Kaj je fotodioda? (2. del)

Naslednje težave je mogoče rešiti z uporaboFotodiodaali fototranzistor. Na primer, kamera telefona mora izmeriti svetlobo okolice, da ugotovi, ali je treba aktivirati bliskavico. Kako neinvazivno oceniti raven kisika v krvi? Te optoelektronske naprave pretvorijo svetlobo (fotone) v električne signale, ki jih mikroprocesor (ali mikrokrmilnik) lahko "vidi". Na ta način je mogoče nadzorovati položaj in razporeditev predmetov, določati jakost svetlobe in meriti fizikalne lastnosti materiala na podlagi njegove interakcije s svetlobo.

Zdaj pa se pogovorimo o drugem delu.

1. Struktura fotodiode

Ena ključnih zahtev za fotodiodo je primeren prostor za zbiranje svetlobe. Znotraj standardnega PN spoja je to razmeroma majhno, vendar je mogoče površino povečati z uporabo diode PIN. Ker je notranja regija v aktivnem spoju, ki se uporablja za zbiranje svetlobe, je območje, ki se uporablja za zbiranje svetlobe, veliko večje, zaradi česar je fotodioda PIN učinkovitejša.

V procesu izdelave fotodiode so debele intrinzične plasti vstavljene med plasti tipa P in N. Vmesna lastna plast je lahko popolnoma lastna ali zelo rahlo dopirana, da postane N-plast. V nekaterih primerih ga je mogoče gojiti na podlago kot epitaksialno plast ali pa ga vsebovati v samem substratu.

Difuzijsko plast P plus je mogoče razviti na močno dopirani epitaksialni plasti N-tipa. Kontakt je izdelan iz kovine in ga je mogoče izdelati v dva terminala, kot sta anoda in katoda. Sprednji del diode lahko razdelimo na dve vrsti, kot sta aktivna površina in pasivna površina.

Oblikovanje neaktivne površine se lahko izvede s silicijevim dioksidom (SiO2). Na aktivno površino lahko sveti svetloba, na neaktivno površino pa svetloba ne more. S prekrivanjem aktivne površine z antirefleksnim materialom se svetlobna energija ne izgubi, največ pa se lahko pretvori v električni tok.

Ena glavnih zahtev fotodiode je zagotoviti, da največja količina svetlobe doseže notranjo plast. Eden najučinkovitejših načinov za dosego tega je namestitev električnih kontaktov na stran naprave, kot je prikazano na sliki. To omogoča, da največja količina svetlobe doseže učinkovito območje. Ugotovljeno je bilo, da ker je podlaga močno dopirana, skoraj ni izgube svetlobe, ker to ni aktivno območje.

Ker se svetloba večinoma absorbira na določeni razdalji, se debelina intrinzične plasti običajno ujema s tem. Vsako povečanje preko te debeline bo zmanjšalo hitrost delovanja - pomemben dejavnik v mnogih aplikacijah - in ne bo močno povečalo učinkovitosti.

Svetloba lahko vstopi v fotodiodo tudi z ene strani spoja. S takšnim delovanjem fotodiode je mogoče narediti manj notranjih plasti za povečanje hitrosti delovanja, čeprav z zmanjšano učinkovitostjo.

V nekaterih primerih je mogoče uporabiti heterojunkcije. Ta oblika konstrukcije ima dodatno prilagodljivost za sprejemanje svetlobe iz podlage in ima večjo energijsko vrzel, zaradi česar je prosojna za svetlobo.

Kot manj standarden postopek je dražji za izvedbo in se zato običajno uporablja za bolj specializirane izdelke.

2. Lastnosti fotodiode

(1) volt-amperske karakteristike

Nanaša se na razmerje med fototokom na fotodiodi in napetostjo, ki deluje nanjo.

(2) Značilnosti osvetlitve

Nanaša se na razmerje med svetlobnim tokom in fototokom, ko je napetost fotodiode med katodo in anodo konstantna. Nagib svetlobne karakteristične krivulje imenujemo občutljivost fotodiode.

(3) Spektralne značilnosti

Razmerje med fototokom in valovno dolžino vpadne svetlobe imenujemo spektralna lastnost. Energija fotona je povezana z valovno dolžino svetlobe: daljša kot je valovna dolžina, manjša je energija fotona; Krajša kot je valovna dolžina, bolj energičen je foton.

3. Delovanje fotodiode

(1) Nadzor svetlobe

Fotodiodo lahko uporabimo kot fotoelektrično stikalo, njeno vezje pa je prikazano na naslednji sliki. Ko ni svetlobe, se fotodioda VD1 prekine zaradi povratne napetosti. Tranzistorja VT1 in VT2 sta tudi odrezana brez osnovnega toka. Rele je v stanju sprostitve.

Ko se svetloba oddaja na VD1, preide iz prekinitve v prevodnost. Posledično se VT1 in VT2 zaporedno vklopita, rele K črpa in krmilno vezje je vklopljeno.

