Τι είναι ένα φωτοδιόδο;

Τι είναι ένα φωτοδιόδιο;

Ορισμός φωτοδιοδίου

Ένα φωτοδιόδιο ορίζεται ως μια διάνυση PN που παράγει ρεύμα όταν εκτίθεται στο φως. Αυτή η διάνυση δημιουργείται από την συνδυασμό P-τύπου και N-τύπου υλικών πολυστρωτών. Το P-τύπο υλικό έχει επιπλέον θετικούς φορείς φορτίου (τρύπες), ενώ το N-τύπο υλικό έχει επιπλέον αρνητικούς φορείς φορτίου (ηλεκτρόνια). Όταν αυτά τα υλικά συναντιούνται, τα ηλεκτρόνια από την περιοχή N-τύπου μετακινούνται στην περιοχή P-τύπου, επανενωνόμενα με τις τρύπες και δημιουργώντας μια περιοχή εξαντλήσεως. Αυτή η περιοχή λειτουργεί ως εμπόδιο για περαιτέρω διάχυση των φορέων φορτίου.

Ένα φωτοδιόδιο έχει δύο κατόπτρια, ένα ανόδιο και ένα κατόδιο, τα οποία συνδέονται με τις περιοχές P-τύπου και N-τύπου αντίστοιχα. Το ανόδιο συνήθως σηματοδοτείται με ένα καρτέλι ή ένα σημείο στην συσκευασία της συσκευής. Το σύμβολο ενός φωτοδιοδίου εμφανίζεται παρακάτω, με δύο βέλη που δείχνουν προς την διάνυση για να δείξουν ότι είναι ευαίσθητο στο φως.

Πρinciple λειτουργίας

Όταν ένα φωτοδιόδιο συνδέεται σε αντίστροφη πολάριση με ένα εξωτερικό κύκλωμα, ένα μικρό αντίστροφο ρεύμα ρέει από το ανόδιο στο κατόδιο. Αυτό το ρεύμα, γνωστό ως σκοτεινό ρεύμα, απορρέει από την θερμική παραγωγή μειονεκτικών φορέων φορτίου στο πολυστρωτό. Το σκοτεινό ρεύμα δεν εξαρτάται από την εφαρμοσμένη αντίστροφη τάση, αλλά μεταβάλλεται με την θερμοκρασία και το επίπεδο δοπαντικής.

Όταν το φως με επαρκή ενέργεια πλήττει το φωτοδιόδιο, δημιουργεί ζευγάρια ηλεκτρόνια-τρύπες στο πολυστρωτό υλικό. Αυτή η διαδικασία είναι επίσης γνωστή ως εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Εάν η απορρόφηση του φωτός συμβαίνει στην περιοχή εξαντλήσεως ή κοντά σε αυτή, αυτοί οι φορείς φορτίου μετακινούνται από το ηλεκτρικό πεδίο μέσω της διάνυσης, δημιουργώντας ένα φωτορεύμα που προστίθεται στο σκοτεινό ρεύμα. Έτσι, οι τρύπες κινούνται προς το ανόδιο, και τα ηλεκτρόνια προς το κατόδιο, και το αντίστροφο ρεύμα αυξάνεται με την αύξηση της έντασης του φωτός.

Το φωτορεύμα είναι ανάλογο με την ένταση του φωτός για μια συγκεκριμένη μήκος κύματος και θερμοκρασία. Εάν η ένταση του φωτός είναι πολύ μεγάλη, το φωτορεύμα φτάνει σε μέγιστη τιμή, η οποία ονομάζεται κορυφαίο ρεύμα, πέρα από την οποία δεν αυξάνεται πλέον. Αυτό το κορυφαίο ρεύμα εξαρτάται από την γεωμετρία και τις ιδιότητες του υλικού της συσκευής.

Το φωτοδιόδιο μπορεί να λειτουργεί σε δύο καθεστώτα: φωτοβολταϊκό καθεστώς και φωτοηλεκτρικό καθεστώς.

