Fotodioda je a PN-spoj dioda koji troši svjetlosnu energiju za proizvodnju električne struje. Ponekad se naziva i fotodetektor, detektor svjetlosti i fotosenzor. Te su diode posebno dizajnirane za rad u uvjetima obrnutog prednapona, što znači da je P-strana fotodiode povezana s negativnim priključkom baterije, a n-strana povezana s pozitivnim priključkom baterije. Ova je dioda vrlo složena za svjetlost, pa kad svjetlost padne na diodu, lako mijenja svjetlost u električnu struju. Solarna ćelija je također označena kao fotodioda velike površine jer je pretvara sunčevu energiju u električnu . Iako solarna ćelija djeluje samo na jakom svjetlu.

Što je fotodioda?

Fotodioda je jedna vrsta svjetlosnog detektora koja se koristi za pretvaranje svjetlosti u struju ili napon na temelju načina rada uređaja. Sadrži optičke filtre, ugrađene leće, kao i površine. Te diode imaju sporo vrijeme odziva kada se površina fotodiode povećava. Fotodiode su slične uobičajenim poluvodičkim diodama, ali mogu biti vidljive kako bi svjetlost dopirala do osjetljivog dijela uređaja. Nekoliko dioda namijenjenih za ako se koristi točno kao fotodioda, također će se koristiti PIN spoj nešto više od uobičajenog PN spoja.

Izgledat će neke fotodiode dioda koja emitira svjetlost . Imaju dva terminala koja dolaze s kraja. Manji kraj diode je katodni terminal, dok je duži kraj diode anodni terminal. Pogledajte slijedeći shematski dijagram stranica anode i katode. Pod uvjetima pristranosti prema naprijed, uobičajena struja će teći od anode do katode, slijedeći strelicu u simbolu diode. Fotostruja teče u obrnutom smjeru.

Vrste fotodiode

Iako su na tržištu dostupne brojne vrste fotodioda i sve one djeluju na istim osnovnim principima, iako su neke poboljšane drugim učincima. Rad različitih vrsta fotodioda djeluje na malo drugačiji način, ali osnovni rad ovih dioda ostaje isti. Vrste fotodioda mogu se klasificirati na temelju njihove građe i funkcija kako slijedi.

PN fotodioda
Schottky foto dioda
PIN fotodioda
Fotodioda od lavine

PN fotodioda

Prva razvijena vrsta fotodiode je PN vrsta. U usporedbi s drugim vrstama, njegove performanse nisu napredne, ali trenutno se koristi u nekoliko aplikacija. Fotodetekcija se uglavnom događa u području iscrpljivanja diode. Ova je dioda prilično mala, ali osjetljivost nije velika u usporedbi s drugima. Pogledajte ovu vezu da biste saznali više o PN diodi.

“eeprom je hlapljiv ili nehlapljiv ”

PIN fotodioda

Trenutno je najčešće korištena fotodioda vrsta PIN-a. Ova dioda snažnije okuplja svjetlosne fotone u usporedbi sa standardnom PN fotodiodom, jer široko unutarnje područje između P i N područja omogućuje prikupljanje više svjetlosti, a uz to nudi i niži kapacitet. Pogledajte ovu vezu da biste saznali više o PIN diodi.

Fotodioda od lavine

Ova vrsta diode koristi se u područjima s slabim osvjetljenjem zbog visokih razina pojačanja. Stvara visoku razinu buke. Dakle, ova tehnologija nije prikladna za sve primjene. Pogledajte ovu vezu kako biste saznali više o lavinskoj diodi.

Schottky fotodioda

Schottky-jeva fotodioda koristi Schottky-jevu diodu i uključuje mali diodni spoj, što znači da postoji mali kapacitet spoja, pa radi pri velikim brzinama. Stoga se ova vrsta fotodiode često koristi u optičkim komunikacijskim sustavima velike propusnosti (BW) poput optičkih veza. Pogledajte ovu vezu da biste saznali više o Schottky diodi.

Svaka vrsta fotodiode ima svoje prednosti i nedostatke. Odabir ove diode može se izvršiti na temelju primjene. Različiti parametri koje treba uzeti u obzir pri odabiru fotodiode uglavnom uključuju buku, valnu duljinu, ograničenja obrnutog pristranosti, pojačanje itd. Parametri izvedbe fotodiode uključuju odziv, kvantnu učinkovitost, vrijeme prolaska ili vrijeme odziva.

