Kaj je fotodioda?

Kaj je fotodioda?

Definicija fotodioide

Fotodioda se definira kot PN prehod diode, ki generira tok, ko je izpostavljena svetlobi. Ta prehod je sestavljen iz P-tipa in N-tipa polprevodniških materialov. P-tip material ima dodatne pozitivne nosilce naboja (luke), medtem ko N-tip material ima dodatne negativne nosilce naboja (elektrone). Ko se ti materiali stikajo, elektroni iz N-tipe območja preselijo v P-tipe območje, kjer se ponovno združijo z lukami in ustvarijo območje izčrpanosti. To območje deluje kot ovira za nadaljnjo difuzijo nosilcev naboja.

Fotodioda ima dva terminala, anodo in katodo, ki sta povezana z P-tipom in N-tipom območji, ustrezno. Anoda je običajno označena z zavihkom ali pikico na opakovanju naprave. Simbol fotodioide je prikazan spodaj, z dvema puščicama, ki kažeta proti prehodu, da bi naznačili, da je čutljiva za svetlobo.

Načelo delovanja

Ko je fotodioda povezana v obrnjenem polarizaciji z zunanjo vezjo, teče majhen obrnut tok od anode do katode. Ta tok, znani kot temni tok, je posledica termične generacije manjšinskega nosilca naboja v polprevodniku. Temni tok ne odvisi od uporabljenega obrnutega napetosti, ampak se spreminja glede na temperaturo in stopnjo dopiranja.

Ko svetloba z zadostno energijo pride v stik s fotodiodo, ustvari parove elektron-luka v polprevodniškem materialu. Ta proces se imenuje tudi notranji fotoelektrični učinek. Če se absorpcija svetlobe zgodi v ali blizu območja izčrpanosti, so ti nosilci naboja odvedeni z električnim poljem preko prehoda, kar ustvari fotoelektrični tok, ki se doda k temnemu toku. Tako se luke premikajo proti anodi, elektroni pa proti katodi, in obrnuti tok raste z naraščanjem intenzitete svetlobe.

Fotoelektrični tok je sorazmeren z intenziteto svetlobe za določeno valovno dolžino in temperaturo. Če je intenziteta svetlobe previsoka, fotoelektrični tok doseže maksimalno vrednost, imenovano nasitni tok, preko katerega se več ne povečuje. Ta nasitni tok je odvisen od geometrije naprave in lastnosti materiala.

Fotodioda lahko deluje v dveh načinih: fotovoltaičnem načinu in fotovodnem načinu.

Fotovoltaični način

V fotovoltaičnem načinu ni zunanje obrnite napetosti, ki bi bila uporabljena na fotodiodi, zato deluje kot solarna celica, ki generira energijo iz svetlobe. Fotoelektrični tok teče skozi kratko zaprto vezjo ali optično impedanco, povezano z terminali. Če je vezja odprta ali ima visoko upornost, se napetost gradi na napravi, s čimer jo napeti v smeri naprej. Ta napetost, imenovana odprtokovna napetost, je odvisna od intenzitete in valovne dolžine svetlobe.

Fotovoltaični način izkorišča fotovoltaični učinek, ki se uporablja za proizvodnjo solarnih energij iz sončne svetlobe. Vendar ta način ima nekatera slabost, kot so nizka hitrost odziva, visoka serija upornosti in nizka občutljivost.

Fotovodni način

V fotovodnem načinu se zunanja obrnjena napetost uporablja na fotodiodi, in deluje kot spremenljivi upornik, ki spreminja svojo upornost z intenziteto svetlobe. Fotoelektrični tok teče skozi zunanjo vezjo, ki zagotavlja polarizacijsko napetost in meri izhodni tok ali napetost.

Fotovodni način ima nekaj prednosti v primerjavi s fotovoltaičnim načinom, kot so visoka hitrost odziva, nizka serija upornosti, visoka občutljivost in širok dinamični razpon. Vendar ta način ima tudi nekatere pomanjkljivosti, kot so višji raven šuma, višja poraba energije in nižja linearnost.

Značilnosti fotodioide

Značilnosti fotodioide opisujejo njeno delovanje pod različnimi pogoji intenzitete svetlobe, valovne dolžine, temperature, polarizacijske napetosti itd. Nekatere od teh značilnosti so:

Uporabe fotodioide

• Optična komunikacija

• Optična meritve

• Optično slikanje

• Optično preklop

• Generiranje solarnih energij

Zaključek

Fotodioda je polprevodniška naprava, ki pretvori svetlobo v električni tok. Deluje na principu notranjega fotoelektričnega učinka, ki ustvari pare elektron-luka, ko fotoni stikajo s PN prehodno diodo. Fotodioda deluje v obrnjenem polarizaciji in ima dva načina: fotovoltaični način in fotovodni način. Fotodioda ima različne značilnosti, kot so odzivnost, kvantna učinkovitost, spektralni odziv, temni tok, temna upornost, šum, linearnost in čas odziva.

Fotodioda ima veliko uporab v optični komunikaciji, optičnih merilih, optičnem slikanju, optičnem preklopu in generiranju solarnih energij. Fotodioda se lahko uporablja za izdelavo alarmnih vezij in števalnih vezij z detektiranjem prekinjanja svetlobnih žarkov. Fotodioda je prilagodljiva in uporabna naprava, ki lahko zazna in pretvori svetlobo v elektriko.