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bauteil:photodioden [2014/01/13 15:39] – [jenseits von blau und UV] kmkbauteil:photodioden [2018/08/23 14:02] (current) – [LAPD-1] hpleteit
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 ====== Photodioden ====== ====== Photodioden ======
 +Photodioden sind Stromquellen, bei denen die Stromstärke vom einfallenden Licht abhängt. Dabei fließt dieser //Photostrom// immer von der Kathode zur Anode. Er fließt damit entgegen der Richtung in der die Photodiode schon ohne Licht für elektrischen Strom leitend ist. 
 ===== Silizium-Photodioden ===== ===== Silizium-Photodioden =====
 [{{  :bauteil:empfindlichkeit_silizium_photodiode_500px.png?250|Empfindlichkeit von Silizium-Photodioden}}] [{{  :bauteil:empfindlichkeit_silizium_photodiode_500px.png?250|Empfindlichkeit von Silizium-Photodioden}}]
-Die mit großem Abstand meisten Photodioden sind auf der Basis von Silizium hergestellt. Dadurch ergibt sich einen charakteristische Empfindlichkeitskurve mit einem Maximum bei etwa 850 nm. Bei dieser Welllenlänge wird eine Quanteneffizienz oberhalb von 0.8 erreicht. Manche Photodioden sind mit einem Filter ausgestattet, der das sichtbare Licht stark abschwächt. Zum UV hin ist die Empfindlichkeit deutlich geringer. Bei 300nm ist sie für den PN-Übergang auf etwa 1/8 des Maximalwerts abgesunken. Dazu kommen eventuell weitere Verluste durch eie Vergussmasse, oder ein Fenster.+Die mit großem Abstand meisten Photodioden sind auf der Basis von Silizium hergestellt. Dadurch ergibt sich einen charakteristische Empfindlichkeitskurve mit einem Maximum bei etwa 850 nm. Bei dieser Welllenlänge wird eine Quanteneffizienz oberhalb von 0.8 erreicht. Manche Photodioden sind mit einem Filter ausgestattet, der das sichtbare Licht stark abschwächt. Zum UV hin ist die Empfindlichkeit deutlich geringer. Bei 300nm ist sie für den PN-Übergang auf etwa 1/8 des Maximalwerts abgesunken. Dazu kommen eventuell weitere Verluste durch eine Vergussmasse, oder ein Fenster.
  
  Zu längeren Wellenlängen hin fällt die Empfindlichkeit von Siliziumphoodioden sehr schnell ab. Für Wellenlängen jenseits von 1 µm sind dann Photodioden auf der Basis von Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) besser geeignet.  Zu längeren Wellenlängen hin fällt die Empfindlichkeit von Siliziumphoodioden sehr schnell ab. Für Wellenlängen jenseits von 1 µm sind dann Photodioden auf der Basis von Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) besser geeignet.
  
 ==== BPW34 ==== ==== BPW34 ====
-[[http://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf|BPW34]] ist eine Familie flachen Photodioden mit verglichsweise großer empfindlicher Fläche  (2.5x2.5mm) . Standard-Bauteil, das in vielen Variationen und Bauformen erhältlich ist.   +[[http://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf|BPW34]] ist eine Familie von Photodioden mit vergleichsweise großer empfindlicher Fläche (2.5x2.5mm).
   * Bauform: Eingegossen wie eine LED  mit 5 mm Durchmesser.   * Bauform: Eingegossen wie eine LED  mit 5 mm Durchmesser.
   * Photoempfindlichen Fläche: 2.5mm x 2.5mm =  6.25 mm²   * Photoempfindlichen Fläche: 2.5mm x 2.5mm =  6.25 mm²
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 ==== S5972 ==== ==== S5972 ====
-Die [[http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s5971_etc_kpin1025e07.pdf|S5972]] von Hamamatsu ist eine schnelle Silizium-Photodiode geeignet für bis zu 500 MHz. +Die [[http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s5971_etc_kpin1025e.pdf|S5972]] von Hamamatsu ist eine schnelle Silizium-Photodiode geeignet für bis zu 500 MHz. 
   * Bauform: TO18   * Bauform: TO18
   * Die Beinchen sind auf einem Kreis mit 2.54 mm Durchmesser angeordnet.  Der      * Die Beinchen sind auf einem Kreis mit 2.54 mm Durchmesser angeordnet.  Der   
   * Durchmesser der Metalldose ist 5.4 mm.    * Durchmesser der Metalldose ist 5.4 mm. 
-  * Der Durchmesser der photoempfindlichen Fläche ist 0.8 mm.+  * Der Durchmesser der photoempfindlichen Fläche ist 0.5 mm.
   * Anstiegszeit: 2 ns   * Anstiegszeit: 2 ns
   * Kapazität: 7 pF, ohne Vorspannung   * Kapazität: 7 pF, ohne Vorspannung
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 </code> </code>
 ==== S5971 ==== ==== S5971 ====
-Die [[http://sales.hamamatsu.com/assets/pdf/parts_S/S5971_etc.pdf|S5971]] ist eine Variante der schnellen Hamamatsu-Detektoren, die an der infraroten Seite des Spektrums besonders empfindlich ist. Bei 950 nm macht das etwa den Faktor 2 aus. Für Wellenlängen, kürzer als etwa 750 nm unterscheidet sich die Empfindlichkeit nicht von der S5972. +Die [[http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s5971_etc_kpin1025e.pdf|S5971]] ist eine Variante der schnellen Hamamatsu-Detektoren, die an der infraroten Seite des Spektrums besonders empfindlich ist. Bei 950 nm macht das etwa den Faktor 2 aus. Für Wellenlängen, kürzer als etwa 750 nm unterscheidet sich die Empfindlichkeit nicht von der S5972. 
   * Bauform: TO18   * Bauform: TO18
   * Die Beinchen sind auf einem Kreis mit 2.54 mm Durchmesser angeordnet.  Der      * Die Beinchen sind auf einem Kreis mit 2.54 mm Durchmesser angeordnet.  Der   
   * Durchmesser der Metalldose ist 5.4 mm.    * Durchmesser der Metalldose ist 5.4 mm. 
-  * Der Durchmesser der photoempfindlichen Fläche ist 0.8 mm.+  * Der Durchmesser der photoempfindlichen Fläche ist 1.1 mm.
   * Anstiegszeit: 10 ns   * Anstiegszeit: 10 ns
   * Kapazität: 11 pF, ohne Vorspannung   * Kapazität: 11 pF, ohne Vorspannung
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   * Ein Stück langsamer als S5972 (100 MHz Cut Off Frequency statt 500 MHz)   * Ein Stück langsamer als S5972 (100 MHz Cut Off Frequency statt 500 MHz)
  