Te se diode široko koriste u aplikacijama gdje je potrebno otkrivanje prisutnosti svjetlosti, boje, položaja i intenziteta. Glavne značajke ovih dioda uključuju sljedeće.

Linearnost diode je dobra s obzirom na upadnu svjetlost
Buka je mala.
Odaziv je širok spektralni
Neravan mehanički
Lagan i kompaktan
Dug život

Potrebni materijali za izradu fotodiode i raspon valnih duljina elektromagnetskog spektra uključuju sljedeće

Za silicijski materijal raspon valnih duljina elektromagnetskog spektra bit će (190-1100) nm
Za germanijski materijal raspon valnih duljina elektromagnetskog spektra bit će (400-1700) nm
Za materijal indijskog galijevog arsenida raspon valnih duljina elektromagnetskog spektra bit će (800-2600) nm
Za olovni (II) sulfidni materijal raspon valnih duljina elektromagnetskog spektra bit će<1000-3500) nm
Za Merkur, kadmij-teluridni materijal, raspon valnih duljina elektromagnetskog spektra bit će (400-14000) nm

Zbog svog boljeg propusnog opsega, fotodiode na osnovi Si proizvode manje buke od fotodioda na osnovi Ge.

Izgradnja

Konstrukcija fotodiode može se izvesti pomoću dva poluvodiča poput P-tipa i N-tipa. U ovom dizajnu, oblikovanje materijala tipa P može se postići difuzijom podloge tipa P koja je lagano dopirana. Dakle, sloj iona P + može nastati zbog difuzijske metode. Na supstratu N-tipa može se uzgajati epitaksijalni sloj N-tipa.

Izgradnja fotodiode

Razvoj difuzijskog sloja P + može se izvesti preko jako dopiranog epitaksijalnog sloja N-tipa. Kontakti su dizajnirani s metalima da naprave dva terminala poput anode i katode. Prednje područje diode može se razdvojiti u dvije vrste poput aktivne i neaktivne površine.

Projektiranje neaktivne površine može se izvesti silicijevim dioksidom (SiO2). Na aktivnoj površini svjetlosne zrake mogu udarati preko nje, dok na neaktivnoj površini zrake ne mogu udarati. & aktivna površina može se prekriti materijalom antirefleksije, tako da energija svjetlosti ne može izgubiti, a najviša od nje može se promijeniti u struju.

Rad fotodiode

Načelo rada fotodiode je, kad foton obilne energije udari u diodu, napravi par elektronskih rupa. Taj se mehanizam naziva i unutarnjim fotoelektričnim efektom. Ako apsorpcija nastane u spoju područja iscrpljenja, tada se nosači uklanjaju iz spoja ugrađenim električnim poljem područja iscrpljivanja.

Načelo rada fotodiode

Stoga se rupe u tom području kreću prema anodi, a elektroni prema katodi i generirat će se fotostruja. Cjelokupna struja kroz diodu zbroj je odsutnosti svjetlosti i fotostruje. Stoga se odsutna struja mora smanjiti kako bi se povećala osjetljivost uređaja.

Načini rada

Načini rada fotodiode uključuju tri načina, i to fotonaponski način rada, fotoprovodljivi način rada, način rada lavinske diode

Fotonaponski način: Ovaj način rada poznat je i kao način nulte pristranosti, u kojem osvijetljena fotodioda proizvodi napon. Daje vrlo mali dinamički raspon i nelinearnu potrebu za nastalim naponom.

Fotoprovodljivi način rada: Fotodioda korištena u ovom fotoprovodljivom načinu češće je obrnuto pristrana. Primjena obrnutog napona povećat će širinu sloja iscrpljivanja, što zauzvrat smanjuje vrijeme odziva i kapacitet spoja. Ovaj je način prebrz i prikazuje elektronički šum

Način lavinske diode: Lavinske diode djeluju u visokom obrnutom stanju pristranosti, što omogućuje umnožavanje probijanja lavine na svaki par elektronskih rupa proizvedenog fotografijom. Ovaj je rezultat unutarnji dobitak u fotodiodi, koji polako povećava odziv uređaja.

Zašto se fotodioda djeluje obrnuto?

Fotodioda djeluje u načinu fotoprovodljivosti. Kad je dioda spojena obrnutim prednaponom, tada se širina sloja osiromašenja može povećati. Dakle, ovo će umanjiti kapacitet spoja i vrijeme odziva. Zapravo će ovo pristranost uzrokovati brže vrijeme odziva diode. Dakle, odnos između fototoka i osvjetljenja linearno je proporcionalan.

