Sơ đồ nguyên lý (hình 8.3a) gồm một nguồn Es phân cực ngược điôt và một điện trở Rm để đo tín hiệu.
Hình 8.3: Sơ đồ nguyên lý và chế độ làm việc
Dòng ngược qua điôt:
(8.1)
Trong đó IPlà dòng quang điện:
(8.2)
Khi điện áp ngược Vdđủ lớn, thành phần
ta có:
Trong đó VR=RmIr cho phép vẽ đường thẳng tải Δ (hình 8.3b). Dòng điện chạy trong mạch:
Điểm làm việc của điôt là điểm giao nhau giữa đượng thẳng tải Δ và đường đặc tuyến I-V với thông lượng tương ứng. Chế độ làm việc này là tuyến tính, VR tỉ lệ với thông lượng.
- Chế độ quang thế:
Trong chế độ này không có điện áp ngoài đặt vào điôt. Điôt làm việc như một bộ chuyển đổi năng lượng tương đương với một máy phát và người ta đo thế hở mạch V0C hoặc đo dòng ngắn mạch ISC.
Đo thế hở mạch: Khi chiếu sáng, dòng IP tăng làm cho hàng rào thế giảm một lượng ?Vb. Sự giảm chiều cao hàng rào thế làm cho dòng hạt dẫn cơ bản tăng lên, khi đạt cân bằng Ir = 0.
Độ giảm chiều cao ΔVb của hàng rào thế có thể xác định được thông qua đo điện áp giữa hai đầu điôt khi hở mạch.
Trong trường hợp này VOC(kT/q=26mV ở 300K) nhỏ nhưng phụ thuộc tuyến tính vào thông lượng.
Khi chiếu sáng mạnh, Ip>>I0và ta có:
Trong trường hợp này VOC có giá trị tương đối lớn (cỡ 0,1 - 0,6 V) nhưng phụ thuộc vào thông lượng theo hàm logarit.
Hình 8.4: Sự phụ thuộc của thế hở mạch vào thông lượng
Đo dòng ngắn mạch: Khi nối ngắn mạch hai đầu điôt bằng một điện trở nhỏ hơn r nào đó, dòng đoản mạch I chính bằng I và tỉ lệ với thông lượng (hình 8.5):
mạch vào thông lượng ánh sáng
Đặc điểm quan trọng của chế độ này là không có dòng tối, nhờ vậy có thể giảm nhiễu và cho phép đo được thông lượng nhỏ.
Độ nhạy
Đối với bức xạ có phổ xác định, dòng quang điện IP tỉ lệ tuyến tính với thông lượng trong một khoảng tương đối rộng, cỡ 5 - 6 decad. Độ nhạy phổ xác định theo công thức:
Với λ = λs.
Độ nhạy phổ phụ thuộc vào λ, hiệu suất lượng tử λ, hệ số phản xạ R và hệ số hấp thụ α.
Hình 8.6: Phổ độ nhạy của photodiode
Người sử dụng cần phải biết độ nhạy phổ dựa trên đường cong phổ hồi đáp S(λ)/S(λP) và giá trị của bước sóng λP ứng với độ nhạy cực đại. Thông thường S(λP) nằm trong khoảng 0,1 - 1,0 A/W.
Hình 8.9: Sự phụ thuộc của độ nhạy vào nhiệt độ
Khi nhiệt độ tăng, cực đại λP của đường cong phổ dịch chuyển về phía bước sóng dài. Hệ số nhiệt của dòng quang dẫn
có giá trị khoảng 0,1%/oC.