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:
- При энергетической освещенности (интенсивности) 1 мВт/см 2 , длине волны 950 нм и обратном напряжении 5 В.
- При освещенности 1000 лк и обратном напряжении 5 В.
- При обратном напряжении 10 В.
- Получена по графикам из [2] (рисунок 1).
- При обратном напряжении 10 В и сопротивлении нагрузки 1 кОм.
- При обратном напряжении 5 В и сопротивлении нагрузки 50 Ом.
- При обратном напряжении 0 В.
- При обратном напряжении 3 В.
- 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]](https://articles-static-cdn.moluch.org/articles/j/85886/images/85886.001.png)
Рис. 1. Спектральная зависимость чувствительности фотодиода BPW46 [2]
Литература:
- 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.
- BPW46 Silicon PIN Photodiode. — Текст: электронный // Vishay Semiconductors: [сайт]. — URL: https://www.vishay.com/docs/81524/bpw46.pdf (дата обращения: 04.11.2021).
- 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).
- 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).
