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 ngun lý và chế độ làm việc
Dịng ngược qua điơt:
(8.1)
Trong đó IPlà dịng 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). Dịng 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 thơng lượng.
- Chế độ quang thế:
Trong chế độ này khơng có điện áp ngồi đặt vào điơt. Điơt 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 thơng 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 thơng 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 thơng lượng theo hàm logarit.
Hình 8.4: Sự phụ thuộc của thế hở mạch vào thơng lượng
Đo dịng ngắn mạch: Khi nối ngắn mạch hai đầu điôt bằng một điện trở nhỏ hơn r nào đó, dịng đoản mạch I chính bằng I và tỉ lệ với thơng lượng (hình 8.5):
mạch vào thông lượng ánh sáng
Đặc điểm quan trọng của chế độ này là khơng có dịng tối, nhờ vậy có thể giảm nhiễu và cho phép đo được thơng lượng nhỏ.
Độ nhạy
Đối với bức xạ có phổ xác định, dịng quang điện IP tỉ lệ tuyến tính với thơng 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 dịng quang dẫn
có giá trị khoảng 0,1%/oC.