Kas ir fotodiods?

Kas ir fotodiods?

Fotodioda definīcija

Fotodiods ir definēts kā PN savienojuma diode, kas ģenerē strāvu, kad tā iedarbojas gaismam. Šis savienojums tiek veidots, apvienojot P-tipa un N-tipa poluprovadītāja materiālus. P-tipa materiālam ir papildu pozitīvi lādiņu nosūtītāji (trīceļi), bet N-tipa materiālam ir papildu negatīvi lādiņu nosūtītāji (elektroni). Kad šie materiāli saskaras, elektronu no N-tipa reģiona pārvietojas uz P-tipa reģionu, atkalapjojoties ar trīcelīm un radot iznīcināšanas zonu. Šī zona darbojas kā barjera papildu lādiņu nosūtītāju difūzijai.

Fotodiodam ir divi kontaktpunkti - anoda un katoda, kas attiecīgi savienoti ar P-tipa un N-tipa reģioniem. Anoda parasti ir atzīmēta ar cilni vai punktu ierīces korpusā. Fotodioda simbols ir parādīts zemāk, ar divām bultām, kas norāda uz savienojumu, lai norādītu, ka tas ir jūtīgs pret gaismu.

Darbības princips

Ja fotodiods ir savienots ar taisno strāvas virzieniem ar ārējo shēmu, no anodas uz katodu plūst maza taisna strāva. Šo strāvu, ko sauc par tumšās strāvas, rada poluprovadītājā minortā lādiņu termiskā ģenerācija. Tumšā strāva nesalīdzina ar piemērotu taisno spriegumu, bet mainās atkarībā no temperatūras un dozēšanas līmeņa.

Kad uz fotodiodu iedarbojas pietiekami enerģiski gaisma, poluprovadītāja materiālā rodas elektronu-trīceļu pāri. Šis process ir arī zināms kā iekšējais fotoelektriskais efekts. Ja gaismas absorbcija notiek iznīcināšanas zonā vai tās tuvumā, šie lādiņu nosūtītāji tiek nogāzti ar elektrisku lauku caur savienojumu, radot fotostrāvu, kas pievienojas tumšajai strāvai. Tādējādi trīceļi pārvietojas uz anodu, bet elektronu pārvietojas uz katodu, un taisnā strāva pieaug ar gaismas intensitātes pieaugumu.

Fotostrāva ir proporcionāla gaismas intensitātei konkrētajam viļņa garumam un temperatūrai. Ja gaismas intensitāte ir pārāk augsta, fotostrāva sasniedz maksimālo vērtību, ko sauc par satura strāvu, pārsniedzot to, tā vairs nerašinās. Šī satura strāva atkarīga no ierīces ģeometrijas un materiālu īpašībām.

Fotodiods var darboties divos režīmos - fotovoltaiskajā un fotokonduktīvajā režīmā.

Fotovoltaiskais režīms

Fotovoltaiskajā režīmā fotodiodam nav piemērots nekāds ārējs taisns spriegums, tādējādi tas darbojas kā saules celtnieks, kas ģenerē enerģiju no gaisma. Fotostrāva plūst caur saistīto ķēdi vai slodzes impedanci, kas savienota ar kontaktpunktiem. Ja shēma ir atvērta vai tās impedanca ir augsta, fotodioda pusei uzbūvājas spriegums, to uz priekšu polarizējot. Šis spriegums, ko sauc par atvērto ceļa spriegumu, atkarīgs no gaismas intensitātes un viļņa garuma.

Fotovoltaiskais režīms izmanto fotovoltaisko efektu, kas tiek izmantots, lai ražotu saules enerģiju no saules gaismas. Tomēr šim režīmam ir dažas neīstās puses, piemēram, zema atbildes ātrums, augsta serijas pretestība un zema jūtība.

Fotokonduktīvais režīms

Fotokonduktīvajā režīmā fotodiodam tiek piemērots ārējs taisns spriegums, un tas darbojas kā maiņa rezistora, kas maina savu pretestību atkarībā no gaismas intensitātes. Fotostrāva plūst caur ārējo shēmu, kas nodrošina polarizācijas spriegumu un mēra izvades strāvu vai spriegumu.

Fotokonduktīvais režīms ir labāks nekā fotovoltaiskais režīms, piemēram, ar augstu atbildes ātrumu, zemu serijas pretestību, augstu jūtību un plašu dinamisko diapazonu. Tomēr šim režīmam ir arī dažas neīstās puses, piemēram, augstākas trokšņa līmeņi, lielāka enerģijas patēriņa un zemāka lineāritāte.

Fotodioda īpašības

Fotodioda īpašības apraksta tā veiksmīgumu dažādos apstākļos, piemēram, gaismas intensitātē, viļņa garumā, temperatūrā, polarizācijas spriegumā utt. Dažas no šīm īpašībām ir:

Fotodioda pielietojumi

• Optiskā komunikācija

• Optiskā mērīšana

• Optiskās attēlu veidošana

• Optiskās pārslēgšanas

• Saules enerģijas ražošana

Secinājums

Fotodiods ir poluprovadītāja ierīce, kas pārvērš gaisma elektriskā strāvā. Tas darbojas pēc iekšējā fotoelektriskā efekta principa, kas radīs elektronu-trīceļu pārus, kad fotonu iedarbojas PN savienojuma dīodam. Fotodiods darbojas taisnā polarizācijā un ir divos režīmos: fotovoltaiskajā un fotokonduktīvajā režīmā. Fotodiodam ir daudzas īpašības, piemēram, atbildība, kvantu efektivitāte, spektra atbilde, tumšā strāva, tumšā pretestība, trokšnis, lineāritāte un atbildes laiks.

Fotodiodam ir daudz pielietojumu optiskajā komunikācijā, optiskajā mērīšanā, optiskajās attēlu veidošanā, optiskajā pārslēgšanā un saules enerģijas ražošanā. Fotodiodu var izmantot, lai izveidotu signāla rindkopas un skaitītāju rindkopas, detektējot gaisma staru pārtraukumu. Fotodiods ir universāla un noderīga ierīce, kas var jutīgi un pārvērst gaisma elektrībā.