 +==== S5973-01 ====
 +Die empfindliche Fläche des Modells S5973 ist noch ein gutes Stück kleiner als bei der S5972. Das hat Vorteile und Nachteile.
 +  * kleinerer Durchmesser der empfindlichen Fläche -- 0.12 mm
 +  * schneller -- 1 GHz Cut Off Frequency
 +  * weniger Dunkelstrom -- 1 pA
 +  * weniger Rauschen -- noise equivalent power 1.5e-15 W/√Hz
 +  * teuer -- 20 €
 +Außerdem kennt das Datenblatt von Hamamatsu noch die Variante S5973-2, bei der die Empfindlichkeit für blaues Licht erhöht ist. Dieses Modell ist allerdings bei den üblichen verdächtigen Elektronik-Versender nicht zu bekommen. 
 ====  BPV10 ==== ====  BPV10 ====
 Die [[http://www.vishay.com/docs/81502/bpv10.pdf|BPV10]] ist eine preiswerte, schnelle Photodiode, deren Begrenzung erst bei 250 MHz einsetzt. Die [[http://www.vishay.com/docs/81502/bpv10.pdf|BPV10]] ist eine preiswerte, schnelle Photodiode, deren Begrenzung erst bei 250 MHz einsetzt.
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   * Kapazität: 11 pF, ohne Vorspannung   * Kapazität: 11 pF, ohne Vorspannung
 Vorteil:  Vorteil: 
-  * Der Preis: 0.87 € bei Farnell, Bestnr. 146 9357+  * Der Preis: etwa 1.00 € bei Farnell, Bestnr. 146 9357, oder Digikey Bestnr. 751-1001-ND, oder Mouser Bestnr. 782-BPV10
 Nachteil: Nachteil:
   * Durch die vergossene Bauform kann man nicht zur Kontrolle direkt auf den Chip sehen.   * Durch die vergossene Bauform kann man nicht zur Kontrolle direkt auf den Chip sehen.
  
