Geri Dön

Çığ fotodiyot sürme devresinin gerçekleştirilmesi

Implementation of avalanche photodiode (APD) bias circuit

  1. Tez No: 638661
  2. Yazar: MUHAMMED ÇAVUŞOĞLU
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK AKIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 84

Özet

Elektronikte ışığı elektriksel sinyale dönüştürmede fotodiyotlar kullanılır. Fotodiyotların; PN (P-type N-type), PIN (P-type, Intrinsic, N-type) ve Çığ fotodiyot (APD) olmak üzere üç temel türü vardır. Çok düşük ışık miktarının algılanması gereken uygulamalarda kullanılan elektronik yükseltme devrelerinde, kazancı artırmak adına çok yüksek direnç değerleri kullanılır. Kullanılan yüksek direnç nedeniyle çıkış sinyalinde gürültü oranı artar. Bu durumun önüne geçebilmek için iç kazancı çok daha yüksek olan APD kullanılır. APD'ler ticari, askeri ve araştırma alanlarında sıklıkla kullanılmaktadır. Son zamanlarda başlıca kullanım alanı optik haberleşme olmuştur. Hem fiber optik hem de serbest uzay (free-space) haberleşmede hassasiyetleri ve yüksek iç kazançlarından dolayı tercih edilmektedir. Diğer kullanım alanlarının başında DNA dizileme, tıbbi görüntüleme ve optik mesafe ölçümü gelmektedir. APD'lerden yüksek akım kazancı elde edilebilmesi için çığ bölgesinde çalıştırılması gerekir. Buda APD uçlarına ters bias gerilimi uygulanması ile mümkündür. Bu gerilim değeri üreticisine ve yarı iletken yapısına bağlı olarak 40V ila 350V arasında değişmektedir. APD'lerin iç kazançları sıcaklıkla değişmektedir. Kazancın sabit tutulması için APD ters bias geriliminin sıcaklık değişimini izleyip kompanze edecek şekilde değişmesi gerekmektedir. APD'ler lineer modda çalıştırıldıklarında, trans empedans yükselteçler (TIA) ve sinyal yükseltici işlemsel yükselteçler ile kullanılmaktadır. APD uygulamalarında devre içerisindeki farklı gerilim seviyeleri sebebiyle birtakım zorluklar ortaya çıkmaktadır. TIA'lar ve işlemsel yükselteçler 1.8V- 5V aralığında beslenirken APD'ler üreticisine bağlı olarak 40V-350V aralığında gerilime ihtiyaç duymaktadırlar. Bu yüksek gerilim değerlerini dışardan bir kaynaktan vermek yerine, devre içerisinde yükseltici dönüştürücüler kullanarak sağlamak devre karmaşıklığını azaltmaktadır. Literatürde sıkça uygulanan yöntem; düşük giriş gerilimini, anahtarlı kapasite (switched capacitor) ile daha yüksek gerilim seviyelerine çıkarıp daha sonra yükseltici dönüştürücü ile istenilen bias gerilimi seviyesine ulaştırmaktır. Bu tez kapsamında giriş gerilimi ve APD yardımcı devre elamanlarının besleme gerilimi 5V olarak belirlenmiştir. Ayrıca, APD ters diyot akımı maksimum 100μA ve ters bias gerilim belseme aralığı 120V-160V olan Excelitas,“C30737LH-500-80A”APD kullanılmıştır. Gereken ters bias gerilimi, 5V-160V yükseltici dönüştürücü ile sağlanmıştır.

Özet (Çeviri)

Avalanche photodiodes (APDs) are used in many applications such as optical communications, laser range finder, DNA sequencing and medical imaging etc. Applying a variable reverse-bias voltage across the device junction creates a variable avalanche gain during APD operation. APDs require high reverse-bias voltages in the 40V to 350V range, these values vary with the manufacturing process. A downside of the APD is that avalanche gain depends on temperature. The APD must operate at constant gain, the high-voltage bias must vary to compensate for the effects of the temperature. When APDs are operated in linear mode as operation mode, are used with Transimpedance Amplifier (TIA) and Operational Amplifiers (OP-AMP). In APD application some difficulties arise due to different voltage levels on the circuit. While TIAs and OP-AMPs are supplied in the range of 1.8V-5V, APDs require voltage in the range of 40V-350V depending on the manufacturer. Instead of providing such a high voltage from an external source, providing with the boost converter in the circuit board reduces circuit complexity. In this thesis, input voltage is determined as 5V. For supplying proper bias voltage to APD, conventional boost converter is used. Excelitas C30737LH-500-80A APD which has 120V-160V breaking voltage and 100μA reverse current is selected.

Benzer Tezler

  1. Çığ fotodiyodun kalorimetrede kullanımı

    Avalanche photodiode use in calorimeter

    FATMA HELVACI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    Fizik ve Fizik MühendisliğiUludağ Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. İLHAN TAPAN

  2. Single photon detection with silicon-based avalanche photodiode

    Silikon tabanlı çığ fotodiyot ile tek foton algılama

    BURCU YERLİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR DURAK

  3. Silisyum tek foton çığ fotodedektör (SPAD) tasarım ve benzetimi

    Design and simulation of a silicon single photon avalanche photodiode (SPAD)

    EMRE SARI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ TANGEL

  4. Radyasyon hasarının yüksek enerji silikon detektörlere etkisi

    Effect of radiation damage on high energy silicon detectors

    ERCAN PİLİÇER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Fizik ve Fizik MühendisliğiUludağ Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İLHAN TAPAN

  5. Advanced techniques for single molecule experiments and their applications

    Tek molekül deneyleri için ileri teknikler ve uygulamaları

    MEHDİ YAVUZ YÜCE

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPER KİRAZ