Fotodiods

Definīcija: Speciāls PN savienojuma ierīces veids, kas ģenerē strāvu, kad tas ir pakļauts gaismai, ir pazīstams kā fotodiods. To sauc arī par fotodetektoru vai fotosensoru. Tas darbojas apgrieztā režīmā un pārveido gaismas enerģiju elektroenerģijā.

Zemāk redzamajā attēlā redzams fotodioda simbolisks attēlojums:

Fotodiodes princips

Tas darbojas pēc principa Fotoelektriskais efekts.

Fotodioda darbības princips ir tādska tad, kad šīs divu gala pusvadītāju ierīces krustojums ir izgaismots, tad caur to plūst elektriskā strāva. Ierīce izplūst tikai ar mazākuma strāvu, kad tam tiek piemērots zināms atpakaļgaitas potenciāls.

Fotodioda būvniecība

Zemāk redzamajā attēlā ir redzama fotodioda konstrukcijas detaļa:

Ierīces, kas atrodas iekšpusē, PN mezglsstikla materiāls. Tas tiek darīts, lai ļautu gaismas enerģijai šķērsot to. Tā kā tikai savienojums ir pakļauts radiācijai, otrā stikla materiāla daļa ir krāsota melnā krāsā vai ir metalizēta.

Kopējā vienība ir gandrīz neliela 2,5 mm.

Jāatzīmē, ka caur ierīci plūstošā strāva ir mikro-ampere un to mēra ar ampērmetru.

Fotodiodes darbības režīmi

Fotodiode pamatā darbojas divos režīmos:

• Fotoelektriskais režīms: Tas ir pazīstams arī kā nulles slīpuma režīms, jo ierīcei netiek nodrošināts nekāds ārējs atpakaļgaitas potenciāls. Tomēr mazākuma nesēju plūsma notiks tad, kad ierīce būs pakļauta gaismas iedarbībai.
• Fotokonduktīvais režīms: Ja ierīcei tiek izmantots zināms atpakaļgaitas potenciāls, tas darbojas kā fotorezistējošā ierīce. Šeit tiek novērots noplūdes platuma palielinājums, mainot pretējo spriegumu.

Tagad sapratīsim detalizēto shēmu izkārtojumu un fotodioda darbību.

Fotodiodes darbība

Fotodiodā ļoti maza apgrieztā strāva plūst caur ierīci, ko sauc par tumša strāva. To sauc par to, jo šī strāva ir pilnīgi mazākuma pārvadātāju plūsmas rezultāts, un tādējādi tā plūst, kad ierīce nav pakļauta radiācijai.

Elektroni atrodas p pusē un caurumiir mazākuma pārvadātāji. Kad tiek izmantots zināms apgrieztā spriegums, tad mazākuma nesējs, caurumi no n-puses piedzīvo atbaidošu spēku no akumulatora pozitīvā potenciāla.

Līdzīgi, elektroni atrodas p pusērodas negatīva ietekme uz akumulatora negatīvo potenciālu. Sakarā ar šo kustību elektronu un caurumu rekombināciju savienojuma rezultātā rodas ģenerēšanas slānis krustojumā.

Sakarā ar šo kustību ļoti maza apgrieztā strāva plūst caur ierīci, ko sauc par tumšu strāvu.

Elektronu un caurumu kombinācija krustojumā rada neitrālu atomu pie izsīkuma. Sakarā ar to tiek ierobežota turpmāka strāvas plūsma.

Tagad ierīce izgaismojasar gaismu. Kad gaisma nokrīt uz krustojuma virsmas, tad krustojuma temperatūra palielinās. Tas izraisa elektronu un caurumu atdalīšanu viens no otra.

Abās pusēs tiek atdalīti elektroni no npuse kļūst piesaistīta akumulatora pozitīvajam potenciālam. Līdzīgi, p pusē esošie caurumi piesaista akumulatora negatīvo potenciālu.

Pēc tam šī kustība rada augstu apgrieztās strāvas caur ierīci.

Palielinoties gaismas intensitātei, tiek ģenerēti vairāk lādiņu nesēji un caurplūst caur ierīci. Tādējādi, izmantojot ierīci, rodas liela elektriskā strāva.

Pēc tam šo strāvu izmanto, lai vadītu citas sistēmas shēmas.

Tātad, mēs varam teikt, ka gaismas enerģijas intensitāte ir tieši proporcionāla strāvai caur ierīci.

Tikai pozitīvs neobjektīvs potenciāls fotodioda gadījumā var likt ierīci pašreizējā stāvoklī.

Fotodiodes raksturojums

Zemāk redzamajā attēlā redzama fotodioda VI raksturlīkne:

Šeit vertikālā līnija attēlo apgrieztās strāvas plūsmu, kas plūst caur ierīci, un horizontālā līnija atspoguļo pretēju slīpumu.

Pirmā līkne attēlo tumšo strāvu, kas rada gaismas nesēju dēļ mazākuma pārvadātājiem.

Kā redzams iepriekš minētajā attēlā, visas līknes starp tām ir gandrīz vienādas. Tas ir tāpēc, ka pašreizējais proporcionāli palielinās ar gaismas plūsmu.

Zemāk redzamajā attēlā ir parādīta pašreizējās un apgaismojuma līkne:

Jāatzīmē, ka apgrieztā strāva neparāda ievērojamu pieaugumu, palielinoties apgrieztā potenciāla pieaugumam.

Fotodiodes priekšrocības

• Tas parāda ātru reakciju, ja tas ir pakļauts gaismai.
• Fotodiods nodrošina augstu darba ātrumu.
• Tas nodrošina lineāru atbildi.
• Tā ir lēta ierīce.

Fotodiodes trūkumi

• Tā ir ierīce, kas ir atkarīga no temperatūras. Un tas liecina par sliktu temperatūras stabilitāti.
• Ja tiek nodrošināts zems apgaismojums, pastiprināšana ir nepieciešama.

Fotodiodes lietojumi

1. Fotodiodes lielākoties izmanto tās skaitītājos un komutācijas ķēdēs.
2. Fotodiodes tiek plaši izmantotas optiskās sakaru sistēmā.
3. Loģiskās shēmas un kodētāji izmanto arī fotodiodu.
4. To plaši izmanto apsardzes signalizācijas sistēmās. Šādās signalizācijas sistēmās līdz brīdim, kad apstarošana netiek pārtraukta, pašreizējās plūsmas. Tā kā gaismas enerģija nesaskaras ar ierīci, tas izklausās kā trauksme.

Tipiska fotodioda gadījumā parastā apgrieztā strāva ir desmitiem mikroampera diapazona.