Fotodioda je a PN-spojna dioda ki porabi svetlobno energijo za proizvodnjo električnega toka. Včasih se imenuje tudi foto detektor, detektor svetlobe in foto senzor. Te diode so posebej zasnovane za delovanje v obratnih pogojih, kar pomeni, da je P stran fotodiode povezana z negativnim priključkom akumulatorja, n stran pa s pozitivnim priključkom akumulatorja. Ta dioda je zelo zapletena za svetlobo, zato, ko svetloba pade na diodo, zlahka spremeni svetlobo v električni tok. Sončna celica je tudi označena kot fotodioda velikega obsega, ker je pretvarja sončno energijo v električno energijo . Čeprav sončna celica deluje samo v močni svetlobi.

Kaj je fotodioda?

Fotodioda je ena vrsta svetlobnega detektorja, ki se uporablja za pretvorbo svetlobe v tok ali napetost glede na način delovanja naprave. Vsebuje optične filtre, vgrajene leče in tudi površine. Te diode imajo počasen odzivni čas, ko se površina fotodiode poveča. Fotodiode so podobne običajnim polprevodniškim diodam, vendar so lahko bodisi vidne, da svetloba doseže občutljiv del naprave. Več diod, namenjenih za uporaba natančno kot fotodiode bo uporabila tudi spoj PIN nekoliko kot običajni PN spoj.

Nekatere fotodiode bodo videti tako svetleča dioda . Od konca imata dva terminala. Manjši konec diode je katodni terminal, daljši konec diode pa anodni terminal. Za strani anode in katode glejte naslednji shematski diagram. V pogoju prednaklona bo običajni tok tekel od anode do katode po puščici v simbolu diode. Foto tok teče v obratni smeri.

Vrste fotodiode

Čeprav so na trgu na voljo številne vrste fotodiod in vsi delujejo po enakih osnovnih načelih, so nekatere izboljšane z drugimi učinki. Delovanje različnih vrst fotodiod deluje nekoliko drugače, vendar osnovno delovanje teh diod ostaja enako. Vrste fotodiod lahko razvrstimo glede na njihovo zgradbo in funkcije, kot sledi.

PN fotodioda
Schottky foto dioda
PIN fotodioda
Plazemska fotodioda

PN fotodioda

Prva razvita vrsta fotodiode je vrsta PN. V primerjavi z drugimi vrstami njegova zmogljivost ni napredna, vendar se trenutno uporablja v več aplikacijah. Fotodetekcija se večinoma zgodi v območju izčrpavanja diode. Ta dioda je precej majhna, vendar njena občutljivost v primerjavi z drugimi ni velika. Za več informacij o PN diodi si oglejte to povezavo.

“kaj počne invertirni ojačevalnik ”

PIN fotodioda

Trenutno je najpogosteje uporabljena fotodioda vrsta PIN. Ta dioda zbira svetlobne fotone močneje v primerjavi s standardno fotodiodo PN, ker široko lastno območje med območjema P in N omogoča zbiranje več svetlobe, poleg tega pa ponuja tudi manjšo kapacitivnost. Preberite to povezavo, če želite izvedeti več o diodi PIN.

Plazemska fotodioda

Tovrstna dioda se zaradi visokih ojačitev uporablja v območjih s šibko svetlobo. Ustvari visoko raven hrupa. Torej ta tehnologija ni primerna za vse aplikacije. Za več informacij o plazoviti diodi si oglejte to povezavo.

Schottkyjeva fotodioda

Schottkyjeva fotodioda uporablja Schottkyjevo diodo in vključuje majhen diodni spoj, kar pomeni, da obstaja majhna kapacitivnost spoja, zato deluje pri visokih hitrostih. Tako se ta vrsta fotodiode pogosto uporablja v optičnih komunikacijskih sistemih z visoko pasovno širino (BW), kot so optične povezave. Za več informacij o Schottkyjevi diodi si oglejte to povezavo.

Vsaka vrsta fotodiode ima svoje prednosti in slabosti. Izbira te diode je odvisna od aplikacije. Različni parametri, ki jih je treba upoštevati pri izbiri fotodiode, v glavnem vključujejo hrup, valovno dolžino, omejitve povratne pristranskosti, ojačanje itd. Parametri delovanja fotodiode vključujejo odzivnost, kvantno učinkovitost, tranzitni čas ali odzivni čas.

