Параметры и характеристики фотодиодов

Ччувствительность отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.

; — токовая чувствительность по световому потоку

; — вольтаическая чувствительность по нергетическому потоку

Шумы помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумовполупроводникового материала и фотонного шума.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

 

Сспектральные характеристики

зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещённой зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.

Световые характеристики зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.

Постоянная времени

это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.

темновое сопротивление

сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.

инерционность

 

 

Резисторы

Резистор — один из наиболее распространённых компонентов в электронике. Его назначение — простое: сопротивляться течению тока, преобразовывая его часть в тепло.

Основной характеристикой резистора является сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем большая часть тока рассеивается в тепло. В схемах, питаемых небольшим напряжением (5 – 12 В), наиболее распространены резисторы номиналом от 100 Ом до 100 кОм.

 

Условные графические обозначения резисторов на схемах должны соответствовать ГОСТ. В соответствии с ним, постоянные резисторы обозначаются следующим образом показанные в таблице 1.1:

 

Таблица 1.1 - Условные графические обозначения резисторов

УГО	Описание
	Постоянный резистор без указания номинальной мощности рассеивания
	Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,05 Вт
	Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,125 Вт
	Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,25 Вт
	Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,5 Вт
	Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 1 Вт
	Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 2 Вт
	Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 5 Вт
	Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 10 Вт

 

Маркировка резисторов с проволочными выводами. Резисторы, в особенности малой мощности - мелкие детали, резистор мощностью 0,125Вт имеет длину несколько миллиметров и диаметр порядка миллиметра. Прочитать на такой детали номинал с десятичной запятой невозможно. Поэтому, при указании номинала вместо десятичной точки пишут букву, соответствующую единицам измерения (К - для килоомов, М - для мегаомов, E или R для единиц Ом). Однако и в таком виде читать номиналы трудно и применяют маркировку цветными полосами.

Первые две полоски всегда означают первые два знака номинала. Если полосок 3 или 4, третья полоска означает десятичный множитель, то есть степень десятки, которая умножается на двузначное число, указанное первыми двумя полосками. Если полосок 4, последняя указывает точность резистора. Если полосок 5, третья означает третий знак сопротивления, четвёртая - десятичный множитель, пятая - точность. Шестая полоска, если она есть, указывает температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Если эта полоска в 1,5 раза шире остальных, то она указывает надёжность резистора (% отказов на 1000 часов работы).

 

Таблица 1.2 - Цветовая кодировка резисторов

Цвет	Число	Десятичный множитель	Точность в %	ТКС в ppm/°C	% отказов
1	2	3	4	5	6
серебристый	-	1·10−2	10	-	-
золотой	-	1·10−1	5	-	-
чёрный	0	1·100	-	-	-
коричневый	1	1·101	1	100	1
красный	2	1·10²	2	50	0,1
оранжевый	3	1·10³	-	15	0,01
жёлтый	4	1·104	-	25	0,001
зелёный	5	1·105	0,5	-	-
синий	6	1·106	0,25	10	-
1	2	3	4	5	6
фиолетовый	7	1·107	0,1	5	-
серый	8	1·108	-	-	-
Белый	9	1·109	-	1	-
отсутствует	-	-	20	-	-

 

 

Запомнить цветную кодировку резисторов нетрудно: после чёрной 0 и коричневой 1 идёт последовательность цветов радуги. Так как маркировка была придумана в англоязычных странах, голубой и синий цвета не различаются.

Для облегчения различные разработчики программного обеспечения создают программы, которые определяют сопротивление резистора.

. Специальные резисторы.

К каткгории специальных резисторов относятся резисторы, сопротивление которых зависит от внешних факторов: темперетуры, освещенности. магнитного поля и т.д.

Варисторы - полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного к ним напряжения. Варисторы изготавливаются путем спекания криссталов карбида кремния и связующих веществ. В готовой структуре варистора между криссталами кремния существуют мельчайшие зазоры. При приложению к варистору внешнего напряжения происходит перекрытие этих зазоров, в результате чего сопротивление варистора уменьшается. Типичный вид вольт - амперной характеристики показан на рис. 2.10.