Φωτοβολταϊκό καθεστώς

Στο φωτοβολταϊκό καθεστώς, δεν εφαρμόζεται εξωτερική αντίστροφη τάση στο φωτοδιόδιο, κάνοντάς το να λειτουργεί όπως ένα φωτοβολταϊκό που παράγει ενέργεια από το φως. Το φωτορεύμα ρέει μέσω ενός σύνδεσμου με μηδενική αντίσταση ή φορτίου σύνδεσης που είναι συνδεδεμένο με τα κατόπτρια. Εάν το κύκλωμα είναι ανοιχτό ή έχει υψηλή αντίσταση, μια τάση αναπτύσσεται μεταξύ της συσκευής, προσωποποιώντας την. Αυτή η τάση, γνωστή ως τάση ανοιχτού κύκλου, εξαρτάται από την ένταση και το μήκος κύματος του φωτός.

Το φωτοβολταϊκό καθεστώς εκμεταλλεύεται το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλιακής ενέργειας από τον ήλιο. Ωστόσο, αυτό το καθεστώς έχει κάποιες αδυναμίες, όπως χαμηλή ταχύτητα αντίδρασης, υψηλή σειριακή αντίσταση και χαμηλή ευαισθησία.

Φωτοηλεκτρικό καθεστώς

Στο φωτοηλεκτρικό καθεστώς, εφαρμόζεται εξωτερική αντίστροφη τάση στο φωτοδιόδιο, και λειτουργεί ως μεταβλητή αντίσταση που αλλάζει την αντίστασή της με την ένταση του φωτός. Το φωτορεύμα ρέει μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος που παρέχει μια πολάριση και μετρά το εξωτερικό ρεύμα ή την τάση.

Το φωτοηλεκτρικό καθεστώς έχει μερικά πλεονεκτήματα έναντι του φωτοβολταϊκού καθεστώτος, όπως υψηλή ταχύτητα αντίδρασης, χαμηλή σειριακή αντίσταση, υψηλή ευαισθησία και ευρεία δυναμική εύροση. Ωστόσο, αυτό το καθεστώς έχει και κάποιες αδυναμίες, όπως υψηλότερα επίπεδα θορύβου, υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας και χαμηλότερη γραμμικότητα.

Χαρακτηριστικά φωτοδιοδίου

Τα χαρακτηριστικά ενός φωτοδιοδίου περιγράφουν την απόδοσή του υπό διάφορες συνθήκες έντασης φωτός, μήκους κύματος, θερμοκρασίας, πολάρισης, κλπ. Μερικά από αυτά τα χαρακτηριστικά είναι:

Εφαρμογές φωτοδιοδίου

• Οπτική επικοινωνία

• Οπτική μέτρηση

• Οπτική εικονογράφηση

• Οπτική στροφή

• Παραγωγή ηλιακής ενέργειας

Συμπέρασμα

Ένα φωτοδιόδιο είναι μια πολυστρωτή συσκευή που μετατρέπει το φως σε ηλεκτρικό ρεύμα. Λειτουργεί με βάση το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο που δημιουργεί ζευγάρια ηλεκτρόνια-τρύπες όταν τα φωτόνια πλήττουν την διάνυση PN. Ένα φωτοδιόδιο λειτουργεί σε αντίστροφη πολάριση και έχει δύο καθεστώτα: φωτοβολταϊκό και φωτοηλεκτρικό. Ένα φωτοδιόδιο έχει διάφορα χαρακτηριστικά, όπως απόκριση, ηλεκτρονική αποδοτικότητα, φασματική απόκριση, σκοτεινό ρεύμα, σκοτεινή αντίσταση, θόρυβος, γραμμικότητα και χρόνος αντίδρασης.

Ένα φωτοδιόδιο έχει πολλές εφαρμογές στην οπτική επικοινωνία, οπτική μέτρηση, οπτική εικονογράφηση, οπτική στροφή και παραγωγή ηλιακής ενέργειας. Ένα φωτοδιόδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κυκλωμάτων συναγερμού και μετρητών, ανιχνεύοντας την διακοπή των φωτεινών ακτίνων. Ένα φωτοδιόδιο είναι μια πολυλειτουργική και χρήσιμη συσκευή που μπορεί να ανιχνεύει και να μετατρέπει το φως σε ηλεκτρικό ρεύμα.