Fotodiode
Definitie: Een speciaal type PN-junctieapparaat dat stroom genereert wanneer het wordt blootgesteld aan licht, wordt fotodiode genoemd. Het is ook bekend als fotodetector of fotosensor. Het werkt in omgekeerde voorinstelling modus en zet lichtenergie om in elektrische energie.
De onderstaande afbeelding toont de symbolische weergave van een fotodiode:
Principe van fotodiode
Het werkt volgens het principe van Fotoëlektrisch effect.
Het werkingsprincipe van de fotodiode is datdat wanneer het knooppunt van deze twee-terminal halfgeleiderinrichting wordt verlicht, er elektrische stroom doorheen stroomt. Alleen minderheidsstroom vloeit door het apparaat wanneer het bepaalde omgekeerde potentiaal erop wordt toegepast.
Bouw van fotodiode
De onderstaande figuur toont het constructieve detail van een fotodiode:
De PN-knooppunt van het apparaat geplaatst in eenglas materiaal. Dit wordt gedaan om de lichtenergie door te laten gaan. Omdat alleen de junctie wordt blootgesteld aan straling, is het andere gedeelte van het glasmateriaal zwart geverfd of gemetalliseerd.
De totale eenheid heeft bijna een kleine dimensie 2.5 mm.
Het is opmerkelijk dat de stroom die door het apparaat vloeit, zich bevindt micro-ampère en wordt gemeten door een ampèremeter.
Operationele modi van fotodiode
Fotodiode werkt in principe in twee modi:
- Fotovoltaïsche modus: Het is ook bekend als nulbiasmodus omdat er geen extern omgekeerd potentieel is voor het apparaat. De stroom van minderheidsdragers zal echter plaatsvinden wanneer het apparaat aan licht wordt blootgesteld.
- Fotogeleidende modus: Wanneer een bepaald omgekeerd potentiaal op het apparaat wordt toegepast, gedraagt het zich als een fotogeleidend apparaat. Hier wordt een toename van de depletiebreedte gezien met de overeenkomstige verandering in de omgekeerde spanning.
Laten we nu de gedetailleerde schakeling en werking van de fotodiode begrijpen.
Werken met fotodiode
In de fotodiode vloeit een zeer kleine tegenstroom door het apparaat dat wordt aangeduid als donkere stroming. Het wordt zo genoemd omdat deze stroom volledig het resultaat is van de stroom van minderheidsdragers en dus stroomt wanneer het apparaat niet wordt blootgesteld aan straling.
De elektronen aanwezig in de p-zijde en gatenAan de andere kant zijn de minderheidsdragers aanwezig. Wanneer een bepaalde spanning in tegengestelde richting wordt aangelegd dan een minderheidsdrager, ervaren gaten van de n-zijde een afstotende kracht van de positieve spanning van de batterij.
Evenzo zijn de elektronen aanwezig aan de p-zijdeervaart afstoting van het negatieve potentieel van de batterij. Als gevolg van deze beweging recombineren elektronen en gaten op de kruising en genereren op deze wijze uitputtingsregio op de kruising.
Door deze beweging stroomt er een zeer kleine tegenstroom door het apparaat, ook wel donkerstroom genoemd.
De combinatie van elektron en gat op de kruising genereert een neutraal atoom bij de uitputting. Hierdoor is elke verdere stroomstroming beperkt.
Nu is de kruising van het apparaat verlichtmet licht. Als het licht op het oppervlak van de kruising valt, wordt de temperatuur van de kruising verhoogd. Hierdoor raken het elektron en het gat van elkaar gescheiden.
Op de twee wordt gescheiden dan elektronen uit nkant wordt aangetrokken tot het positieve potentieel van de batterij. Evenzo worden gaten in de p-zijde aangetrokken door het negatieve potentieel van de batterij.
Deze beweging genereert dan een hoge tegenstroom door het apparaat.
Met de stijging van de lichtintensiteit worden meer ladingsdragers gegenereerd en stromen door het apparaat. Daardoor produceert het een grote elektrische stroom door het apparaat.
Deze stroom wordt dan gebruikt om andere circuits van het systeem aan te drijven.
Dus, we kunnen zeggen dat de intensiteit van lichtenergie recht evenredig is met de stroom door het apparaat.
Alleen positief voorgespannen potentiaal kan het apparaat in de huidige toestand brengen in het geval van de fotodiode.
Kenmerken van fotodiode
Onderstaande figuur toont de VI-karakteristiek van een fotodiode:
Hier representeert de verticale lijn de tegenstroom die door de inrichting vloeit en de horizontale lijn de omgekeerde voorgespannen potentiaal.
De eerste curve vertegenwoordigt de donkere stroom die wordt gegenereerd door minderheidsdragers in afwezigheid van licht.
Zoals we in de bovenstaande figuur kunnen zien, vertoont alle curve bijna gelijke tussenruimte daartussen. Dit komt omdat de stroom evenredig toeneemt met de lichtstroom.
De onderstaande figuur toont de curve voor stroom versus verlichting:
Opmerkelijk hierbij is dat de tegenstroom niet significant stijgt met de toename van het omgekeerde potentieel.
Voordelen van Photodiode
- Het vertoont een snelle respons bij blootstelling aan licht.
- Fotodiode biedt een hoge werksnelheid.
- Het biedt een lineair antwoord.
- Het is een goedkoop apparaat.
Nadelen van fotodiode
- Het is een temperatuurafhankelijk apparaat. En vertoont slechte temperatuurstabiliteit.
- Wanneer een lage belichting wordt verschaft, is amplificatie noodzakelijk.
Toepassingen van fotodiode
- Fotodiodes vinden majorly zijn gebruik in tellers en schakelcircuits.
- Fotodiodes worden op grote schaal gebruikt in een optisch communicatiesysteem.
- Logische circuits en encoders maken ook gebruik van fotodiode.
- Het wordt veel gebruikt in inbraakalarmsystemen. In dergelijke alarmsystemen, totdat de blootstelling aan straling niet wordt onderbroken, stroomt de stroom. Omdat de lichtenergie niet op het apparaat valt, klinkt er een alarm.
In het geval van een typische fotodiode bevindt de normale tegenstroom zich in tientallen microampere-afstanden.
