Co to jest fotodioda? (Część 2)

Następujące problemy można rozwiązać za pomocąFotodiodalub fototranzystor. Na przykład aparat telefonu musi mierzyć światło otoczenia, aby określić, czy należy włączyć lampę błyskową. Jak nieinwazyjnie ocenić poziom tlenu we krwi? Te urządzenia optoelektroniczne przekształcają światło (fotony) w sygnały elektryczne, które mikroprocesor (lub mikrokontroler) może „zobaczyć”. W ten sposób można kontrolować położenie i rozmieszczenie obiektów, określać natężenie światła oraz mierzyć właściwości fizyczne materiału na podstawie jego interakcji ze światłem.

Porozmawiajmy teraz o drugiej części.

1. Budowa fotodiody

Jednym z kluczowych wymagań dla fotodiody jest odpowiedni obszar do zbierania światła. W standardowym złączu PN jest to stosunkowo mało, ale obszar można zwiększyć, stosując diodę PIN. Ponieważ obszar wewnętrzny jest zawarty w aktywnym złączu używanym do zbierania światła, obszar używany do zbierania światła jest znacznie większy, dzięki czemu fotodioda PIN jest bardziej wydajna.

W procesie produkcji fotodiody między warstwami typu P i typu N wstawiane są grube warstwy wewnętrzne. Pośrednia warstwa własna może być całkowicie własna lub bardzo słabo domieszkowana, aby była warstwą N. W niektórych przypadkach może rosnąć na podłożu jako warstwa epitaksjalna lub może być zawarty w samym podłożu.

Warstwa dyfuzyjna P plus może być wywołana na silnie domieszkowanej warstwie epitaksjalnej typu N. Styk jest wykonany z metalu i można go przekształcić w dwa zaciski, takie jak anoda i katoda. Powierzchnię czołową diody można podzielić na dwa typy, takie jak powierzchnia aktywna i powierzchnia pasywna.

Projekt powierzchni nieaktywnej można wykonać za pomocą dwutlenku krzemu (SiO2). Na aktywnej powierzchni światło może na niej świecić, podczas gdy na nieaktywnej powierzchni światło nie może świecić. Dzięki pokryciu powierzchni aktywnej materiałem antyrefleksyjnym energia światła nie jest tracona, a maksimum może zostać zamienione na prąd elektryczny.

Jednym z głównych wymagań fotodiody jest zapewnienie, aby maksymalna ilość światła docierała do warstwy wewnętrznej. Jednym z najskuteczniejszych sposobów osiągnięcia tego celu jest umieszczenie styków elektrycznych z boku urządzenia, jak pokazano na rysunku. Pozwala to na dotarcie maksymalnej ilości światła do efektywnego obszaru. Stwierdzono, że ponieważ podłoże jest silnie domieszkowane, prawie nie ma utraty światła, ponieważ nie jest to obszar aktywny.

Ponieważ światło jest pochłaniane głównie w pewnej odległości, grubość warstwy wewnętrznej zwykle odpowiada temu. Każde zwiększenie grubości powyżej tej grubości zmniejszy szybkość działania - ważny czynnik w wielu zastosowaniach - i nie zwiększy znacząco wydajności.

Światło może również dostać się do fotodiody z jednej strony złącza. Działając w ten sposób fotodiodą, można wykonać mniej wewnętrznych warstw, aby zwiększyć szybkość działania, aczkolwiek ze zmniejszoną wydajnością.

W niektórych przypadkach można zastosować heterozłącza. Ta forma konstrukcji ma dodatkową elastyczność w odbieraniu światła z podłoża i ma większą przerwę energetyczną, dzięki czemu jest przezroczysta dla światła.

Jako mniej standardowy proces jest droższy w realizacji i dlatego jest zwykle stosowany w przypadku bardziej specjalistycznych produktów.

2. Charakterystyka fotodiody

(1) charakterystyka woltowo-amperowa

Odnosi się do związku między fotoprądem na fotodiodzie a przyłożonym do niej napięciem.

(2) Charakterystyka oświetlenia

Odnosi się do związku między strumieniem świetlnym a fotoprądem, gdy napięcie fotodiody między katodą a anodą jest stałe. Nachylenie krzywej charakterystycznej światła nazywa się czułością fotodiody.

(3) Charakterystyka widmowa

Zależność między fotoprądem a długością fali padającego światła nazywana jest właściwością widmową. Energia fotonu jest związana z długością fali światła: im dłuższa długość fali, tym mniejsza energia fotonu; Im krótsza długość fali, tym foton jest bardziej energetyczny.

3. Funkcja fotodiody

(1) Kontrola światła

Fotodiodę można wykorzystać jako przełącznik fotoelektryczny, a jej obwód pokazano na poniższym rysunku. Gdy nie ma światła, fotodioda VD1 jest odcinana z powodu napięcia wstecznego. Tranzystory VT1 i VT2 są również odcięte bez prądu bazowego. Przekaźnik jest w stanie zwolnienia.

Kiedy światło jest emitowane na VD1, przechodzi od odcięcia do przewodzenia. W rezultacie VT1 i VT2 włączają się kolejno, przekaźnik K pobiera, a obwód sterujący jest włączony.

