Fotodetektors

Definīcija

Fotopārveidotājs ir poluprovadītāja ierīce, kas pārvērš gaismas enerģiju elektriskajā enerģijā. Tā izmanto fotodarbības elementu, kas emite elektronus, kad tā tos pieskārās gaismam, mainot elementa elektriskās īpašības un izraisojot strāvu, kas atkarīga no absorētā gaismas intensitātes. Zemāk redzamā shēma parāda poluprovadītāja materiāla struktūru.

Fotopārveidotājs absorbu gaismas starojumu, kas uzkrīt uz tā poluprovadītāja materiālu. Šis absorbcijas process enerģējo poluprovadītāja elektronus, padarot tos kustīgiem. Elektronu mobilitāte izraisa vienu no trim efektiem:

• Materiāla pretestības maiņa.

• Poluprovadītāja izvades strāvas maiņa.

• Poluprovadītāja izvades sprieguma maiņa.

Fotopārveidotāju klasifikācija

Fotopārveidotāji tiek klasificēti šādi:

Fotoemissīves šūnas

Fotoemissīve šūna pārvērš fotonus elektriskajā enerģijā. Tā satur anoda šķidrumu un katodu plāksni, abas apklātas ar fotoemissīvo materiālu, piemēram, caesijs antimons.

Kad gaismas starojums pieskārās katodes plāksnei, elektronu plūsme sākas no katodes uz anodi. Anode un katode ir nomazgātas slēgtā, neizskaidrojamā vakuumā. Kad gaismas starojums nonāk slēgtajā tubā, elektronu emisija notiek no katodes un tie pārvietojas uz anodi.

Anode tiek uzturēta pozitīvā potenciālā, izraisojot fotoelektrisko strāvu caur to. Šīs strāvas lielums ir tieši proporcionāls caur tubu ejotā gaismas intensitātei.

Fotokonduktīvā šūna

Fotokonduktīvā šūna pārvērš gaismas enerģiju elektriskajā strāvā. Tā izmanto poluprovadītāja materiālus, piemēram, kadmija selenīdu, germani (Ge) vai seleni (Se) kā fotodarbības elementu.

Kad gaismas stari pieskārās poluprovadītāja materiālam, tā konduktivitāte palielinās, un materiāls darbojas kā slēgts slēdzis. Strāva tad plūst caur materiālu, novirzot rādītāja kazāmi.

Fotovoltāiskā šūna

Fotovoltāiskā šūna ir aktīvs pārveidotājs. Strāva sāk plūst fotovoltāiskajā šūnā, kad pie tās savienots slodze. Parasti izmanto siliciju un seleni kā poluprovadītāja materiālus. Kad poluprovadītāja materiāls absorbu gaismu (nevis siltumu), tā brīvās elektronu kustība sākas - šo parādību sauc par fotovoltāisko efektu.

Elektronu kustība veido šūnā strāvu, ko sauc par fotoelektrisko strāvu.

Fotodiode

Fotodiode ir poluprovadītāja ierīce, kas pārvērš gaismu strāvā. Kad fotodiode absorbu gaismas enerģiju, tās poluprovadītāja materiāla elektronu kustība sākas. Fotodiode ir aprīkota ar ļoti īsu reaģēšanas laiku un ir izstrādāta, lai darbotos pretvērtējumā.

Fototransistoris

Fototransistoris ir ierīce, kas pārvērš gaismas enerģiju elektriskajā enerģijā, ģenerējot gan strāvu, gan spriegumu.

Fotovoltāiskā šūna

Fotovoltāiskā šūna ir dvipolāra ierīce, kas sastāv no poluprovadītāja materiāla, kas ieņemts telpīgā konteinerī, ļaujot gaismam viegli sasniedz fotodarbības elementu. Kad šis elements absorbu gaismu, no ierīces bāzes uz emitētāju sāk plūst strāva, kas pēc tam tiek pārveidota spriegumā.