются волоконно-оптические линии (выгодно отличающиеся своим  быстродействием и помехозащищенностью), многоплановые электронные бытовые узлы и, конечно же, электронные узлы охраны. В этом есть свое преимущество, т.к. ИК луч невидим человеческим глазом и в некоторых случаях (при условии использования нескольких разнонаправленных ИК лучей) определить визуально наличие самого охранного устройства невозможно до его перехода в режим «тревога»). Опыты работы в сфере производства и обслуживания систем охраны на основе ИК излучателей позволяют все же дать некоторую рекомендацию по определению рабочего состояния ИК излучателей. 

Если близко всмотреться в излучающую поверхность  ИК диода (например, АЛ147А, АЛ156А), когда  на него подан сигнал управления, то можно заметить слабое красное свечение. Световой спектр этого свечения близок к цвету глаз животных альбиносов (крыс, хомяков и т.д.). В темноте ИК свечение еще более выражено. Необходимо заметить, что длительное время всматриваться в излучающий ИК световую энергию прибор нежелательно с медицинской точки зрения. 

Кроме систем охраны, ИК излучающие диоды в настоящее время находят применение в брелоках сигнализации для автомобилей, различного рода беспроводных передатчиках сигналов на расстояние. Например, подключив к передатчику модулированный НЧ сигнал от усилителя, с помощью ИК приемника на некотором расстоянии (зависит от мощности излучения и рельефа местности) можно прослушивать звуковую информацию, телефонные переговоры также можно транслировать на расстояние. Этот способ сегодня менее эффективен, но все же является альтернативным вариантом домашнему радиотелефону. Самым популярным (в быту) применением ИК излучающих диодов являются пульты дистанционного управления различными бытовыми приборами. 

Как может легко  убедиться любой радиолюбитель, вскрыв крышку ПДУ, электронная схема  этого прибора не сложна и может быть повторена без особых проблем. В радиолюбительских конструкциях, некоторые из которых описаны в третьей главе данной книги, электронные устройства с ИК излучающими и приемными приборами намного проще, чем промышленные устройства. 

Параметры, определяющие статические режимы работы ИК диодов (прямое и обратное максимально допустимое напряжение, прямой ток и т.д.) сходны с параметрами фотодиодов. Основными специфическими параметрами, по которым их идентифицируют, для ИК диодов являются: 

Мощность излучения — Ризл — поток излучения определенного спектрального состава, излучаемого диодом. Характеристикой диода, как источника ИК излучения, является ватт-амперная характеристика — зависимость мощности излучения в Вт (милливаттах) от прямого тока, протекающего через диод. Диаграмма направленности излучения диода показывает уменьшение мощности излучения в зависимости от угла между направлением излучения и оптической осью прибора. Современные ИК диоды различаются между имеющими остронаправленное излучение и рассеянное. 

При конструировании  электронных узлов следует учитывать, что дальность передачи ИК сигнала  прямо зависит от угла наклона (совмещения передающей и приемной частей устройства) и мощности ИК диода. При взаимозаменах  ИК диодов необходимо учитывать этот параметр мощности излучения. Некоторые справочные данные по отечественным ИК диодам приведены в табл. 2.2. 

Данные по взаимозаменам  зарубежных и отечественных приборов приведены в приложении. Сегодня  наиболее популярными типами ИК диодов среди радиолюбителей считаются приборы модельного ряда АЛ 156 и АЛ147. Они оптимальны по универсальности применения и стоимости. 

Импульсная мощность излучения — Ризл им — амплитуда  потока излучения, измеряемая при заданном импульсе прямого тока через диод. 

Ширина спектра излучения — интервал длин волн, в котором спектральная плотность мощности излучения составляет половину максимальной. 

Максимально допустимый прямой импульсный ток 1пр им (ИК диоды  в основном используются в импульсном режиме работы). 

Таблица 2.2. Излучающие диоды инфракрасного спектра

ИК диод 

Мощность излучения, мВт 

Длина волны, мкм 

Ширина спектра, мкм 

Напряжение на приборе, В 

Угол излучения, град 

АЛ107Б 

9 

0,94…0,96 

0,03 

2 

60 

АЛ107Г 

12 

0,94…0,96 

0,03 

2 

60 

АЛ145Д 

20 

0,93…0,98 

0,06 

1,6 

40 

АЛ156В 

12 

0,82…0,9 

0,04 

1,8 

35 

АЛ161А 

8 

0,83…0,9 

0,07 

1,5 

10 

АЛ165Б 

15 

0,85…0,89 

0,04 

2 

35 

АЛ165В 

400 

0,85…0,9 

нет данных 

1,6 

нет данных 

АЛ170В 

100 

0,85…0,89 

0,1 

1,5 

4 
 

Время нарастания импульса излучения tHap изл — интервал времени, в течение которого мощность излучения диода нарастает с 10 до 100% от максимального значения. 

Параметр времени  спада импульса tcnM3J1 аналогичен предыдущему. 

Скважность — Q — отношение периода импульсных колебаний к длительности импульса. 

В основе предлагаемых к повторению электронных узлов (глава 3 данной книги) лежит принцип  передачи и приема модулированного  ИК сигнала. Но не только в таком  виде можно использовать принцип  работы ИК диода. Такие оптореле могут  работать и в режиме реагирования на отражение лучей (фотоприемник размещается рядом с излучателем). Этот принцип воплощен в электронные узлы, реагирующие на приближение к объединенному приемо-передающему узлу какого-либо предмета или человека, что также может служить датчиком в системах охраны. 

Вариантов применения ИК диодов и устройств на их основе бесконечно много и они ограничиваются только эффективностью творческого  подхода радиолюбителя.