Çığ Fotodiyot Sürme Devresinin Gerçekleştirilmesi

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2020

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: MUHAMMED ÇAVUŞOĞLU

Danışman: Burak Akın

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

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.