Šta je fotodioda?

Šta je fotodioda?

Definicija fotodioide

Fotodioda se definiše kao PN spojna dioda koja generiše struju kada je izložena svetlosti. Ovaj spoj formira se kombinovanjem 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 sa runama i stvarajući region iscrpljenosti. Ovaj region deluje kao prepreka daljoj difuziji nosioca naboja.

Fotodioda ima dva terminala, anodu i katodu, koji su povezani sa P-tipom i N-tipom regionima, redom. Anoda je obično označena zubicom ili tačkom na opremitu uređaja. Simbol fotodioide prikazan je ispod, sa dve strelice koje pokazuju prema spojnom regionu kako bi ukazale da je osjetljiva na svetlost.

Princip rada

Kada je fotodioda povezana u obrnutom polaritetu sa spoljnim krugom, mala obrnuta struja teče od anode ka katodi. Ova struja, poznata kao tamna struja, nastaje termalnom generacijom manjinskih nosioca naboja u poluprovodniku. Tamna struja ne zavisi od primenjene obrnute napona, ali varira sa temperaturom i nivoom dopiranja.

Kada dovoljno energentna svetlost udari fotodiodu, stvara parove elektron-runa u poluprovodničkom materijalu. Ovaj proces se takođe naziva unutrašnjim fotoelektričnim efektom. Ako apsorpcija svetlosti nastane u ili blizu regiona iscrpljenosti, ovi nosioci naboja su podignuti električnim poljem preko spojnog regiona, stvarajući fotostruju koja se dodaje tamnoj struji. Tako, rune kreću prema anodi, a elektroni prema katodi, i obrnuta struja raste sa porastom intenziteta svetlosti.

Fotostruja je proporcionalna intenzitetu svetlosti za određenu talasnu dužinu i temperaturu. Ako je intenzitet svetlosti previše visok, fotostruja dostiže maksimalnu vrednost, poznatu kao struja nasitnja, iznad koje više ne raste. Ova struja nasitnja zavisi od geometrije i svojstava materijala uređaja.

Fotodioda može raditi u dva režima: fotovoltački režim i fotocondutivni režim.

Fotovoltački režim

U fotovoltačkom režimu, na fotodiodu nije primenjen vanjski obrnut napon, čime djeluje kao solarna celija koja proizvodi energiju iz svetlosti. Fotostruja teče kroz kratku vezu ili otpornost opterećenja povezanu sa terminalima. Ako je krug otvoren ili ima visoku otpornost, napon se gradi preko uređaja, napajajući ga direktno. Ovaj napon, poznat kao napon otvorenog kruga, zavisi od intenziteta i talasne dužine svetlosti.

Fotovoltački režim ispoljava fotovoltačni efekt, koji se koristi za proizvodnju solarnih energija iz sunčeve svetlosti. Međutim, ovaj režim ima neke nedostatke, poput niske brzine odgovora, visokog serije otpora i niske osjetljivosti.

Fotocondutivni režim

U fotocondutivnom režimu, na fotodiodu je primenjen vanjski obrnut napon, i ona djeluje kao promenljivi otpornik koji menja svoju otpornost sa intenzitetom svetlosti. Fotostruja teče kroz vanjski krug koji pruža bias napon i meri izlaznu struju ili napon.

Fotocondutivni režim ima neke prednosti nad fotovoltačkim režimom, poput visoke brzine odgovora, niske serije otpornosti, visoke osjetljivosti i širokog dinamičkog raspona. Međutim, ovaj režim takođe ima neke mane, poput veće buke, veće potrošnje energije i niže linearnosti.

Karakteristike fotodioide

Karakteristike fotodioide opisuju njen performans pod različitim uslovima intenziteta svetlosti, talasne dužine, temperature, bias napona itd. Neki od ovih karakteristika su:

Primene fotodioide

• Optička komunikacija

• Optička merenja

• Optičko slikanje

• Optičko preklapljanje

• Generisanje solarnih energija

Zaključak

Fotodioda je poluprovodnički uređaj koji pretvara svetlost u električnu struju. Radi na principu unutrašnjeg fotoelektričnog efekta koji stvara parove elektron-runa kada fotoni udare PN spojnu diodu. Fotodioda radi u obrnutom polaritetu i ima dva režima: fotovoltački režim i fotocondutivni režim. Fotodioda ima razne karakteristike, poput odzivnosti, kvantne efikasnosti, spektralne responsivnosti, tamne struje, tamnog otpora, buke, linearnosti i vremena odziva.

Fotodioda ima mnoge primene u optičkoj komunikaciji, optičkim merenjima, optičkom slikanju, optičkom preklapljanju i generisanju solarnih energija. Fotodioda se može koristiti za izradu alarmnih krugova i brojačkih krugova detektovanjem prekidanja svetlosnih zraka. Fotodioda je versatile i koristan uređaj koji može osetiti i pretvoriti svetlost u električnu energiju.