Koji je bolji fotodioda ili fototransistor?

I fotodioda i fototranzistor koriste se za pretvaranje energije svjetlosti u električnu. Međutim, fototransistor je osjetljiviji nasuprot fotodiodi zbog iskorištenja tranzistora.

Tranzistor mijenja osnovnu struju koja nastaje uslijed apsorpcije svjetlosti i stoga se ogromna izlazna struja može dobiti kroz sabirni terminal tranzistora. Vremenski odziv fotodioda vrlo je brz u usporedbi s fototranzistorom. Dakle, primjenjivo je tamo gdje dolazi do fluktuacije u krugu. Radi boljeg podcjenjivanja ovdje smo naveli neke točke fotodiode u odnosu na fotorezistor.

Fotodioda	Fototransistor
Poluvodički uređaj koji pretvara energiju iz svjetlosti u električnu struju poznat je pod nazivom fotodioda.	Fototranzistor se koristi za promjenu energije svjetlosti u električnu struju pomoću tranzistora.
On generira i struju i napon	Stvara struju
Vrijeme odziva je brzina	Vrijeme odziva je sporo
Manje je osjetljiv u usporedbi s fototranzistorom	Odzivan je i stvara veliku o / p struju.
Ova dioda djeluje u oba pristranska uvjeta	Ova dioda djeluje samo s prednaponavanjem.
Koristi se u svjetlomjeru, solarnoj elektrani itd	Koristi se za otkrivanje svjetlosti

Krug fotodiode

Shema spoja fotodiode prikazana je u nastavku. Ovaj se krug može graditi s otpornikom od 10 k i fotodiodom. Jednom kada fotodioda primijeti svjetlost, tada omogućuje određeni protok struje kroz nju. Zbroj struje koja se napaja kroz ovu diodu može biti izravno proporcionalan zbroju svjetlosti primijećene kroz diodu.

Kružni dijagram

Spajanje fotodiode u vanjski krug

U bilo kojoj aplikaciji, fotodioda djeluje u načinu obrnutog prednapona. Anodni priključak kruga može se spojiti na masu, dok je katodni priključak spojen na izvor napajanja. Jednom osvijetljena kroz svjetlost, tada struja teče od priključka katode do priključka anode.

“2 do 4 dekoder ”

Jednom kada se fotodiode iskoriste s vanjskim krugovima, tada su povezane s izvorom napajanja u krugu. Dakle, količina struje koja se generira kroz fotodiodu bit će izuzetno mala, pa ta vrijednost nije dovoljna za izradu elektroničkog uređaja.

Jednom kad su spojeni na vanjski izvor napajanja, on isporučuje više struje prema krugu. U ovom se krugu baterija koristi kao izvor napajanja kako bi se povećala vrijednost struje kako bi vanjski uređaji imali bolje performanse.

Učinkovitost fotodiode

Kvantna učinkovitost fotodiode može se definirati kao podjela apsorbiranih fotona koji doniraju u fotostruju. Za ove diode otvoreno je povezan s odzivom 'S' bez utjecaja lavine, tada se fotostruja može izraziti kao

I = S P = ηe / hv. Str

Gdje,

‘Η’ je kvantna učinkovitost

‘E’ je naboj elektrona

‘Hν’ je energija fotona

Kvantna učinkovitost fotodioda izuzetno je velika. U nekim će slučajevima biti iznad 95%, međutim bitno se mijenja kroz valnu duljinu. Visoka kvantna učinkovitost zahtijeva i kontrolu refleksija, osim visoke unutarnje učinkovitosti poput antirefleksnog sloja.

Odgovornost

Odzivnost fotodiode je omjer generirane fotostruje, kao i apsorbirane optičke snage koja se može odrediti unutar linearnog presjeka odziva. U fotodiodama je obično maksimalan u području valne duljine gdje god je energija fotona prilično veća od energije zaprečnog opsega i opada unutar zapusne zone gdje god se apsorpcija smanji.

Izračun fotodiode može se izvršiti na temelju sljedeće jednadžbe

R = η (e / hv)

Ovdje, u gornjoj jednadžbi, 'h ν' je energija fotona 'η' je učinkovitost kvantnog & 'e' naboja elementarnog. Na primjer, kvantna učinkovitost fotodiode iznosi 90% na valnoj duljini 800 nm, tada će odzivnost biti 0,58 A / W.

