Nini ni Photodiode?

Nini ni Photodiode?

Maendeleo ya Photodiode

Photodiode ina maana ya diode ya PN ambayo hutengeneza current wakati ikijikwaa mwanga. Muungano huu unafanyika kwa kushirikiana maziwa za semiconductors P-type na N-type. Maziwa P-type yana viwango vya positive zaidi (holes), sana vile maziwa N-type yana viwango vya negative zaidi (electrons). Wakati maziwa haya hujikuta, electrons kutoka kwenye eneo la N-type huenda kwenye eneo la P-type, kurecombine na holes na kuunda depletion region. Eneo hili linafaa kama chokotezo kwa diffusion ya charge carriers.

Photodiode ana terminal mbili, anode na cathode, ambazo zinahusishwa kwenye maziwa P-type na N-type tofauti. Anode mara nyingi inajulikana kwa tab au dot kwenye pakiti la kifaa. Symbol ya photodiode inavyoelezwa chini, na sahani mbili zinazolizika kuelekea muungano kudhinisha kwamba ni sensitive kwa mwanga.

Sera za Kufanya Kazi

Wakati photodiode inahusishwa kwenye reverse bias kwenye circuit yenye nje, current dogo husafiri kutoka anode hadi cathode. Current hii, inayojulikana kama dark current, inatokea kutokana na thermal generation ya minority charge carriers kwenye semiconductor. Dark current haiingilie voltage iliyopakiwa lakini huvunjika kwa joto na level ya doping.

Wakati mwanga wa energy nzuri ukijikwaa photodiode, hutengeneza electron-hole pairs kwenye maziwa za semiconductor. Mchakato huu pia unatafsiriwa kama inner photoelectric effect. Ikiwa absorption ya mwanga hutokea kwenye au karibu na depletion region, charge carriers hawa huwaswa na electric field kwenye muungano, kutengeneza photocurrent ambayo hinzuwe kwenye dark current. Hivyo, holes humpanda kuelekea anode, na electrons humpanda kuelekea cathode, na reverse current hujonge kwa kuongezeka kwa intensity ya mwanga.

Photocurrent unaonekana kulingana na intensity ya mwanga kwa wavelength na joto fulani. Ikiwa intensity ya mwanga ni mkubwa sana, photocurrent hufikiwa kwenye maximum value inayoitwa saturation current, hapo baada ya hii haijonge tena. Saturation current hii huingilie geometry na properties za material ya kifaa.

Photodiode inaweza kufanya kazi katika modes mbili: photovoltaic mode na photoconductive mode.

Photovoltaic Mode

Katika photovoltaic mode, hakuna external reverse voltage imetumika kwenye photodiode, kufanya kawaida kama solar cell ambayo hutengeneza nguvu kutokana na mwanga. Photocurrent hufiki kwenye short circuit au load impedance imetumika kwenye terminals. Ikiwa circuit imefungwa au ina high impedance, voltage hufiki kwenye device, forward-biasing it. Voltage hii, inayoitwa open-circuit voltage, huingilie intensity na wavelength ya mwanga.

Photovoltaic mode hutumia photovoltaic effect, ambayo hutumiwa kutengeneza solar energy kutokana na sunlight. Lakini, mode hii ina changamoto kadhaa, kama vile low response speed, high series resistance, na low sensitivity.

Photoconductive Mode

Katika photoconductive mode, external reverse voltage imetumika kwenye photodiode, na hutumika kama variable resistor ambayo huchanganya resistance yake kwa intensity ya mwanga. Photocurrent hufiki kwenye external circuit inayotumia bias voltage na kukabiliana na output current au voltage.

Photoconductive mode ina faida kadhaa kwenye photovoltaic mode, kama vile high response speed, low series resistance, high sensitivity, na wide dynamic range. Lakini, mode hii pia ina changamoto kadhaa, kama vile noise levels zifuatazo, power consumption zifuatazo, na linearity chache.

Maelezo ya Photodiode

Maelezo ya photodiode yanatafsiri performance yake kwenye masharti tofauti za intensity ya mwanga, wavelength, joto, bias voltage, na kadhalika. Maelezo hayo ni:

Matumizi ya Photodiode

• Optical communication

• Optical measurement

• Optical imaging

• Optical switching

• Solar power generation

Kumekesha

Photodiode ni kifaa cha semiconductor kilichoconvert mwanga kwenye electric current. Inafanya kazi kwa kutumia inner photoelectric effect ambayo hutengeneza electron-hole pairs wakati photons wakijikwaa diode ya PN. Photodiode inafanya kazi kwenye masharti ya reverse bias na ina modes mbili: photovoltaic mode na photoconductive mode. Photodiode ina maelezo mengi, kama vile responsivity, quantum efficiency, spectral response, dark current, dark resistance, noise, linearity, na response time.

Photodiode ina matumizi mengi kwenye optical communication, optical measurement, optical imaging, optical switching, na solar power generation. Photodiode inaweza kutumiwa kufanya alarm circuits na counter circuits kwa kudetect interruption ya light beams. Photodiode ni kifaa cha utaratibu na linaweza kutumia kutambua na convert mwanga kwenye umeme.