Te diode se pogosto uporabljajo v aplikacijah, kjer je potrebno zaznati prisotnost svetlobe, barve, položaja, jakosti. Glavne značilnosti teh diod vključujejo naslednje.

Linearnost diode je dobra glede na vpadno svetlobo
Hrup je nizek.
Odziv je širok spektralni
Robustno mehansko
Lahek in kompakten
Dolgo življenje

Potrebni materiali za izdelavo fotodiode in obseg valovnih dolžin elektromagnetnega spektra vključujejo naslednje

Za silicijev material bo valovno dolžina elektromagnetnega spektra (190-1100) nm
Za material iz germanija bo valovno dolžina elektromagnetnega spektra (400-1700) nm
Za material indijskega galijevega arzenida bo območje valovnih dolžin elektromagnetnega spektra (800-2600) nm
Za svinčev (II) sulfidni material bo valovno dolžina elektromagnetnega spektra<1000-3500) nm
Za material živega srebra, kadmijevega telurida bo valovno dolžina elektromagnetnega spektra (400-14000) nm

Zaradi boljšega pasovnega pasu fotodiode na osnovi Si proizvajajo nižji hrup kot fotodiode na osnovi Ge.

Gradnja

Konstrukcijo fotodiode lahko izvedemo z uporabo dveh polprevodnikov, kot sta P in N. Pri tej zasnovi lahko tvorimo material tipa P iz difuzije podlage tipa P, ki je rahlo dopirana. Torej lahko plast ionov P + nastane zaradi difuzijske metode. Na substratu N-tipa lahko gojimo epitaksialni sloj N-tipa.

Gradnja fotodiode

Razvoj difuzijske plasti P + lahko izvedemo na močno dopirani epitaksialni plasti N-tipa. Stiki so zasnovani s kovinami za izdelavo dveh sponk, kot sta anoda in katoda. Sprednje področje diode lahko ločimo na dve vrsti, kot sta aktivni in neaktivni površini.

Neaktivno površino lahko oblikujemo s silicijevim dioksidom (SiO2). Na aktivni površini lahko svetlobni žarki udarijo po njej, medtem ko na neaktivni površini svetlobni žarki ne morejo udariti. & aktivno površino lahko prekrijemo z materialom, ki odseva, tako da svetlobna energija ne more izgubiti in najvišjo od nje spremeniti v tok.

Delovanje fotodiode

Načelo delovanja fotodiode je, da ko foton dovolj energije udari v diodo, naredi nekaj elektronske luknje. Ta mehanizem imenujemo tudi notranji fotoelektrični učinek. Če pride do absorpcije v križišču območja izčrpavanja, se nosilci z vgrajenega električnega polja območja izčrpavanja odstranijo iz križišča.

Načelo delovanja fotodiode

Zato se luknje v območju premikajo proti anodi, elektroni pa proti katodi in nastaja fototok. Celoten tok skozi diodo je vsota odsotnosti svetlobe in fototoka. Torej je treba odsotni tok zmanjšati, da se poveča občutljivost naprave.

Načini delovanja

Načini delovanja fotodiode vključujejo tri načine, in sicer fotovoltaični način, fotoprevodni način, plazoviti diodni način

Fotovoltaični način: Ta način je znan tudi kot način ničelne pristranskosti, pri katerem osvetljena fotodioda proizvaja napetost. Daje zelo majhen dinamični razpon in nelinearno potrebo po nastali napetosti.

Fotoprevodni način: Fotodioda, uporabljena v tem fotoprevodnem načinu, je bolj pogosto obrnjena. Uporaba povratne napetosti bo povečala širino sloja izčrpavanja, kar posledično zmanjša odzivni čas in kapacitivnost spoja. Ta način je prehiter in prikazuje elektronski šum

Način plazovite diode: Diode za snežne plazove delujejo v stanju visoke vzvratne pristranskosti, kar omogoča množenje propada plazov na vsak par elektronsko luknjic, ustvarjen s fotografijo. Ta rezultat je notranji dobiček v fotodiodi, ki počasi povečuje odziv naprave.

Zakaj fotodioda deluje v obratni smeri?

Fotodioda deluje v načinu fotoprevodnosti. Ko je dioda priključena v obratni smeri, lahko širino osiromašene plasti povečamo. Torej bo to zmanjšalo kapacitivnost križišča in odzivni čas. Dejansko bo ta pristranskost povzročila hitrejši odzivni čas diode. Torej je razmerje med fototokom in osvetlitvijo linearno sorazmerno.

