Điều gì là Photodiode?

Điôt quang là gì?

Định nghĩa Điôt quang

Điôt quang được định nghĩa là điôt PN tạo ra dòng điện khi tiếp xúc với ánh sáng. Kết nối này được hình thành bằng cách kết hợp vật liệu bán dẫn loại P và loại N. Vật liệu loại P có các hạt mang điện dương (lỗ) dư thừa, trong khi vật liệu loại N có các hạt mang điện âm (electron) dư thừa. Khi các vật liệu này gặp nhau, electron từ vùng N di chuyển vào vùng P, tái hợp với lỗ và tạo ra vùng cạn kiệt. Vùng này hoạt động như một rào cản đối với sự khuếch tán của các hạt mang điện.

Điôt quang có hai đầu cuối, anode và cathode, được kết nối với vùng P và vùng N tương ứng. Anode thường được đánh dấu bằng một tab hoặc một chấm trên vỏ thiết bị. Biểu tượng của điôt quang được hiển thị dưới đây, với hai mũi tên chỉ về phía kết nối để chỉ ra rằng nó nhạy cảm với ánh sáng.

Nguyên lý hoạt động

Khi điôt quang được kết nối ngược với mạch bên ngoài, một dòng điện nhỏ chảy từ anode đến cathode. Dòng điện này, được gọi là dòng điện tối, do sự tạo ra các hạt mang điện thiểu số trong bán dẫn. Dòng điện tối không phụ thuộc vào điện áp ngược áp dụng nhưng thay đổi theo nhiệt độ và mức độ pha trộn.

Khi ánh sáng đủ năng lượng chiếu vào điôt quang, nó tạo ra các cặp electron-lỗ trong vật liệu bán dẫn. Quá trình này còn được gọi là hiệu ứng photoelectric nội. Nếu việc hấp thụ ánh sáng xảy ra trong hoặc gần vùng cạn kiệt, các hạt mang điện này được quét bởi điện trường qua kết nối, tạo ra dòng điện quang cộng thêm vào dòng điện tối. Do đó, lỗ di chuyển về phía anode, electron di chuyển về phía cathode, và dòng điện ngược tăng lên khi cường độ ánh sáng tăng.

Dòng điện quang tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng cho một bước sóng và nhiệt độ cụ thể. Nếu cường độ ánh sáng quá cao, dòng điện quang đạt giá trị cực đại gọi là dòng điện bão hòa, vượt quá mức này dòng điện không còn tăng nữa. Dòng điện bão hòa này phụ thuộc vào hình học và tính chất vật liệu của thiết bị.

Điôt quang có thể hoạt động ở hai chế độ: chế độ quang điện và chế độ quang dẫn.

Chế độ quang điện

Trong chế độ quang điện, không có điện áp ngược ngoại vi được áp dụng cho điôt quang, làm cho nó hoạt động như một tế bào mặt trời tạo ra điện từ ánh sáng. Dòng điện quang chảy qua mạch ngắn mạch hoặc trở kháng tải được kết nối với các đầu cuối. Nếu mạch mở hoặc có trở kháng cao, một điện áp tích tụ trên thiết bị, tạo ra điện áp tiến. Điện áp này, được gọi là điện áp mạch mở, phụ thuộc vào cường độ và bước sóng ánh sáng.

Chế độ quang điện khai thác hiệu ứng quang điện, được sử dụng để sản xuất năng lượng mặt trời từ ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, chế độ này có một số nhược điểm, chẳng hạn như tốc độ phản hồi thấp, trở kháng chuỗi cao và độ nhạy thấp.

Chế độ quang dẫn

Trong chế độ quang dẫn, một điện áp ngược ngoại vi được áp dụng cho điôt quang, và nó hoạt động như một biến trở thay đổi trở kháng theo cường độ ánh sáng. Dòng điện quang chảy qua mạch ngoại vi cung cấp điện áp phân cực và đo dòng điện hoặc điện áp đầu ra.

Chế độ quang dẫn có một số ưu điểm so với chế độ quang điện, chẳng hạn như tốc độ phản hồi cao, trở kháng chuỗi thấp, độ nhạy cao và dải động rộng. Tuy nhiên, chế độ này cũng có một số nhược điểm, như nhiễu cao hơn, tiêu thụ điện năng cao hơn và tuyến tính thấp hơn.

Đặc tính của Điôt quang

Đặc tính của điôt quang mô tả hiệu suất của nó trong các điều kiện khác nhau về cường độ ánh sáng, bước sóng, nhiệt độ, điện áp phân cực, v.v. Một số đặc tính này bao gồm:

Ứng dụng của Điôt quang

• Giao tiếp quang

• Đo lường quang

• Thành ảnh quang

• Chuyển mạch quang

• Tạo năng lượng mặt trời

Kết luận

Điôt quang là thiết bị bán dẫn chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng photoelectric nội tạo ra các cặp electron-lỗ khi photon chiếu vào điôt PN. Điôt quang hoạt động trong điều kiện phân cực ngược và có hai chế độ: chế độ quang điện và chế độ quang dẫn. Điôt quang có nhiều đặc tính, như độ nhạy, hiệu suất lượng tử, phản ứng phổ, dòng điện tối, trở kháng tối, nhiễu, tuyến tính và thời gian phản hồi.

Điôt quang có nhiều ứng dụng trong giao tiếp quang, đo lường quang, thành ảnh quang, chuyển mạch quang và tạo năng lượng mặt trời. Điôt quang có thể được sử dụng để tạo các mạch báo động và mạch đếm bằng cách phát hiện sự ngắt quãng của tia sáng. Điôt quang là thiết bị đa năng và hữu ích có thể cảm nhận và chuyển đổi ánh sáng thành điện.