Kio estas Fotodiodo?
Kio estas fotodiodo?
Difino de Fotodiodo
Fotodiodo difiniĝas kiel PN-junkta diodo, kiu generas strumon kiam ĝi estas ekspoziciita al lumo. Tiu junto formiĝas per kombinado de P-tipa kaj N-tipa duopolaraj materialoj. P-tipa materialo havas ekstran pozitivan ŝarĝportilon (truo), dum N-tipa materialo havas ekstran negativan ŝarĝportilon (elektron). Kiam tiuj materialoj renkontiĝas, elektronoj el la N-tipa regiono moviĝas en la P-tipa regiono, rekombinante kun truoj kaj kreante deplojaran regionon. Tiu regiono agas kiel bariero kontraŭ plua difuzo de ŝarĝportiloj.
Fotodiodo havas du terminalojn, anodon kaj katodon, kiuj estas konektitaj al la P-tipa kaj N-tipa regionoj respektive. La anodo kutime markiĝas per langeto aŭ punkto sur la aparataro. La simbolo de fotodiodo montriĝas sube, kun du sagoj turnantaj al la junkto por indiki, ke ĝi estas sensibla al lumo.
Laborprincipo
Kiam fotodiodo estas konektita en inversa polarigo al ekstera cirkvito, malgranda inversa strumo fluas de la anodo al la katodo. Tiu strumo, konata kiel malluma strumo, rezultas de la termika generado de minoritataj ŝarĝportiloj en la duopolara materialo. Malluma strumo ne dependas de la aplikita inversa voltago sed varias kun temperaturo kaj dopadnivelo.
Kiam lumo sufiĉe energia trafas la fotodiodon, ĝi kreas elektron-truajn parojn en la duopolara materialo. Tiu procezo estas ankaŭ konata kiel interna fotoelektra efekto. Se la absorbo de lumo okazas en aŭ proksime de la deplojaran regionon, tiuj ŝarĝportiloj estas balaiĝitaj de la elektra kampo tra la junkto, kreante fotostrumon, kiu aldonas al la malluma strumo. Do, truoj moviĝas vers la anodo, kaj elektronoj moviĝas vers la katodo, kaj la inversa strumo pligrandiĝas kun pligrandiganta lumintenseco.
La fotostrumo estas proporcia al la lumintenseco por specifa longebro da ondo kaj temperaturo. Se la lumintenseco estas tro alta, la fotostrumo atingas maksimuman valoron nomitan saturiga strumo, post kiu ĝi ne plu pligrandiĝas. Tiu saturiga strumo dependas de la geometrio de la aparato kaj materialaj ecoj.
La fotodiodo povas operi en du reĝimoj: fotovoltaika reĝimo kaj fotokonduka reĝimo.
Fotovoltaika Reĝimo
En fotovoltaika reĝimo, neniuj eksteraj inversaj voltagoj estas aplikitaj al la fotodiodo, farante ĝin agadi kiel suncelo, kiu generas potencon el lumo. La fotostrumo fluas tra kortcircuito aŭ ŝarĝimpedanco konektita al la terminaloj. Se la cirkvito estas malferma aŭ havas altan impedancon, voltago konstruas sin trans la aparato, antaŭpolarigante ĝin. Tiu voltago, nomita malferma-cirkvita voltago, dependas de la lumintenseco kaj longebro da ondo.
La fotovoltaika reĝimo ekspluatas la fotovoltaikan efekton, kiu estas uzata por produkti sunenergion el sunlumo. Tamen, ĉi tiu reĝimo havas iujn malavantaĝojn, kiel malalta respondrapideco, alta serija rezisteco, kaj malalta sensubebleco.
Fotokonduka Reĝimo
En fotokonduka reĝimo, ekstera inversa voltago estas aplikita al la fotodiodo, kaj ĝi agas kiel varibla rezistoro, kiu ŝanĝas sian rezistancon kun lumintenseco. La fotostrumo fluas tra ekstera cirkvito, kiu provizas polarigan voltagon kaj mezuras la elputran strumon aŭ voltagon.
La fotokonduka reĝimo havas kelkajn avantaĝojn super la fotovoltaika reĝimo, kiel alta respondrapideco, malalta serija rezisteco, alta sensubebleco, kaj larĝa dinamika gamo. Tamen, ĉi tiu reĝimo ankaŭ havas iujn malavantaĝojn, kiel pli alta bru-nivelo, pli alta potenc-konsumado, kaj malpli alta lineariteco.
Ecoj de Fotodiodo
La ecoj de fotodiodo priskribas ĝian performon sub malsamaj kondiĉoj de lumintenseco, longebro da ondo, temperaturo, polariga voltago, ktp. Iuj el tiuj ecoj estas:
Aplikoj de Fotodiodo
Optika komunikado
Optika mezurado
Optika bildoformado
Optika ŝaltado
Sunpotenco generado
Konkludo
Fotodiodo estas duopola aparato, kiu konvertas lumon en elektran strumon. Ĝi funkcias sur la principo de la interna fotoelektra efekto, kiu kreas elektron-truajn parojn kiam fotonoj trafas la PN-junkta diodon. Fotodiodo operas en inversa polarigo kaj havas du reĝimojn: fotovoltaikan reĝimon kaj fotokondukan reĝimon. Fotodiodo havas diversajn ecojn, kiel respondemo, kvantuma efikeco, spektra respondo, malluma strumo, malluma rezisto, bruo, lineariteco, kaj respondtempo.
Fotodiodo havas multajn aplikojn en optika komunikado, optika mezurado, optika bildoformado, optika ŝaltado, kaj sunpotenco generado. Fotodiodo povas esti uzata por farigi alarmcirkvojn kaj kalkilcirkvojn per detektado de interrompo de lumobendoj. Fotodiodo estas diversflanka kaj utila aparato, kiu povas senti kaj konverti lumon en elektran strumon.