“krmiljenje motorja s širino impulza ”

Kateri je boljši fotodioda ali fototranzistor?

Tako fotodioda kot fototranzistor se uporabljata za pretvorbo energije svetlobe v električno. Vendar je fototranzistor zaradi izkoristka tranzistorja bolj odziven kot kontrast fotodiodi.

Tranzistor spremeni osnovni tok, ki nastane zaradi absorpcije svetlobe, zato je mogoč velik izhodni tok skozi kolektorski priključek tranzistorja. Časovni odziv fotodiod je v primerjavi s fototranzistorjem zelo hiter. Torej se uporablja, kadar pride do nihanja v tokokrogu. Za boljše podcenjevanje smo tukaj navedli nekaj točk fotodiode v primerjavi s fotorezistorjem.

Fotodioda	Fototranzistor
Polprevodniška naprava, ki pretvarja energijo iz svetlobe v električni tok, je znana kot fotodioda.	Fototranzistor se uporablja za spreminjanje svetlobne energije v električni tok s pomočjo tranzistorja.
Ustvari tako tok kot napetost	Ustvari tok
Odzivni čas je hitrost	Odzivni čas je počasen
V primerjavi s fototranzistorjem je manj odziven	Je odziven in ustvarja ogromen o / p tok.
Ta dioda deluje v obeh pristranskih pogojih	Ta dioda deluje samo s pristranskostjo naprej.
Uporablja se v merilniku svetlobe, sončni elektrarni itd	Uporablja se za zaznavanje svetlobe

Fotodiodno vezje

Shema vezja fotodiode je prikazana spodaj. To vezje je mogoče zgraditi z uporom 10k in fotodiodo. Ko fotodioda opazi svetlobo, dopušča nekaj toka skozi njo. Vsota toka, ki se napaja skozi to diodo, je lahko neposredno sorazmerna z vsoto svetlobe, ki jo opazimo skozi diodo.

Shema vezja

Priključitev fotodiode v zunanji krog

V kateri koli aplikaciji fotodioda deluje v načinu obratne pristranskosti. Anodni priključek vezja je mogoče priključiti na tla, katodni priključek pa na vir napajanja. Ko je enkrat osvetljen s svetlobo, tok teče od katodnega terminala do anodnega terminala.

Ko so fotodiode uporabljene z zunanjimi vezji, so povezane z virom energije v vezju. Torej bo količina toka, ustvarjenega s fotodiodo, izredno majhna, zato ta vrednost ne zadostuje za izdelavo elektronske naprave.

Ko so enkrat priključeni na zunanji vir električne energije, ta dovaja več toka proti vezju. V tem vezju se baterija uporablja kot vir energije, ki pomaga povečati vrednost toka, tako da zunanje naprave zagotavljajo boljše delovanje.

Učinkovitost fotodiode

Kvantno učinkovitost fotodiode lahko definiramo kot delitev absorbiranih fotonov, ki se donirajo fototoku. Za te diode je odkrito povezan z odzivnostjo 'S' brez učinka snežnega plazu, potem lahko fototok izrazimo kot

I = S P = ηe / hv. P

Kje,

„Η“ je kvantna učinkovitost

'E' je naboj elektrona

‘Hν’ je energija fotona

Kvantna učinkovitost fotodiod je izjemno visoka. V nekaterih primerih bo nad 95%, vendar se močno spreminja skozi valovno dolžino. Visoka kvantna učinkovitost zahteva nadzor odsevov poleg visoke notranje učinkovitosti, kot je antirefleksni premaz.

Odgovornost

Odzivnost fotodiode je razmerje med ustvarjenim fototokom in absorbirano optično močjo, ki jo lahko določimo znotraj linearnega odseka odziva. Pri fotodiodah je običajno največ na območju valovnih dolžin, kjer je energija fotona dokaj višja od pasovne pasovne energije in upada znotraj pasovne vrzeli, kjer se absorpcija zmanjša.

Izračun fotodiode lahko izvedemo na podlagi naslednje enačbe

R = η (e / hv)

Tu je v zgornji enačbi 'h ν' energija fotona. 'Η' je učinkovitost kvantnega & 'e' naboja osnovnega. Na primer, kvantna učinkovitost fotodiode je 90% pri valovni dolžini 800 nm, potem bo odzivnost 0,58 A / W.

“kako preizkusiti npn tranzistor ”

Za fotomultiplikatorje in plazovite fotodiode obstaja dodaten faktor za množenje notranjega toka, tako da bodo možne vrednosti nad 1 A / W. Na splošno množenje toka ni vključeno v kvantno učinkovitost.

