광전변환기
정의
광전 변환기는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 반도체 장치입니다. 이 장치는 빛에 의해 전자가 방출되는 광감응 소자를 사용하여, 소자의 전기적 특성이 변화하고 흡수된 빛의 강도에 비례하는 전류가 유도됩니다. 아래 도식은 반도체 재료의 구조를 보여줍니다.
광전 변환기는 반도체 재료에 입사하는 빛 복사를 흡수합니다. 이 흡수는 재료의 전자들을 활성화시켜 움직이게 합니다. 전자의 이동성은 다음 세 가지 효과 중 하나를 생성합니다:
광전 변환기의 분류
광전 변환기는 다음과 같이 분류됩니다:
광발생 셀
광발생 셀은 광자(빛)를 전기 에너지로 변환합니다. 이 셀은 양극 막대와 음극 판으로 구성되며, 두 부분 모두 세슘 안티모니와 같은 광발생 물질로 코팅되어 있습니다.
빛 복사가 음극 판에 닿으면 전자가 음극에서 양극으로 흐르기 시작합니다. 양극과 음극은 밀폐되고 불투명한 진공관 내부에 밀봉되어 있습니다. 빛 복사가 밀봉된 관에 도달하면 전자가 음극에서 방출되어 양극으로 이동합니다.
양극은 양의 전위를 유지하여 광전류가 흐르게 합니다. 이 전류의 크기는 관을 통과하는 빛의 강도와 직접적으로 비례합니다.
광전도 셀
광전도 셀은 빛 에너지를 전류로 변환합니다. 이 셀은 카드뮴 셀레늄, 게르마늄(Ge), 또는 셀레늄(Se)과 같은 반도체 재료를 광 감응 소자로 사용합니다.
빛 빔이 반도체 재료에 닿으면 그 재료의 전도성이 증가하여 마치 닫힌 스위치처럼 작동합니다. 그러면 전류가 재료를 통해 흐르고, 미터의 포인터가 편향됩니다.
광전지
광전지는 일종의 능동형 변환기입니다. 부하가 연결되면 광전지에서 전류가 흐릅니다. 실리콘과 셀레늄은 일반적으로 반도체 재료로 사용됩니다. 반도체 재료가 빛(열이 아닌)을 흡수하면 자유 전자가 움직이기 시작하며, 이를 광전지 효과라고 합니다.
전자의 이동은 셀에서 전류를 생성하며, 이를 광전류라고 합니다.
광다이오드
광다이오드는 빛을 전류로 변환하는 반도체 장치입니다. 광다이오드가 빛 에너지를 흡수하면, 반도체 재료의 전자가 움직이기 시작합니다. 광다이오드는 매우 짧은 응답 시간을 가지고 있으며 역방향 바이어스 상태에서 작동하도록 설계되었습니다.
광트랜지스터
광트랜지스터는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전류와 전압을 생성하는 장치입니다.
광전지
광전지는 반도체 재료로 이루어진 양극성 장치로, 투명한 용기에 담겨 있어 빛이 쉽게 광감응 소자에 도달할 수 있도록 되어 있습니다. 소자가 빛을 흡수하면, 기기의 베이스에서 에미터로 전류가 흐르기 시작하며, 이는 전압으로 변환됩니다.