 ==== SFH213 ==== ==== SFH213 ====
-Die [[http://catalog.osram-os.com/catalogue/catalogue.do;jsessionid=95AD41F7F526402F117F26B114C8C671?act=downloadFile&favOid=020000030000b9ee000100b6|SFH213]] ist eine Alternative zur BPV10, die etwas mehr Fläche hat und im Gegenzug langsamer ist.+Die [[https://www.osram.com/os/ecat/Radial%20T1%203-4%20SFH%20213/com/en/class_pim_web_catalog_103489/global/prd_pim_device_2219559/|SFH213]] ist eine Alternative zur BPV10, die etwas mehr Fläche hat und im Gegenzug langsamer ist.
   * Bauform: Eingegossen wie eine LED  mit 5 mm Durchmesser.   * Bauform: Eingegossen wie eine LED  mit 5 mm Durchmesser.
   * Photoempfindlichen Fläche: 1 mm²   * Photoempfindlichen Fläche: 1 mm²
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 ==== SFH203P ==== ==== SFH203P ====
-Die [[http://catalog.osram-os.com/catalogue/catalogue.do;jsessionid=95AD41F7F526402F117F26B114C8C671?act=downloadFile&favOid=020000030000b636000100b6|SFH203P]] ist sehr ähnlich zur SFH203. Nur ist die Form des Plastik-Form vorne flach statt abgerundet. Dadurch entfällt die Linsenwirkung und man kann direkt auf den Chip sehen. +Die [[https://www.osram.com/os/ecat/Radial%20T1%203-4%20SFH%20203%20P/com/en/class_pim_web_catalog_103489/global/prd_pim_device_2219552/|SFH203P]] ist sehr ähnlich zur SFH203. Nur ist die Form des Plastik-Form vorne flach statt abgerundet. Dadurch entfällt die Linsenwirkung und man kann direkt auf den Chip sehen. 
-  * Bauform: Eingegossen in einen durchsichigen Zylinder  mit 5 mm Durchmesser. +  * Bauform: Eingegossen in einen durchsichtigen Zylinder  mit 5 mm Durchmesser. 
-  * Photoempfindlichen Fläche: 1 mm²+  * Photoempfindliche Fläche: 1 mm²
   * Anstiegszeit: 5 ns   * Anstiegszeit: 5 ns
   * Kapazität: 11 pF, ohne Vorspannung   * Kapazität: 11 pF, ohne Vorspannung
 Vorteil:  Vorteil: 
   * Der Preis: 0.72 € bei Bürklin   * Der Preis: 0.72 € bei Bürklin
 +
 +===== Mit Verstärkung =====
 +Der Strom und die Spannung, den eine Photodiode aus dem Photoeffekt erzeugt, ist eher klein. Deswegen ist es üblich, das Signal elektronisch zu verstärken. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Verstärker nahe an der Photodiode zu platzieren. Manche Photodioden kommen daher mit einem in das Gehäuse integrierten Verstärker. 
 +
 +Die Auswahl an Photodioden mit integriertem Verstärker ist allerdings recht übersichtlich. Wie bei anderen integrierten Komponenten auch, wird ihre Beschaffbarkeit und ihr Preis wesentlichen durch die Größe des jeweiligen Markts bestimmt. Physikalische Experimente mit dem Wunsch nach einer Kombination aus hoher Bandbreite und Rauscharmut sind leider kein wirklich großer Markt. Das sind eher Kassen-Scanner, oder am Umgebungslicht orientierte Haus-Automatik. Aber manchmal reicht ja auch eine vergleichsweise langsame Reaktion. Dann kann ein mit der Photodiode integrierter Vorverstärker Arbeit sparen.
 +
 +==== OPT101P ====
 +Die OPT101P sieht aus wie ein Operationsverstärker mit einem durchsichtigen Gehäuse. Die empfindliche Fläche sitzt im "Rücken" des Käfers und "schaut" nach oben. Es enthält zusätzlich zur Photodiode einen Operationsverstärker, der als [[dewp>Operationsverstärker#Strom-Spannungs-Wandler|Strom-Spannungs-Wandler]] beschaltet ist.
 +Dis OPT101P ist für hohe Verstärkung bei eher niedriger Bandbreite ausgelegt. 
 +  * Bauform: DIP8, oder SO8 mit transparentem Plastik
 +  * Photoempfindliche Fläche: 2.3 mm x 2.3 mm = 5.3 mm²
 +  * Bandbreite: 14 kHz mit eingebautem Rückkoppel-Widerstand. Mit externem Widerstand maximal 50 kHz.
 +  * Versorgung: Eine einzelne Spannung, die bis zu 36 V betragen darf.
 +  * Beschaffung: 6 EUR bis 8 EUR bei TME, RS, Farnell, Mouser,... 
 +Vorteil: 
 +  * mit wenig Aufwand zum verstärkten Photodiodensignal
 +  * nimmt wenig Platz ein
 +Nachteil:
 +  * langsam
 +
 +[[http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opt101.pdf|Das Datenblatt der OPT101P]] ist sehr ausführlich. Beispiel-Anwendungen kommen mit Bauteilwerten und konkreten Empfehlungen bis hin zum Layout.
  
 ===== Mehrteiler ===== ===== Mehrteiler =====
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 ==== PT511 ==== ==== PT511 ====
-[[http://www.roithner-laser.com/All_Datasheets/Photodiodes/PT511_InGaAs_PD_300.pdf|PT511]] ist eine der Dioden für de Faserkommunikation.+[[http://www.roithner-laser.com/datasheets/pd/pt511-2.pdf|PT511]] ist eine der Dioden für de Faserkommunikation.
   * Empfindliche Fläche: D 0.3 mm   * Empfindliche Fläche: D 0.3 mm
   * Wellenlängenbereich:  900-1700 nm,   * Wellenlängenbereich:  900-1700 nm,
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 ==== LAPD-1 ==== ==== LAPD-1 ====
-[[http://www.ilphotonics.com/cdv2/Chungwa-IR%20Array/Detectors/FPA/DataSheet-LAPD-%20v1.2.pdf| LAPD-1]] ist bei 1 mm Durchmesser noch halbwegs bezahlbar.+[[http://www.roithner-laser.com/datasheets/pd/lapd-1-06-17-to46.pdf| LAPD-1]] ist bei 1 mm Durchmesser noch halbwegs bezahlbar.
   * Empfindliche Fläche: D 1.0 mm   * Empfindliche Fläche: D 1.0 mm
   * Wellenlängenbereich:  900-1700 nm,   * Wellenlängenbereich:  900-1700 nm,