Za fotomultiplikatore i lavinske fotodiode postoji dodatni faktor za umnožavanje unutarnje struje, tako da će moguće vrijednosti biti iznad 1 A / W. Općenito, umnožavanje struje nije uključeno u kvantnu učinkovitost.

PIN fotodioda vs PN fotodioda

Obje fotodiode poput PN i PIN mogu se dobiti od mnogih dobavljača. Odabir fotodiode vrlo je važan tijekom dizajniranja sklopa na temelju potrebnih performansi kao i karakteristika.
PN fotodioda ne djeluje u obrnutom smjeru, pa je stoga prikladnije za primjenu slabog osvjetljenja kako bi se poboljšala izvedba buke.

PIN fotodioda koja djeluje u obrnutom smjeru može uvesti struju šuma da smanji omjer S / N
Za aplikacije visokog dinamičkog raspona, obrnuto odstupanje dat će dobre performanse
Za visoke BW aplikacije, obrnuto pristranost pružit će dobre performanse poput kapaciteta među regijama P&N, a kapacitet napunjenosti je mali.

“Visokopropusni filter 1. reda ”

Prednosti

The prednosti fotodiode uključuju sljedeće.

Manje otpora
Brza i velika brzina rada
Dug životni vijek
Najbrži fotodetektor
Spektralni odaziv je dobar
Ne koristi visoki napon
Frekvencijski odziv je dobar
Čvrsta i mala težina
Izuzetno je osjetljiv na svjetlost
Tamna struja je talog
Visoka kvantna učinkovitost
Manje buke

Mane

The nedostaci fotodiode uključuju sljedeće.

Stabilnost temperature je loša
Promjena unutar struje izuzetno je mala, stoga možda neće biti dovoljna za pokretanje kruga
Aktivno područje je malo
Uobičajena fotodioda s PN spojem uključuje veliko vrijeme odziva
Ima manju osjetljivost
Uglavnom djeluje ovisno o temperaturi
Koristi pomak napona

Primjene fotodiode

Primjene fotodioda uključuju slične primjene fotodetektora poput uređaja povezanih nabojem, fotokonduktora i fotomultiplikatora.
Te se diode koriste u potrošačkim elektroničkim uređajima poput detektori dima , uređaji za reprodukciju kompaktnih diskova te televizori i daljinski upravljači u videorekorderima.
U drugim potrošačkim uređajima poput radio sa satom, svjetlosnih aparata i uličnih svjetala, fotokonduktori se češće koriste umjesto fotodioda.
Fotodiode se često koriste za točno mjerenje intenziteta svjetlosti u znanosti i industriji. Općenito, imaju poboljšani, linearniji odziv od fotoprovodnika.
Fotodiode se također široko koriste u brojne medicinske primjene poput instrumenata za analizu uzoraka, detektora za računalnu tomografiju, a također se koriste u monitorima plinova u krvi.
Te su diode mnogo brže i složenije od uobičajenih dioda s PN-spojem i stoga se često koriste za regulaciju osvjetljenja i u optičkim komunikacijama.

V-I karakteristike fotodiode

Fotodioda kontinuirano djeluje u načinu obrnutog prednapona. Karakteristike fotodiode jasno su prikazane na slijedećoj slici, da je fotostruja gotovo neovisna o primijenjenom naponu obrnutog prednapona. Za nultu jačinu svjetlosti, fotostruja je gotovo nula, isključujući malu tamnu struju. Red je nano ampera. Kako optička snaga raste, fotostruja raste i linearno. Maksimalna fotostruja je nepotpuna rasipanjem snage fotodiode.

Karakteristike

Dakle, ovdje se radi o princip rada fotodiode , karakteristike i primjene. Optoelektronski uređaji poput fotodioda dostupni su u različitim tipovima koji se koriste u gotovo svim elektroničkim uređajima. Te se diode koriste s IR izvorima svjetlosti kao što su neonske, laserske LED i fluorescentne. U usporedbi s drugim diodama za detekciju svjetlosti, ove diode nisu skupe. Nadamo se da ste bolje razumjeli ovaj koncept. Nadalje, bilo kakva pitanja u vezi s ovim konceptom ili provedbom električni i elektronički projekti za studente inženjerstva . Dajte svoje vrijedne prijedloge komentirajući u odjeljku za komentare u nastavku. Evo pitanja za vas, koja je funkcija fotodiode ?

Foto bodovi: