Mikä on valosensori?

Mikä on valosensori?

Valosensorin määritelmä

Valosensori on PN-liitosdiodi, joka tuottaa sähkövirtaa, kun se altistetaan valolle. Tämä liitos muodostetaan yhdistämällä P-tyyppistä ja N-tyyppistä polttoainetta. P-tyyppinen materiaali sisältää ylimääräisiä positiivisia varauskantajia (aukuja), kun taas N-tyyppinen materiaali sisältää ylimääräisiä negatiivisia varauskantajia (sähköhiukeita). Kun nämä materiaalit kohtaavat toisensa, elektronit N-tyypin alueesta siirtyvät P-tyypin alueelle, rekombinoivat aukujen kanssa ja luovat tyhjentysalueen. Tämä alue toimii esteenä lisälle varauskantajan diffuusiolle.

Valosensorilla on kaksi päätettä, anoodi ja katoodi, jotka ovat kytketty P-tyyppiseen ja N-tyyppiseen alueeseen vastaavasti. Anoodi merkitään yleensä välilehdellä tai pistelmällä laitepakettiin. Valosensorin symboli on näkyvissä alla, kahdella nuolella osoittamana liitoksen kohti, mikä viittaa sen herkkyyteen valoa kohtaan.

Toimintaperiaate

Kun valosensori on kytketty ulkoiseen piiriin vastakäyttössä, pieni vastakäyttövirta virtaa anoodista katoodiin. Tätä virtaa, tunnetta pimeävirtana, aiheuttavat vähemmistövarauskantajien termogeeninen syntymä polttoaineessa. Pimeävirta ei riipu sovitettavasta vastakäyttöjännitteestä, mutta vaihtelee lämpötilan ja dopanttitasun mukaan.

Kun riittävä energiaa sisältävä valo osuu valosensoriin, se luo elektroni-auku-pareja polttoainemateriaalissa. Tätä prosessia kutsutaan myös sisäiseksi fotoelektriseksi vaikutukseksi. Jos valon absorptio tapahtuu tai tapahtuu lähellä tyhjentysaluetta, nämä varauskantajat tyhjentävät sähkökentän avulla liitoksen yli, luoden valovirtan, joka lisää pimeävirtaa. Näin aukut kulkevat anoodiin ja elektronit katoodiin, ja vastakäyttövirta kasvaa valoisuuden lisääntyessä.

Valovirta on verrannollinen valoisuuteen tietylle aallonpituudelle ja lämpötilalle. Jos valoisuus on liian korkea, valovirta saavuttaa maksimiarvon, jota kutsutaan tasaumavirtaksi, jonka jälkeen se ei enää kasva. Tämä tasaumavirta riippuu laitemuodosta ja materiaalin ominaisuuksista.

Valosensori voi toimia kahdessa tilassa: fotovoltaic-moodissa ja fotoohjattavassa moodissa.

Fotovoltaic-moodi

Fotovoltaic-moodissa valosensoriin ei soviteta ulkoista vastakäyttöjännitettä, jolloin se toimii kuin aurinkopaneeli, joka tuottaa sähköä valosta. Valovirta virtaa lyhytsuljetussa tai laduntaakossa, joka on kytketty päteisiin. Jos piiri on avoin tai sillä on korkea impedanssi, jännite rakentuu laitteen yli, etenevän suunnistuksen myötä. Tätä jännitettä, avoimen piirin jännitettä, riippuvat valoisuudesta ja aallonpituudesta.

Fotovoltaic-moodi hyödyntää fotovoltaista vaikutusta, jota käytetään aurinkoenergian tuotantoon auringonvalosta. Kuitenkin tämällä moodilla on joitakin haittoja, kuten alhainen vastevaihtelu, korkea sarjaresistanssi ja alhainen herkkyys.

Fotoohjattava moodi

Fotoohjattavassa moodissa valosensoriin sovitetaan ulkoinen vastakäyttöjännite, ja se toimii muuttuvana vastustavana, joka muuttaa vastustustaan valoisuuden mukaan. Valovirta virtaa ulkoiseen piiriin, joka tarjoaa ohjausjännitteen ja mitataan tulovirta tai -jännite.

Fotoohjattavalla moodilla on joitakin etuja fotovoltaic-moodiin nähden, kuten nopea vastevaihtelu, alhainen sarjaresistanssi, korkea herkkyys ja laaja dynaaminen alue. Kuitenkin tämällä moodilla on myös joitakin haittoja, kuten korkeampi melutaso, korkeampi energiankulutus ja alhaisempi lineaarisuus.

Valosensorin ominaisuudet

Valosensorin ominaisuudet kuvaavat sen suorituskykyä eri valoisuuden, aallonpituuden, lämpötilan, ohjausjännitteen ja niin edelleen olosuhteissa. Joitakin näistä ominaisuuksista ovat:

Valosensorin sovellukset

• Optinen kommunikaatio

• Optinen mittaus

• Optinen kuvantaminen

• Optinen kytkentä

• Aurinkoenergian tuotanto

Yhteenveto

Valosensori on polttokappale, joka muuntaa valon sähkövirtaksi. Se toimii sisäisen fotoelektrisen vaikutuksen periaatteella, joka luo elektroni-auku-pareja, kun fotonit osuvat PN-liitosdiodeen. Valosensori toimii vastakäyttöolosuhteissa ja sillä on kaksi moodia: fotovoltaic-moodi ja fotoohjattava moodi. Valosensorilla on erilaisia ominaisuuksia, kuten responsiivisuus, kvanttimehotekijä, spektraalinen vastaus, pimeävirta, pimeäresistanssi, melu, lineaarisuus ja vastevaihtelu.

Valosensorilla on monia sovelluksia optisessa kommunikaatiossa, optisessa mittauksessa, optisessa kuvantamisessa, optisessa kytkennässä ja aurinkoenergian tuotannossa. Valosensoria voidaan käyttää hälytys- ja laskenta-piireihin valosäteen keskeytystä havaitsemalla. Valosensori on monipuolinen ja hyödyllinen laite, joka voi havaita ja muuntaa valon sähköksi.