Выбор фотодиодов для приемников систем лазерного выравнивания | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 5 февраля, печатный экземпляр отправим 9 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №48 (390) ноябрь 2021 г.

Дата публикации: 25.11.2021

Статья просмотрена: 1 раз

Библиографическое описание:

Владимиров, И. М. Выбор фотодиодов для приемников систем лазерного выравнивания / И. М. Владимиров. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 48 (390). — С. 12-14. — URL: https://moluch.ru/archive/390/85886/ (дата обращения: 22.01.2022).



Сформулированы требования к фотодиодам для приемников систем лазерного выравнивания. Проведен поиск фотодиодов, наиболее соответствующих требованиям.

Ключевые слова: лазерное выравнивание, лазерный приемник, фотодиод.

Внедрение технологий точного земледелия включает в себя применение на орошаемых землях лазерной планировки (выравнивания) почвы [1]. Системы лазерного выравнивания используют в качестве датчиков обратной связи многоканальные лазерные приемники, на входах которых могут быть применены фотодиоды. Перечислим основные требования к фотодиодам в таких устройствах:

— хорошая чувствительность на длинах волн используемых лазеров 635 нм и 532 нм, в частности, не годятся фотодиоды со встроенным инфракрасным фильтром, имеющие резко выраженный максимум чувствительности в инфракрасной области;

— достаточно высокое быстродействие, чтобы воспринимать гауссовские импульсы длительностью в единицы микросекунд, но не чрезмерное, чтобы не жертвовать чувствительностью и не ловить лишние помехи;

— широкая характеристика направленности (угловая зависимость чувствительности), так как необходимо обеспечить обнаружение лазерного луча со всех горизонтальных направлений (360º);

— большие относительные размеры светочувствительной зоны по сравнению с внешними размерами корпуса;

— корпус, допускающий установку под разными углами за счет изгиба выводов (по этой причине корпуса для монтажа на поверхность могут оказаться не лучшим решением);

— достаточно низкие собственные шумы для достижения требуемой дальности;

— по возможности низкая стоимость, так как количество фотодиодов, требующихся для лазерного приемника, исчисляется десятками.

Некоторые из этих требований специфичны для данного применения и не очень характерны для других областей, поэтому ассортимент подходящих фотодиодов оказывается узким (таблица 1) [2, 3, 4].

Таблица 1

Параметры фотодиодов, соответствующих требованиям

Изготовитель

Everlight

OSRAM

Vishay

Тип

PD638C

SFH206K

BPW46

Опт. цена за шт., €

0,26

0,46

0,53

Опт. цена за шт., руб

22

38

44

Обратный фототок 1 тип., мкА

18

50

Обратный фототок 2 тип., мкА

80

75

Обратный темновой ток 3 макс., нА

30

30

30

Относительная чувствительность 4 на длине волны 635 нм

0,8

0,6

0,55

Относительная чувствительность 4 на длине волны 532 нм

0,7

0,35

0,33

Время нарастания/спада 5 тип., нс

50

100

Время нарастания/спада 6 тип., нс

20

Емкость 7 тип., пФ

72

70

Емкость 8 тип., пФ

25

25

Угол половинной чувствительности, °

±60

±65

Размеры светочувствительной зоны, мм

2,65*2,65

2,75*2,75

Ширина корпуса макс 9 ., мм

5,5

5,1

5,0

Спектральная плотность мощности шума, Вт/Гц

4·10– 14

4·10– 14

Примечания:

  1. При энергетической освещенности (интенсивности) 1 мВт/см 2 , длине волны 950 нм и обратном напряжении 5 В.
  2. При освещенности 1000 лк и обратном напряжении 5 В.
  3. При обратном напряжении 10 В.
  4. Получена по графикам из [2] (рисунок 1).
  5. При обратном напряжении 10 В и сопротивлении нагрузки 1 кОм.
  6. При обратном напряжении 5 В и сопротивлении нагрузки 50 Ом.
  7. При обратном напряжении 0 В.
  8. При обратном напряжении 3 В.
  9. Максимальная ширина с учетом технологических допусков показывает, каким может быть минимально возможный шаг расположения соседних каналов.

Анализ этих данных показывает, что фотодиоды Everlight PD638C имеют значительно худшую чувствительность и здесь это решающий недостаток. Параметры двух других типов примерно одинаковы и выбор на между ними на практике может осуществляться из других соображений, например доступности.

Можно сделать вывод, что в приемниках систем лазерного выравнивания необходимо в настоящее время применять фотодиоды BPW46 [2] или SFH206K [3]. Следующий этап исследования планируется посвятить определению частотных характеристик фотодиодов.

Спектральная зависимость чувствительности фотодиода BPW46 [2]

Рис. 1. Спектральная зависимость чувствительности фотодиода BPW46 [2]

Литература:

  1. Zang Y. et al. Optimization Design and Experimental Testing of a Laser Receiver for Use in a Laser Levelling Control System // Electronics. — 2020. — Т. 9. — №. 3. — С. 536.
  2. BPW46 Silicon PIN Photodiode. — Текст: электронный // Vishay Semiconductors: [сайт]. — URL: https://www.vishay.com/docs/81524/bpw46.pdf (дата обращения: 04.11.2021).
  3. SFH 206 K Radial Sidelooker Silicon PIN Photodiode. — Текст: электронный // OSRAM Opto Semiconductors GmbH: [сайт]. — URL: https://dammedia.osram.info/media/resource/hires/osram-dam-5488346/SFH %20206 %20K_EN.pdf (дата обращения: 04.11.2021).
  4. Technical Data Sheet 2.75x5.25mm Silicon PIN Photodiode PD638C. — Текст: электронный // Everlight Electronics Co., Ltd: [сайт]. — URL: http://file2.dzsc.com/product/18/04/13/872565_133739137.pdf (дата обращения: 04.11.2021).
Основные термины (генерируются автоматически): обратное напряжение, лазерное выравнивание, длина волны, тип, фотодиод, OSRAM, лазерный приемник, обратный фототок, относительная чувствительность, светочувствительная зона.


Ключевые слова

фотодиод, лазерное выравнивание, лазерный приемник
Задать вопрос