Što je fotodioda?

Što je fotodioda?

Definicija fotodioide

Fotodioda se definira kao PN spojna dioda koja generira struja kada je izložena svjetlu. Taj spoj nastaje kombiniranjem P-tipa i N-tipa poluprovodnih materijala. P-tip materijal ima dodatne pozitivne nosioci naboja (rune), dok N-tip materijal ima dodatne negativne nosioci naboja (elektrone). Kada se ovi materijali sastanu, elektroni iz N-regiona prelaze u P-region, rekombinirajući s runama i stvarajući regiju iscrpljenosti. Ova regija djeluje kao prepreka daljnjem difuziji nosioca naboja.

Fotodioda ima dva terminala, anodu i katodu, koji su povezani s P-tipom i N-tipom regionima, redom. Anoda obično označena je zarezom ili točkom na opakovanju uređaja. Simbol fotodioide prikazan je u nastavku, s dvije strelice koje pokazuju prema spojnom mjestu kako bi ukazale da je osjetljiva na svjetlost.

Načelo rada

Kada je fotodioda spojena u obrnutom smjeru na vanjski krug, mala obrnuta struja teče od anode do katode. Ova struja, poznata kao tamska struja, rezultira termalnim generiranjem manjinskih nosioca naboja u poluprovodniku. Tamska struja ne ovisi o primijenjenom obrnutom naponu, ali varira s temperaturom i stupnjem dopiranja.

Kada svjetlost dovoljne energije udari fotodiodu, stvara parove elektron-runa u poluprovodničkom materijalu. Taj proces također se naziva unutarnji fotoelektrični efekt. Ako apsorpcija svjetlosti dogodi u ili blizu regije iscrpljenosti, ti nosioci naboja vuku se električnim poljem preko spojnog mjestа, stvarajući fotostruju koja se dodaje tamskoj struji. Stoga, rune kreću prema anodi, a elektroni prema katodi, i obrnuta struja raste s porastom intenziteta svjetlosti.

Fotostruja je proporcionalna intenzitetu svjetlosti za određenu valnu duljinu i temperaturu. Ako je intenzitet svjetlosti previše visok, fotostruja doseže maksimalnu vrijednost zvanu struja nasycenja, izvan koje više ne raste. Struja nasycenja ovisi o geometriji i svojstvima uređaja.

Fotodioda može raditi u dvama modovima: fotovoltačkom i fotoconductivnom modu.

Fotovoltački mod

U fotovoltačkom modu, na fotodiodu nije primijenjen vanjski obrnuti napon, čime ona djeluje kao solarna celija koja proizvodi energiju iz svjetlosti. Fotostruja teče kroz kratki spoj ili opterećenje spojeno na terminalima. Ako je krug otvoren ili ima visok otpor, napona se gradi na uređaju, napajajući ga u smjeru napada. Taj napon, poznat kao napon otvorenog kruga, ovisi o intenzitetu i valnoj duljini svjetlosti.

Fotovoltački mod iskorištava fotovoltački efekt, koji se koristi za proizvodnju solarnih energija iz sunčane svjetlosti. Međutim, ovaj mod ima neke nedostatke, poput niske brzine odgovora, visokog serijeskog otpora i niske osjetljivosti.

Fotoconductive mod

U fotoconductive modu, na fotodiodu primjenjuje se vanjski obrnuti napon, i ona djeluje kao promjenjivi otpornik koji mijenja svoj otpor s intenzitetom svjetlosti. Fotostruja teče kroz vanjski krug koji pruža bias napon i mjeri izlaznu struju ili napona.

Fotoconductive mod ima neke prednosti nad fotovoltačkim modom, poput visoke brzine odgovora, niskog serijeskog otpora, visoke osjetljivosti i širokog dinamičkog raspona. Međutim, ovaj mod također ima neke nedostatke, poput veće razinе šuma, veće potrošnje energije i niže lineariteta.

Karakteristike fotodioide

Karakteristike fotodioide opisuju njen performans pod različitim uvjetima intenziteta svjetlosti, valne duljine, temperature, bias napona itd. Neke od tih karakteristika su:

Primjene fotodioide

• Optička komunikacija

• Optička mjerenja

• Optička slikanje

• Optička prekidača

• Generiranje solarnih energija

Zaključak

Fotodioda je poluprovodnički uređaj koji pretvara svjetlost u električnu struju. Radila na principu unutarnjeg fotoelektričnog efekta koji stvara parove elektron-runa kada fotoni udare PN spojnu diodu. Fotodioda radi u obrnutim uslovima napajanja i ima dva moda: fotovoltački i fotoconductive. Fotodioda ima razne karakteristike, poput responsivnosti, kvantne učinkovitosti, spektralne odzivnosti, tamne struje, tamnog otpora, šuma, lineariteta i vremena odgovora.

Fotodioda ima mnogo primjena u optičkoj komunikaciji, optičkim mjerenjima, optičkom slikanju, optičkim prekidačima i generiranju solarnih energija. Fotodioda može se koristiti za izradu alarmnih krugova i brojačkih krugova detektirajući prekid svjetlosnih zraka. Fotodioda je prilagodljiv i koristan uređaj koji može osjetiti i pretvoriti svjetlost u elektricitet.