lichtsensoren
DESCRIPTION
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. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/1.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
Weiming Yao
Mai 2008
Betreuer: Andreas Deml
Lichtsensoren
![Page 2: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/2.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
1. Aufgaben eines Lichtsensors
2. Funktionsprinzip des Lichtsensors
3. Typen von Lichtsensoren
4. Eigenschaften von Lichtsensoren
5. Beschaltung von Lichtsensoren
6. Beispielsdatenblatt
7. Zusammenfassung
21.04.23 Weiming Yao 2
Gliederung
![Page 3: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/3.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
• Detektieren von Lichtimpulsen
• Lichtimpulse in Spannungsimpulse wandeln
• Anforderungen an – Empfindlichkeit– Ansprechgeschwindigkeit– Eigenrauschen– Geometrie und Ausmaße– Zuverlässigkeit
21.04.23 Weiming Yao 3
Aufgaben eines Lichtsensors
![Page 4: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/4.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
• Basierend auf dem inneren Fotoeffekt
• Einstrahlendes Photon mit Energie
• Paarbildung erhöht freie Ladungsträger
21.04.23 Weiming Yao 4
Funktionsweise eines Lichtsensors
LichtsensorLichtsensor SchaltungSchaltungLichtLicht FotostromFotostrom SpannungSpannung
![Page 5: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/5.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
• Fotowiderstand
• Fotodiode
• Fototransistor
21.04.23 Weiming Yao 5
Typen von Lichtsensoren
![Page 6: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/6.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
• Besteht aus einem Halbleitermaterial (meist intrinsisch)
• Photon mit genug Energie erzeugt Elektron/Loch
• Steigerung der Leitfähigkeit -> geringerer Widerstand
• Träges Reaktionsvermögen
21.04.23 Weiming Yao 6
Typen von LichtsensorenFotowiderstand
![Page 7: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/7.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
• Fotowiderstand
• Fotodiode
• Fototransistor
21.04.23 Weiming Yao 7
Typen von Lichtsensoren
![Page 8: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/8.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
21.04.23 Weiming Yao 8
Typen von LichtsensorenFotodiode - PIN Diode
• Intrinsische Schicht zwischen P- und N-Dotierung
• Anlegen einer Sperrspannung
-
p i n +hf
![Page 9: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/9.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
21.04.23 Weiming Yao 9
Typen von LichtsensorenFotodiode - PIN Diode
• Paarbildung bei Lichteinstrahlung
• Absaugen der Ladungsträger
• Kleiner Fotostrom messbar
W
![Page 10: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/10.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
21.04.23 Weiming Yao 10
Typen von LichtsensorenFotodiode – Lawinen-Diode
P+ π n+ +hf
p
• Schwach dotierte π-Schicht
• Betrieb in Sperrspannung
![Page 11: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/11.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
21.04.23 Weiming Yao 11
Typen von LichtsensorenFotodiode – Lawinen-Diode
• Generation von Elektron und Loch im π-Bereich
• Starker Anstieg des elektrischen Feldes zum n+-Bereich
-> Lawinenmultiplikation
0 d d+da
Lawinenzone
---
+
Driftzone
+
hf
Em
x
![Page 12: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/12.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
• Fotowiderstand
• Fotodiode
• Fototransistor
21.04.23 Weiming Yao 12
Typen von Lichtsensoren
![Page 13: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/13.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
21.04.23 Weiming Yao 13
Typen von LichtsensorenFototransistor
• Kollektor-Basis-Strecke als Fotodiode
• Fotostrom gibt den Basisstrom
• Niedrigere Geschwindigkeit
n p n CE
B
![Page 14: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/14.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
– PIN-Diode• Geringere
Anschaffungskosten• Geringeres Rauschen
– Lawinen-Diode• Höhere Empfindlichkeit• Sehr temperaturabhängig• Höhere Sperrspannung
Typen von Lichtsensoren
21.04.23 Weiming Yao 14
Vergleich
![Page 15: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/15.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
1. Aufgaben eines Lichtsensors
2. Funktionsprinzip des Lichtsensors
3. Typen von Lichtsensoren
4. Eigenschaften von Lichtsensoren
5. Beschaltung von Lichtsensoren
6. Beispielsdatenblatt
7. Zusammenfassung
21.04.23 Weiming Yao 15
Gliederung
![Page 16: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/16.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
21.04.23 Weiming Yao 16
Eigenschaften von LichtsensorenFrequenzverhalten
• Geschwindigkeit der Detektion ist endlich
• abhängig von
– Minoritätsträgerlebensdauer
– Laufzeit in der Generationszone
– Sperrschichtkapazität
• Außerdem abhängig von Diodenimpedanz und Last
IphCd
Rs
RL
![Page 17: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/17.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
21.04.23 Weiming Yao 17
Eigenschaften von LichtsensorenSpektrale Empfindlichkeit
• Empfindlichkeit variiert mit Lichtfrequenz
![Page 18: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/18.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
21.04.23 Weiming Yao 18
Eigenschaften von LichtsensorenRauschen
• Thermisches Rauschen
• Schrotrauschen
• Rauschen zwischen Kontaktflächen
![Page 19: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/19.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
1. Aufgaben eines Lichtsensors
2. Funktionsprinzip des Lichtsensors
3. Typen von Lichtsensoren
4. Eigenschaften von Lichtsensoren
5. Beschaltung von Lichtsensoren
6. Beispielsdatenblatt
7. Zusammenfassung
21.04.23 Weiming Yao 19
Gliederung
![Page 20: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/20.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
• Fotodiode als gesteuerte Stromquelle
• Strom im μA-Bereich
• Verstärkung mit Transimpedanzverstärker
• Strom-Spannungswandler
• Verstärkt linear
21.04.23 Weiming Yao 20
Beschaltung von LichtsensorenSchaltungsvorschlag
![Page 21: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/21.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
21.04.23 Weiming Yao 21
Beispielsdatenblatt
![Page 22: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/22.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
1. Aufgaben eines Lichtsensors
2. Funktionsprinzip des Lichtsensors
3. Typen von Lichtsensoren
4. Eigenschaften von Lichtsensoren
5. Beschaltung von Lichtsensoren
6. Beispielsdatenblatt
7. Zusammenfassung
21.04.23 Weiming Yao 22
Gliederung
![Page 23: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/23.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
• Fotodiode ideal für hochfrequente Signale
• Auswahl anhand spektraler Empfindlichkeit, Rauschen
• Verstärkung des Fotostroms mit
Transimpedanzverstärker
21.04.23 Weiming Yao 23
Zusammenfassung
![Page 24: Lichtsensoren](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062301/56814f16550346895dbca88b/html5/thumbnails/24.jpg)
Projektlabor SoSe 2008
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
21.04.23 Weiming Yao 24
Quellen