Što je fotodioda? (2. dio)

Sljedeći problemi mogu se riješiti korištenjemfotodiodaili fototranzistor. Na primjer, kamera telefona treba izmjeriti ambijentalno osvjetljenje kako bi utvrdila treba li se aktivirati bljeskalica. Kako neinvazivno procijeniti razinu kisika u krvi? Ovi optoelektronički uređaji pretvaraju svjetlost (fotone) u električne signale koje mikroprocesor (ili mikrokontroler) može "vidjeti". Na taj način moguće je kontrolirati pozicioniranje i raspored objekata, odrediti intenzitet svjetla i mjeriti fizikalna svojstva materijala na temelju njegove interakcije sa svjetlom.

Razgovarajmo sada o drugom dijelu.

1. Struktura fotodiode

Jedan od ključnih zahtjeva za fotodiodu je pogodno područje za prikupljanje svjetlosti. Unutar standardnog PN spoja, to je relativno malo, ali područje se može povećati korištenjem PIN diode. Budući da je intrinzično područje sadržano u aktivnom spoju koji se koristi za prikupljanje svjetla, područje koje se koristi za prikupljanje svjetla mnogo je veće, što PIN fotodiodu čini učinkovitijom.

U procesu proizvodnje fotodiode, debeli intrinzični slojevi umetnuti su između slojeva P-tipa i N-tipa. Srednji svojstveni sloj može biti potpuno svojstven ili vrlo malo dopiran da bi postao N-sloj. U nekim slučajevima može se uzgajati na podlozi kao epitaksijalni sloj ili se može nalaziti unutar same podloge.

P plus difuzijski sloj može se razviti na jako dopiranom epitaksijalnom sloju N-tipa. Kontakt je izrađen od metala i može se napraviti u dva terminala kao što su anoda i katoda. Prednje područje diode može se podijeliti u dvije vrste, kao što su aktivna površina i pasivna površina.

Dizajn neaktivne površine može se napraviti sa silicijevim dioksidom (SiO2). Na aktivnu podlogu svjetlost može zasjati, dok na neaktivnu površinu ne može zasjati svjetlost. Oblaganjem aktivne površine antirefleksnim materijalom energija svjetlosti se ne gubi, a maksimum se može pretvoriti u električnu struju.

Jedan od glavnih zahtjeva fotodiode je osigurati da maksimalna količina svjetlosti dopre do unutarnjeg sloja. Jedan od najučinkovitijih načina da se to postigne je postavljanje električnih kontakata na bočnu stranu uređaja, kao što je prikazano na slici. To omogućuje da maksimalna količina svjetla dopre do učinkovitog područja. Utvrđeno je da budući da je supstrat jako dopiran, nema gotovo nikakvog gubitka svjetla jer ovo nije aktivno područje.

Budući da se svjetlost uglavnom apsorbira na određenoj udaljenosti, debljina unutrašnjeg sloja obično odgovara ovoj. Svako povećanje preko te debljine smanjit će brzinu rada - važan čimbenik u mnogim primjenama - i neće značajno povećati učinkovitost.

Svjetlost također može ući u fotodiodu s jedne strane spoja. Radeći fotodiodom na ovaj način, može se napraviti manje intrinzičnih slojeva kako bi se povećala brzina rada, iako uz smanjenu učinkovitost.

U nekim slučajevima mogu se koristiti heterospojnice. Ovaj oblik konstrukcije ima dodatnu fleksibilnost za primanje svjetlosti od podloge i ima veći energetski razmak, što ga čini prozirnim za svjetlo.

Kao manje standardan proces, skuplji je za implementaciju i stoga se koristi za više specijalizirane proizvode.

2. Karakteristike fotodiode

(1) volt-amper karakteristike

Odnosi se na odnos između fotostruje na fotodiodi i napona primijenjenog na nju.

(2) Karakteristike rasvjete

Odnosi se na odnos između svjetlosnog toka i fotostruje kada je napon fotodiode između katode i anode konstantan. Nagib krivulje svjetlosne karakteristike naziva se osjetljivost fotodiode.

(3) Spektralne karakteristike

Odnos između fotostruje i valne duljine upadne svjetlosti naziva se spektralno svojstvo. Energija fotona povezana je s valnom duljinom svjetlosti: što je valna duljina duža, energija fotona je manja; Što je valna duljina kraća, to je foton energičniji.

3. Funkcija fotodiode

(1) Kontrola svjetla

Fotodioda se može koristiti kao fotoelektrični prekidač, a njen sklop prikazan je na sljedećoj slici. Kada nema svjetla, fotodioda VD1 se isključuje zbog obrnutog napona. Tranzistori VT1 i VT2 također su odsječeni bez struje baze. Relej je u stanju otpuštanja.

Kada se svjetlost emitira na VD1, ona prelazi iz granične u provodljivost. Kao rezultat toga, VT1 i VT2 se uzastopno uključuju, relej K izvlači i upravljački krug je uključen.

(2) prijem optičkog signala

Fotodiode se mogu koristiti za primanje svjetlosnih signala. Sljedeća slika prikazuje krug fotodiode za pojačanje primanja optičkog signala. Svjetlosni signal prima fotodioda VD, pojačava VT, a izlazi preko kondenzatora C.

4. Primjene fotodioda

(1) Fotoćelija

Fotoćelija je u biti veliko područje PN spoja. Kada se svjetlost emitira na površini PN spoja, kao što je površina P-regije, svaki foton u P-regiji proizvodi slobodni par elektron-šupljina ako je energija fotona veća od širine pojasnog razmaka poluvodičkog materijala.

Par elektron-šupljina brzo difundira prema unutra i stvara elektromotornu silu povezanu s intenzitetom svjetlosti ispod spojnog električnog polja. U ovom trenutku, ako ga koristimo kao napajanje i spojimo ga na vanjski strujni krug, sve dok ima svjetla, nastavit će opskrbljivati ​​struju, a to je fotoćelija. Drugim riječima, fotoćelija je fotoelektrični uređaj s PN-spojem bez prednapona. Može izravno pretvoriti svjetlosnu energiju u električnu.

(2) Solarne ćelije

Solarna ćelija je poluvodički uređaj. Kada sunčeva svjetlost udari u poluvodič, dio se reflektira, a ostatak se apsorbira ili prodire u poluvodič. Dio apsorbirane svjetlosti postaje toplina, dok se drugi fotoni sudaraju s valentnim elektronima koji čine poluvodič, stvarajući parove elektron-rupa. Na taj se način svjetlosna energija pretvara u električnu.

Stoga, nakon što je sunčeva svjetlost ozračena, dva kraja solarne ćelije će generirati istosmjerni napon, pretvarajući tako energiju sunčeve svjetlosti izravno u istosmjernu struju. Ako zalemimo metalne vodove na P i N slojeve i spojimo opterećenje, struja će teći kroz vanjski krug.

Na taj način, ako niz fotoćelija spojimo paralelno, određeni napon i struja mogu se generirati za izlaznu snagu.

(3) fotonaponski sustav rasvjete

Fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije je sustav za proizvodnju električne energije koji koristi solarne ćelije za pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju. Koristi fotonaponski efekt.

Glavne komponente su solarne ćelije, baterije, kontroleri i pretvarači. Visoka pouzdanost, dug radni vijek, bez zagađenja, neovisna proizvodnja energije, fotodioda povezana s mrežom.

Budući da na fotodiodni fotonaponski način rada uvelike utječu vanjski čimbenici okoline kao što su svjetlost i temperatura, radna se točka brzo mijenja. Postoje nezavisni sustavi za proizvodnju električne energije i sustavi za proizvodnju električne energije povezani na mrežu.

① Neovisni fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije

Neovisni fotonaponski sustav proizvodnje električne energije je metoda proizvodnje električne energije koja nije spojena na mrežu. Potrebne su mu baterije za pohranu energije za noć. Neovisna solarna fotonaponska proizvodnja energije uglavnom se koristi u udaljenim selima i kućama

Dijagram strukture sustava za generiranje napona

② fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije spojen na mrežu

Mrežni fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije povezan je s nacionalnom mrežom za napajanje mreže. Ne trebaju baterije. Rezidencijalni fotonaponski sustavi za proizvodnju električne energije uglavnom su u kućanstvu. Također se koriste u javnim komunalnim uslugama, sustavima noćne rasvjete pejzaža i solarnim farmama.

(4) Ostale primjene fotodioda su:

•Fotodioda se koristi kao svjetlosni senzor. Budući da je struja u njemu proporcionalna intenzitetu svjetlosti, koristi se i za mjerenje intenziteta svjetlosti.

• Fotodiode u detektorima dima mogu se koristiti za otkrivanje dima i vatre.

•Fotodiode i LED diode kombiniraju se za izradu optičkih izolatora i optičkih spojnica

• Koristi se kao solarna ćelija u solarnim panelima

• Koristi se za skener crtičnog koda, prepoznavanje znakova

• Za sustave detekcije prepreka,

• Može se koristiti kao mjerač prisutnosti stranica i brojač stranica u pisačima

• Za otkrivanje blizine, oksimetar

• Također se koristi za optičke kodere i dekodere

•Optički prijenos informacija, baziran na komunikaciji optičkim vlaknima

•Senzor položaja

Kontakt podaci:

Ako imate bilo kakvih ideja, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje su naši kupci i kakvi su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da svojim kupcima pružimo visoku kvalitetu, niske cijene i najbolju uslugu.