(2) odbiór sygnału optycznego

Fotodiody mogą być używane do odbierania sygnałów świetlnych. Poniższy rysunek przedstawia obwód fotodiody wzmacniającej sygnał optyczny. Sygnał świetlny jest odbierany przez fotodiodę VD, wzmacniany przez VT i wyprowadzany przez kondensator sprzęgający C.

4. Zastosowania fotodiod

(1) Fotokomórka

Fotokomórka to zasadniczo duży obszar złącza PN. Kiedy światło jest emitowane na powierzchni złącza PN, takiej jak powierzchnia obszaru P, każdy foton w obszarze P wytwarza wolną parę elektron-dziura, jeśli energia fotonu jest większa niż szerokość pasma wzbronionego materiału półprzewodnikowego.

Para elektron-dziura szybko dyfunduje do wewnątrz i tworzy siłę elektromotoryczną związaną z natężeniem światła pod polem elektrycznym złącza. W tym momencie, jeśli użyjemy go jako źródła zasilania i podłączymy go do obwodu zewnętrznego, dopóki jest światło, będzie on nadal dostarczał energię, którą jest fotokomórka. Innymi słowy, fotokomórka jest urządzeniem fotoelektrycznym ze złączem PN bez napięcia polaryzacji. Może bezpośrednio przekształcać energię świetlną w energię elektryczną.

(2) Ogniwa słoneczne

Ogniwo słoneczne jest urządzeniem półprzewodnikowym. Kiedy światło słoneczne pada na półprzewodnik, jego część jest odbijana, a reszta jest pochłaniana lub penetrowana przez półprzewodnik. Część pochłoniętego światła zamienia się w ciepło, podczas gdy inne fotony zderzają się z elektronami walencyjnymi tworzącymi półprzewodnik, tworząc pary elektron-dziura. W ten sposób energia świetlna jest przekształcana w energię elektryczną.

Dlatego po napromieniowaniu światła słonecznego dwa końce ogniwa słonecznego będą generować napięcie prądu stałego, przekształcając w ten sposób energię światła słonecznego bezpośrednio w prąd stały. Jeśli przylutujemy metalowe przewody do warstw P i N i podłączymy obciążenie, prąd popłynie przez obwód zewnętrzny.

W ten sposób, jeśli połączymy szereg fotokomórek równolegle, można wygenerować określone napięcie i prąd na moc wyjściową.

(3) system oświetlenia fotowoltaicznego

System wytwarzania energii fotowoltaicznej to system wytwarzania energii, który wykorzystuje ogniwa słoneczne do przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną. Wykorzystuje efekt fotowoltaiczny.

Głównymi komponentami są ogniwa słoneczne, baterie, kontrolery i falowniki. Wysoka niezawodność, długa żywotność, brak zanieczyszczeń, niezależne wytwarzanie energii, działanie podłączone do sieci fotodiody.

Ponieważ na tryb fotowoltaiczny fotodiody duży wpływ mają zewnętrzne czynniki środowiskowe, takie jak światło i temperatura, punkt pracy zmienia się szybko. Istnieją niezależne systemy wytwarzania energii i systemy wytwarzania energii podłączone do sieci.

① Niezależny system wytwarzania energii fotowoltaicznej

Niezależny system wytwarzania energii fotowoltaicznej to metoda wytwarzania energii, która nie jest podłączona do sieci. Potrzebuje baterii do przechowywania energii na noc. Niezależne wytwarzanie energii fotowoltaicznej ze słońca jest wykorzystywane głównie w odległych wioskach i domach

Schemat struktury układu generującego wolty

② podłączony do sieci system wytwarzania energii fotowoltaicznej

System wytwarzania energii fotowoltaicznej podłączony do sieci jest podłączony do sieci krajowej w celu dostarczania energii do sieci. Nie potrzebuje baterii. Przydomowe instalacje fotowoltaiczne znajdują się głównie w domach. Są również wykorzystywane w obiektach użyteczności publicznej, systemach nocnego oświetlenia krajobrazu i farmach słonecznych.

(4) Inne zastosowania fotodiod to:

• Fotodioda jest używana jako czujnik światła. Ponieważ prąd w nim jest proporcjonalny do natężenia światła, służy również do pomiaru natężenia światła.

• Fotodiody w czujkach dymu mogą być używane do wykrywania dymu i ognia.

• Fotodiody i diody LED są łączone w izolatory optyczne i sprzęgacze optyczne

•Używany jako ogniwo słoneczne w panelach słonecznych

•Używany do skanera kodów kreskowych, rozpoznawanie znaków

•W przypadku systemów wykrywania przeszkód,

•Może być używany jako wskaźnik obecności strony i licznik stron w drukarkach

•Aby wykrywać bliskość, pulsoksymetr

• Jest również używany w koderach i dekoderach optycznych

•Optyczna transmisja informacji oparta na komunikacji światłowodowej

•Czujnik pozycji

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakieś pomysły, możesz z nami porozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy podążać za naszym celem, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą obsługę.