Параметрами варистора являются:

- номинальное напряжение Uном;

- номинальный ток Iном:

- статическое сопротивление

- дифференциальное сопротивление

- коэффициент нелинейности

Поскольку сопротивление варисторов значительно изменяется с изменением приложенного напряжения, то они находят применение в качестве регулирующих элементов в устройствах автоматики. В обозначении варисторов содержатся буквы CH (сопротивление нелинейное).

Терморезисторы - это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется в зависимости от температуры (рис. 2.11, а)

Вследствие нелинейности температурной характеристики вольт - амперная характиристика (ВАХ) будет также нелинейной (рис. 2.11,б). При малых токах ВАХ практически линейна (участок ОМ), посколько мощность, выделяемя в терморезисторе, недостаточна для того, чтобы заметно нагреть его. При больших токах сопративление резистора уменьшится, что сопровождается уменьшением напряжения на нем.

Параметрами терморезистора являются:

- номинальное сопротивление Rи при T=20oC,

- температурный коэффициент сопротивления TKC,

- максимально допустимая мощность рассеивания Pmax,

- постоянная времени t, численно равная времени, в течение которого температура резистора при перенесении его из воздушной среды с температурой 0o С в воздушную среду с температурой 100o С изменяется на 63%.

Терморезисторы используются в системах измерения и регулирования температуры. В обозначении терморезисторов содержатся буквы СТ.

Фоторезисторы - это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется под воздействием света. Они используются в качестве датчиков освещенности в системах телеметрии.

Тензорезисторы — это резисторы, сопротивление которых меняется под влиянием механических воздействий.

Магииторезисторы - это резисторы с резко выраженной зависимостью электрического сопротивления от магнитного поля. Свойства магниторезисторов оцениваются магниторезистивным отношением, которое показывает, во сколько раз изменяется сопротивление магниторезистора при помещении его в магнитное поле с индукцией 0,5Т (или IT).

Закон Ома

Закон Ома позволяет на заданном участке цепи определить одну из величин: силу тока I, напряжение U, сопротивление R, если известны две остальные:

Для обозначения напряжения наряду с символом U используется V.

Рассмотрим простую цепь

Расчитаем силу тока, проходящего через резистор R1 и, соответственно, затем через лампу L1. Для простоты будем предполагать, что сама лампа обладает нулевым собственным сопротивлением.

Аналогично, если бы у нас был источник питания на 5 В и лампа, которая по документации должна работать при токе 20 мА, нам нужно бы было выбрать резистор подходящего номинала.

В данном случае, разница в 10 Ом между идеальным номиналом и имеющимся не играет большого значения: можно смело брать стандартный номинал — 240 или 220 Ом.

Аналогично, мы могли бы расчитать требуемое напряжение, если бы оно было не известно, а на руках были значения сопротивления и желаемая сила тока.

Соединение резисторов

При последовательном соединении резисторов, их сопротивление суммируется:

При параллельном соединении, итоговое сопротивление расчитывается по формуле:

Если резистора всего два, то:

В частном случае двух одинаковых резисторов, итоговое сопротивление при параллельном соединении равно половине сопротивления каждого из них.

Таким образом можно получать новые номиналы из имеющихся в наличии.

Среди ролей, которые может выполнять резистор в схеме можно выделить следующие:

Токоограничивающий резистор (current-limiting resistor)

Стягивающий, подтягивающий резистор (pull-down / pull-up resistor)

Делитель напряжения (voltage divider)

Токоограничивающий резистор

Пример, на котором рассматривался Закон Ома представляет собой также пример токоограничевающего резистора: у нас есть компонент, который расчитан на работу при определённом токе — резистор снижает силу тока до нужного уровня.

В случае с Ардуино следует ограничивать ток, поступающий с выходных контактов (output pins). Напряжение, в состоянии, когда контакт включен (high) составляет 5 В. Исходя из документации, ток не должен превышать 40 мА. Таким образом, чтобы безопасно увести ток с контакта в землю понадобится резистор номиналом R = U / I = 5 В / 0.04 А = 125 Ом или более.