Ano ang Photodiode?

Ano ang Photodiode?

Pangungusap ng Photodiode

Ang photodiode ay isang PN junction diode na lumilikha ng kuryente kapag ito ay naka-expose sa liwanag. Ang junction na ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasama ng P-type at N-type semiconductor materials. Ang materyal na P-type ay may extra positive charge carriers (holes), samantalang ang materyal na N-type ay may extra negative charge carriers (electrons). Kapag nagtagpo ang mga materyal na ito, ang mga electrons mula sa rehiyon ng N-type ay lumilipat sa rehiyon ng P-type, nagsasama muli sa mga holes at lumilikha ng isang depletion region. Ang rehiyong ito ay gumagana bilang isang barrier para sa karagdagang diffusion ng charge carrier.

Ang photodiode ay may dalawang terminal, ang anode at cathode, na nakakonekta sa P-type at N-type regions, respectibong. Ang anode ay karaniwang may marka na tab o dot sa package ng device. Ang simbolo ng photodiode ay ipinapakita sa ibaba, may dalawang arrow na tumuturo patungo sa junction upang ipahiwatig na ito ay sensitibo sa liwanag.

Prinsipyong Paggawa

Kapag ang photodiode ay konektado sa reverse bias sa isang panlabas na circuit, ang isang maliliit na reverse current ay lumilipat mula sa anode patungo sa cathode. Ang current na ito, na kilala bilang dark current, ay resulta ng thermal generation ng minority charge carriers sa semiconductor. Ang dark current ay hindi depende sa inilapat na reverse voltage ngunit nag-iiba-iba depende sa temperatura at doping level.

Kapag ang sapat na enerhiyang liwanag ay tumama sa photodiode, ito ay lumilikha ng electron-hole pairs sa semiconductor material. Ang prosesong ito ay kilala rin bilang inner photoelectric effect. Kung ang pag-absorb ng liwanag ay nangyayari sa loob o malapit sa depletion region, ang mga charge carriers na ito ay sinisikat ng electric field sa ibayo ng junction, lumilikha ng photocurrent na idinadagdag sa dark current. Kaya, ang mga holes ay lumilipat patungo sa anode, at ang mga electrons ay lumilipat patungo sa cathode, at ang reverse current ay tumataas habang tumaas ang intensidad ng liwanag.

Ang photocurrent ay proporsyonal sa intensidad ng liwanag para sa ispesipikong wavelength at temperatura. Kung ang intensidad ng liwanag ay masyadong mataas, ang photocurrent ay umabot sa maximum value na tinatawag na saturation current, sa labas ng kung saan ito ay wala nang tumataas. Ang saturation current na ito ay depende sa heometriya ng device at mga katangian ng materyal.

Ang photodiode ay maaaring mag-operate sa dalawang mode: photovoltaic mode at photoconductive mode.

Photovoltaic Mode

Sa photovoltaic mode, walang panlabas na reverse voltage na inilapat sa photodiode, kaya ito ay gumagana tulad ng solar cell na lumilikha ng power mula sa liwanag. Ang photocurrent ay lumilipat sa pamamagitan ng short circuit o load impedance na konektado sa mga terminal. Kung ang circuit ay bukas o may mataas na impedance, ang isang voltage ay bumubuo sa ibayo ng device, forward-biasing ito. Ang voltage na ito, na tinatawag na open-circuit voltage, ay depende sa intensidad at wavelength ng liwanag.

Ang photovoltaic mode ay sumasailalim sa photovoltaic effect, na ginagamit upang lumikha ng solar energy mula sa sunlight. Gayunpaman, ang mode na ito ay may ilang diskarte, tulad ng mababang response speed, mataas na series resistance, at mababang sensitivity.

Photoconductive Mode

Sa photoconductive mode, ang isang panlabas na reverse voltage ay inilapat sa photodiode, at ito ay gumagana tulad ng variable resistor na nagbabago ang resistance nito depende sa intensidad ng liwanag. Ang photocurrent ay lumilipat sa pamamagitan ng panlabas na circuit na nagbibigay ng bias voltage at nagsusukat ng output current o voltage.

Ang photoconductive mode ay may ilang mga abantege sa photovoltaic mode, tulad ng mataas na response speed, mababang series resistance, mataas na sensitivity, at malawak na dynamic range. Gayunpaman, ang mode na ito ay may ilang mga diskarte, tulad ng mas mataas na noise levels, mas mataas na power consumption, at mas mababang linearity.

Katangian ng Photodiode

Ang mga katangian ng photodiode ay naglalarawan ng kanyang performance sa iba't ibang kondisyon ng intensidad ng liwanag, wavelength, temperatura, bias voltage, atbp. Ang ilan sa mga katangiang ito ay:

Mga Application ng Photodiode

• Optical communication

• Optical measurement

• Optical imaging

• Optical switching

• Solar power generation

Kaklusan

Ang photodiode ay isang semiconductor device na naghuhuli ng liwanag at binabago ito sa electric current. Ito ay gumagana batay sa prinsipyo ng inner photoelectric effect na lumilikha ng electron-hole pairs kapag ang photons ay tumama sa PN junction diode. Ang photodiode ay gumagana sa reverse bias conditions at may dalawang mode: photovoltaic mode at photoconductive mode. Ang photodiode ay may iba't ibang katangian, tulad ng responsivity, quantum efficiency, spectral response, dark current, dark resistance, noise, linearity, at response time.

Ang photodiode ay may maraming application sa optical communication, optical measurement, optical imaging, optical switching, at solar power generation. Ang photodiode ay maaaring gamitin upang gawin ang alarm circuits at counter circuits sa pamamagitan ng pag-detect ng interruption ng light beams. Ang photodiode ay isang versatile at useful device na maaaring hulihin at baguhin ang liwanag sa kuryente.