PIN fotodioda Vs PN fotodioda

Obe fotodiodi, kot sta PN in PIN, je mogoče dobiti pri številnih dobaviteljih. Izbira fotodiode je zelo pomembna pri načrtovanju vezja, ki temelji na zahtevanih lastnostih in lastnostih.
PN fotodioda ne deluje v obratni smeri in je zato primernejša za uporabo pri šibki svetlobi, da izboljša zmogljivost hrupa.

Fotodioda PIN, ki deluje v obratni smeri, lahko vnese šumni tok, da zmanjša razmerje S / N
Pri aplikacijah z visokim dinamičnim razponom bo obratno pristranskost zagotovila dobre rezultate
Pri aplikacijah z visoko BW bo povratno pristranskost zagotovila dobre zmogljivosti, kot je kapacitivnost med regijami P & N, zmogljivost polnjenja pa je majhna.

Prednosti

The prednosti fotodiode vključujejo naslednje.

Manj odpornosti
Hitra in visoka hitrost delovanja
Dolga življenjska doba
Najhitrejši fotodetektor
Spektralni odziv je dober
Ne uporablja visoke napetosti
Frekvenčni odziv je dober
Trdna in majhna teža
Zelo se odziva na svetlobo
Temni tok je drožnica
Visoka kvantna učinkovitost
Manj hrupa

Slabosti

The pomanjkljivosti fotodiode vključujejo naslednje.

Temperaturna stabilnost je slaba
Sprememba znotraj toka je zelo majhna, zato morda ne bo dovolj za pogon vezja
Aktivno območje je majhno
Običajna PN-spojna fotodioda vključuje visok odzivni čas
Ima manj občutljivosti
Deluje predvsem tako, da je odvisno od temperature
Uporablja offset napetost

Uporaba fotodiode

Uporaba fotodiod vključuje podobne aplikacije fotodetektorjev, kot so naprave, povezane z nabojem, fotoprevodniki in fotomultiplikatorji.
Te diode se uporabljajo v napravah za zabavno elektroniko detektorji dima , predvajalniki kompaktnih diskov ter televizorji in daljinski upravljalniki v videorekorderjih.
V drugih potrošniških napravah, kot so radio z urami, merilniki svetlobe kamere in ulične luči, se pogosteje uporabljajo fotoprevodniki kot fotodiode.
Fotodiode se pogosto uporabljajo za natančno merjenje jakosti svetlobe v znanosti in industriji. Na splošno imajo boljši, bolj linearni odziv kot fotoprevodniki.
Fotodiode se pogosto uporabljajo tudi v številne medicinske aplikacije podobni instrumenti za analizo vzorcev, detektorji za računalniško tomografijo in se uporabljajo tudi v merilnikih za merjenje krvnega plina.
Te diode so veliko hitrejše in bolj zapletene kot običajne diode s PN-spoji in se zato pogosto uporabljajo za regulacijo razsvetljave in v optičnih komunikacijah.

V-I Značilnosti fotodiode

Fotodioda neprekinjeno deluje v načinu obratne pristranskosti. Karakteristike fotodiode so jasno prikazane na naslednji sliki, da je foto tok skoraj neodvisen od povratne napetosti prednapetosti, ki se uporablja. Pri ničelni svetilnosti je foto tok skoraj nič, razen pri majhnem temnem toku. Je reda nano amperov. Ko optična moč narašča, se tudi fototok linearno dviguje. Največji fototok je nepopoln zaradi odvajanja moči fotodiode.

Značilnosti

Tu gre torej za načelo delovanja fotodiode , značilnosti in aplikacije. Optoelektronske naprave, kot so fotodiode, so na voljo v različnih vrstah, ki se uporabljajo v skoraj vseh elektronskih napravah. Te diode se uporabljajo z IR viri svetlobe, kot so neon, laserska LED in fluorescentna. V primerjavi z drugimi diodami za zaznavanje svetlobe te diode niso drage. Upamo, da ste bolje razumeli ta koncept. Poleg tega kakršna koli vprašanja v zvezi s tem konceptom ali izvedbo električni in elektronski projekti za študente tehnike . Dajte svoje dragocene predloge s komentarjem v spodnjem oddelku za komentarje. Tukaj je vprašanje za vas, kakšna je funkcija fotodiode ?

Zasluge za fotografije: