Wat is 'n fotodiod?

Wat is 'n Fotodiod?

Fotodiod Definisie

'n Fotodiod word gedefinieer as 'n PN-junksie diod wat stroom genereer wanneer dit blootgestel word aan lig. Hierdie junksie word gevorm deur P-tipe en N-tipe halwegeleermateriaal te kombineer. P-tipe materiaal het ekstra positiewe ladingdragende (gatte), terwyl N-tipe materiaal ekstra negatiewe ladingdragende (elektrone) het. Wanneer hierdie materialite mekaar ontmoet, beweeg elektrone van die N-tipe gebied na die P-tipe gebied, waar hulle met gatte herverbind en 'n uitputtinggebied skep. Hierdie gebied funksioneer as 'n barrière teen verdere ladingdragende diffusie.

'n Fotodiod het twee terminals, 'n anode en 'n katode, wat onderskeidelik met die P-tipe en N-tipe gebiede verbind is. Die anode word gewoonlik gemerk met 'n tab of 'n stip op die toestelverpakking. Die simbool van 'n fotodiod word hieronder getoon, met twee pyltjies wat na die junksie wys om aan te dui dat dit gevoelig is vir lig.

Werkprinsipe

Wanneer 'n fotodiod in 'n omgekeerde bias verbind word met 'n buitensporige skakeling, vloei 'n klein omgekeerde stroom van die anode na die katode. Hierdie stroom, bekend as donkerstroom, resulteer uit die termiese generasie van minderheidsladingdragende in die halwegeleer. Donkerstroom hang nie af van die toegepaste omgekeerde spanning nie, maar varieer met temperatuur en dopvlak.

Wanneer lig van voldoende energie die fotodiod raak, skep dit elektron-gatpare in die halwegeleermateriaal. Hierdie proses word ook die innerlike foto-elektriese effek genoem. As die absorpsie van lig in of naby die uitputtinggebied plaasvind, word hierdie ladingdragende deur die elektriese veld oor die junksie weggesweep, wat 'n fotostroom skep wat by die donkerstroom bykom. Dus, beweeg gatte na die anode, en elektrone na die katode, en die omgekeerde stroom neem toe met toenemende ligintensiteit.

Die fotostroom is eweredig aan die ligintensiteit vir 'n spesifieke golflengte en temperatuur. As die ligintensiteit te hoog is, bereik die fotostroom 'n maksimumwaarde, bekend as die verzadigingsstroom, waarna dit nie meer toeneem nie. Hierdie verzadigingsstroom hang af van die toestel se geometrie en materiaaleienskappe.

'n Fotodiod kan in twee modes bedryf: fotovoltaïese mode en foto-geleiwe mode.

Fotovoltaïese Mode

In fotovoltaïese mode word geen buitensporige omgekeerde spanning toegepas op die fotodiod nie, wat dit laat werk soos 'n sonsel wat krag genereer uit lig. Die fotostroom vloei deur 'n kortsluiting of belastingimpedansie wat met die terminals verbonden is. As die skakeling oop is of hoë impedansie het, bou 'n spanning op oor die toestel, wat dit voorwaartse bias gee. Hierdie spanning, bekend as die oop-sirkelspanning, hang af van ligintensiteit en golflengte.

Die fotovoltaïese mode benut die fotovoltaïese effek, wat gebruik word om sonenergie uit sonlig te produseer. Hierdie mode het egter sekere nadele, soos lae reaksiespoed, hoë reeksweerstand, en lae sensitiwiteit.

Foto-Geleiwe Mode

In foto-geleiwe mode word 'n buitensporige omgekeerde spanning toegepas op die fotodiod, en dit werk soos 'n veranderlike weerstand wat sy weerstand verander met ligintensiteit. Die fotostroom vloei deur 'n buitensporige skakeling wat 'n bias-spanning verskaf en die uitsetstroom of -spanning meet.

Die foto-geleiwe mode het sekere voordele bo die fotovoltaïese mode, soos hoë reaksiespoed, lae reeksweerstand, hoë sensitiwiteit, en wyd dinamiese bereik. Hierdie mode het egter ook sekere nadelen, soos hoër ruisvlakke, hoër kragverbruik, en laer lineariteit.

Karakteristieke van 'n Fotodiod

Die karakteristieke van 'n fotodiod beskryf sy prestasie onder verskillende toestande van ligintensiteit, golflengte, temperatuur, bias-spanning, ens. Sommige van hierdie karakteristieke is:

Toepassings van 'n Fotodiod

• Optiese kommunikasie

• Optiese meting

• Optiese beeldvorming

• Optiese switsering

• Sonkrag-opwekking

Gevolgtrekking

'n Fotodiod is 'n halwegeleertoestel wat lig omskakel na elektriese stroom. Dit werk op die beginsel van die innerlike foto-elektriese effek wat elektron-gatpare skep wanneer fotonne die PN-junksie diod raak. 'n Fotodiod bedryf onder omgekeerde bias-toestande en het twee modes: fotovoltaïese mode en foto-geleiwe mode. 'n Fotodiod het verskeie karakteristieke, soos responsiwiteit, kwantumdoeltreffendheid, spektraalreaksie, donkerstroom, donkerweerstand, ruis, lineariteit, en reaksietyd.

'n Fotodiod het baie toepassings in optiese kommunikasie, optiese meting, optiese beeldvorming, optiese switsering, en sonkrag-opwekking. 'n Fotodiod kan gebruik word om alarm- en tellerskakelinge te maak deur die onderbreking van ligstrale te detecteer. 'n Fotodiod is 'n veelsydige en nuttige toestel wat lig kan sien en omskakel na elektrisiteit.