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Lichtsensoren

Lichtsensoren. Weiming Yao Mai 2008 Betreuer: Andreas Deml. Gliederung. Aufgaben eines Lichtsensors Funktionsprinzip des Lichtsensors Typen von Lichtsensoren Eigenschaften von Lichtsensoren Beschaltung von Lichtsensoren Beispielsdatenblatt Zusammenfassung.

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Presentation Transcript

  1. Lichtsensoren Weiming Yao Mai 2008 Betreuer: Andreas Deml

  2. Gliederung • Aufgaben eines Lichtsensors • Funktionsprinzip des Lichtsensors • Typen von Lichtsensoren • Eigenschaften von Lichtsensoren • Beschaltung von Lichtsensoren • Beispielsdatenblatt • Zusammenfassung Weiming Yao

  3. Aufgaben eines Lichtsensors • Detektieren von Lichtimpulsen • Lichtimpulse in Spannungsimpulse wandeln • Anforderungen an • Empfindlichkeit • Ansprechgeschwindigkeit • Eigenrauschen • Geometrie und Ausmaße • Zuverlässigkeit Weiming Yao

  4. Funktionsweise eines Lichtsensors • Basierend auf dem inneren Fotoeffekt • Einstrahlendes Photon mit Energie • Paarbildung erhöht freie Ladungsträger Lichtsensor Schaltung Licht Fotostrom Spannung Weiming Yao

  5. Typen von Lichtsensoren • Fotowiderstand • Fotodiode • Fototransistor Weiming Yao

  6. Typen von Lichtsensoren Fotowiderstand • Besteht aus einem Halbleitermaterial (meist intrinsisch) • Photon mit genug Energie erzeugt Elektron/Loch • Steigerung der Leitfähigkeit -> geringerer Widerstand • Träges Reaktionsvermögen Weiming Yao

  7. Typen von Lichtsensoren • Fotowiderstand • Fotodiode • Fototransistor Weiming Yao

  8. Intrinsische Schicht zwischen P- und N-Dotierung Anlegen einer Sperrspannung Typen von Lichtsensoren Fotodiode - PIN Diode - hf p i n + Weiming Yao

  9. Paarbildung bei Lichteinstrahlung Absaugen der Ladungsträger Kleiner Fotostrom messbar + + + - - - Typen von Lichtsensoren Fotodiode - PIN Diode hf WL hf hf W WV Elektronen-diffusion Driftstrecke Löcher-diffusion Weiming Yao

  10. Typen von Lichtsensoren Fotodiode – Lawinen-Diode • Schwach dotierte π-Schicht • Betrieb in Sperrspannung hf P+ π p n+ + Weiming Yao

  11. Em Typen von Lichtsensoren Fotodiode – Lawinen-Diode Lawinenzone hf • Generation von Elektron und Loch im π-Bereich • Starker Anstieg des elektrischen Feldes zum n+-Bereich -> Lawinenmultiplikation + + - - - Driftzone x 0 d d+da Weiming Yao

  12. Typen von Lichtsensoren • Fotowiderstand • Fotodiode • Fototransistor Weiming Yao

  13. Typen von Lichtsensoren Fototransistor • Kollektor-Basis-Strecke als Fotodiode • Fotostrom gibt den Basisstrom • Niedrigere Geschwindigkeit B E n p n C Weiming Yao

  14. Typen von Lichtsensoren Vergleich • PIN-Diode • Geringere Anschaffungskosten • Geringeres Rauschen • Lawinen-Diode • Höhere Empfindlichkeit • Sehr temperaturabhängig • Höhere Sperrspannung Weiming Yao

  15. Gliederung • Aufgaben eines Lichtsensors • Funktionsprinzip des Lichtsensors • Typen von Lichtsensoren • Eigenschaften von Lichtsensoren • Beschaltung von Lichtsensoren • Beispielsdatenblatt • Zusammenfassung Weiming Yao

  16. Eigenschaften von Lichtsensoren Frequenzverhalten • Geschwindigkeit der Detektion ist endlich • abhängig von • Minoritätsträgerlebensdauer • Laufzeit in der Generationszone • Sperrschichtkapazität • Außerdem abhängig von Diodenimpedanz und Last Rs Cd Iph RL Weiming Yao

  17. Eigenschaften von Lichtsensoren Spektrale Empfindlichkeit • Empfindlichkeit variiert mit Lichtfrequenz Weiming Yao

  18. Eigenschaften von Lichtsensoren Rauschen • Thermisches Rauschen • Schrotrauschen • Rauschen zwischen Kontaktflächen Weiming Yao

  19. Gliederung • Aufgaben eines Lichtsensors • Funktionsprinzip des Lichtsensors • Typen von Lichtsensoren • Eigenschaften von Lichtsensoren • Beschaltung von Lichtsensoren • Beispielsdatenblatt • Zusammenfassung Weiming Yao

  20. Beschaltung von Lichtsensoren Schaltungsvorschlag • Fotodiode als gesteuerte Stromquelle • Strom im μA-Bereich • Verstärkung mit Transimpedanzverstärker • Strom-Spannungswandler • Verstärkt linear Weiming Yao

  21. Beispielsdatenblatt Weiming Yao

  22. Gliederung • Aufgaben eines Lichtsensors • Funktionsprinzip des Lichtsensors • Typen von Lichtsensoren • Eigenschaften von Lichtsensoren • Beschaltung von Lichtsensoren • Beispielsdatenblatt • Zusammenfassung Weiming Yao

  23. Zusammenfassung • Fotodiode ideal für hochfrequente Signale • Auswahl anhand spektraler Empfindlichkeit, Rauschen • Verstärkung des Fotostroms mit Transimpedanzverstärker Weiming Yao

  24. Quellen Literatur [1] D. Wood, Optoelectronic Semiconductor Devices Prentice Hall International Hertfordshire 1998, Seiten 249-378 [2] G. Grau, W. Freude, Optische Nachrichtentechnik, Springer Verlag Berlin 1991, Seiten 229-256/316-323 [3] W. Harth, H. Grothe, Sende- und Empfangsdioden für die Optische Nachrichtentechnik, Teubner Stuttgart 1984, Seiten 154-183 Abbildungen • http://www2.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/153005-da-01-ml-PIN-Photodiode_BPW34_de-en.pdf • http://news.thomasnet.com/images/large/026/26955.jpg • http://www.tu-berlin.de/fileadmin/Aperto_design/img/logo_01.gif • http://jp.hamamatsu.com/resources/products/ssd/image/KSPDB0133EB_s.jpg Stand: Mai 2008 Weiming Yao

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