(2) sprejem optičnega signala

Fotodiode se lahko uporabljajo za sprejemanje svetlobnih signalov. Naslednja slika prikazuje vezje fotodiode za ojačitev sprejema optičnega signala. Svetlobni signal sprejme fotodioda VD, ojača VT in oddaja sklopitveni kondenzator C.

4. Aplikacije fotodiode

(1) Fotocelica

Fotocelica je v bistvu veliko območje PN spoja. Ko se svetloba oddaja na površini PN spoja, kot je površina P-regije, vsak foton v P-regiji proizvede prosti par elektron-luknja, če je energija fotona večja od pasovne širine polprevodniškega materiala.

Par elektron-luknja hitro difundira navznoter in tvori elektromotorno silo, povezano z jakostjo svetlobe pod električnim poljem spoja. V tem času, če ga uporabljamo kot napajalnik in ga priključimo na zunanji tokokrog, dokler je svetloba, bo še naprej dovajal energijo, kar je fotocelica. Z drugimi besedami, fotocelica je fotoelektrična naprava s PN-spojem brez prednapetosti. Lahko neposredno pretvori svetlobno energijo v električno.

(2) Sončne celice

Sončna celica je polprevodniška naprava. Ko sončna svetloba zadene polprevodnik, se del svetlobe odbije, preostanek pa absorbira ali prodre v polprevodnik. Nekaj ​​absorbirane svetlobe postane toplota, medtem ko drugi fotoni trčijo z valenčnimi elektroni, ki sestavljajo polprevodnik, in ustvarjajo pare elektron-luknja. Na ta način se svetlobna energija pretvori v električno.

Zato bosta po obsevanju sončne svetlobe oba konca sončne celice ustvarila enosmerno napetost in s tem pretvorila energijo sončne svetlobe neposredno v enosmerni tok. Če prispajkamo kovinske vodnike na plasti P in N in povežemo obremenitev, bo tok stekel skozi zunanji tokokrog.

Na ta način, če niz fotocelic povežemo vzporedno, lahko ustvarimo določeno napetost in tok za izhodno moč.

(3) fotovoltaični sistem razsvetljave

Fotovoltaični sistem za proizvodnjo električne energije je sistem za proizvodnjo električne energije, ki uporablja sončne celice za pretvorbo sončne energije v električno. Uporablja fotovoltaični učinek.

Glavne komponente so sončne celice, baterije, krmilniki in pretvorniki. Visoka zanesljivost, dolga življenjska doba, brez onesnaževanja, neodvisna proizvodnja električne energije, delovanje fotodiode v omrežju.

Ker na fotonapetostni način fotodiode močno vplivajo zunanji okoljski dejavniki, kot sta svetloba in temperatura, se delovna točka hitro spremeni. Obstajajo neodvisni sistemi za proizvodnjo električne energije in sistemi za proizvodnjo električne energije, povezani z omrežjem.

① Neodvisen fotovoltaični sistem za proizvodnjo električne energije

Neodvisni fotonapetostni sistem za proizvodnjo električne energije je način proizvodnje električne energije, ki ni povezan z omrežjem. Potrebuje baterije za shranjevanje energije za noč. Neodvisna sončna fotonapetostna proizvodnja električne energije se večinoma uporablja v oddaljenih vaseh in domovih

Strukturni diagram sistema za generiranje volta

② fotovoltaični sistem za proizvodnjo električne energije, povezan z omrežjem

Fotonapetostni sistem za proizvodnjo električne energije, povezan z omrežjem, je povezan z nacionalnim omrežjem za oskrbo z električno energijo v omrežju. Ne potrebuje baterij. Bivalni fotonapetostni sistemi za proizvodnjo električne energije so večinoma doma. Uporabljajo se tudi v javnih službah, sistemih za osvetlitev nočne pokrajine in sončnih elektrarnah.

(4) Druge uporabe fotodiod so:

• Fotodioda se uporablja kot svetlobni senzor. Ker je tok v njem sorazmeren z jakostjo svetlobe, se uporablja tudi za merjenje jakosti svetlobe.

• Fotodiode v detektorjih dima se lahko uporabljajo za zaznavanje dima in ognja.

•Fotodiode in LED so združene v optične izolatorje in optične spojnike

• Uporablja se kot sončna celica v solarnih panelih

•Uporablja se za čitalnik črtne kode, prepoznavanje znakov

• Za sisteme za zaznavanje ovir,

• Lahko se uporablja kot števec strani in števec strani v tiskalnikih

• Za zaznavanje bližine, oksimeter

• Uporablja se tudi za optične kodirnike in dekoderje

•Optični prenos informacij, ki temelji na komunikaciji po optičnih vlaknih

• Senzor položaja

Kontaktni podatki:

Če imate kakršne koli ideje, se obrnite na nas. Ne glede na to, kje so naše stranke in kakšne so naše zahteve, bomo sledili svojemu cilju, da svojim strankam zagotovimo visoko kakovost, nizke cene in najboljšo storitev.