Čo je to fotodióda? (Časť 2)

Nasledujúce problémy je možné vyriešiť pomocouFotodiódaalebo fototranzistor. Fotoaparát telefónu napríklad potrebuje zmerať okolité svetlo, aby zistil, či je potrebné aktivovať blesk. Ako neinvazívne posúdiť hladinu kyslíka v krvi? Tieto optoelektronické zariadenia premieňajú svetlo (fotóny) na elektrické signály, ktoré môže „vidieť“ mikroprocesor (alebo mikrokontrolér). Týmto spôsobom je možné kontrolovať umiestnenie a usporiadanie predmetov, určiť intenzitu svetla a merať fyzikálne vlastnosti materiálu na základe jeho interakcie so svetlom.

Teraz si povedzme o druhej časti.

1. Štruktúra fotodiódy

Jednou z kľúčových požiadaviek na fotodiódu je vhodná plocha na zber svetla. V rámci štandardného PN prechodu je to relatívne malé, ale oblasť sa dá zväčšiť použitím PIN diódy. Pretože vnútorná oblasť je obsiahnutá v aktívnom spojení použitom na zber svetla, oblasť používaná na zber svetla je oveľa väčšia, vďaka čomu je PIN fotodióda efektívnejšia.

V procese výroby fotodiód sa medzi vrstvy typu P a N vkladajú hrubé vnútorné vrstvy. Medziľahlá vlastná vrstva môže byť úplne vlastná alebo veľmi jemne dotovaná, aby sa z nej stala N-vrstva. V niektorých prípadoch môže byť pestovaná na substráte ako epitaxná vrstva alebo môže byť obsiahnutá v samotnom substráte.

Difúzna vrstva P plus môže byť vyvinutá na silne dotovanej epitaxnej vrstve typu N. Kontakt je vyrobený v kovovom prevedení a môže byť vyrobený do dvoch vývodov, ako je anóda a katóda. Predná plocha diódy sa dá rozdeliť na dva typy, ako aktívna plocha a pasívna plocha.

Dizajn neaktívneho povrchu môže byť vykonaný pomocou oxidu kremičitého (SiO2). Na aktívnej ploche môže svietiť svetlo, na neaktívnej ploche svetlo svietiť nemôže. Pokrytím aktívneho povrchu antireflexným materiálom sa energia svetla nestráca a maximum sa môže premeniť na elektrický prúd.

Jednou z hlavných požiadaviek fotodiódy je zabezpečiť, aby maximálne množstvo svetla preniklo do vnútornej vrstvy. Jedným z najúčinnejších spôsobov, ako to dosiahnuť, je umiestniť elektrické kontakty na bočnú stranu zariadenia, ako je znázornené na obrázku. To umožňuje, aby do efektívnej oblasti zasiahlo maximálne množstvo svetla. Zistilo sa, že keďže je substrát silne dopovaný, nedochádza takmer k žiadnej strate svetla, pretože nejde o aktívnu oblasť.

Keďže svetlo je väčšinou absorbované v určitej vzdialenosti, hrúbka vnútornej vrstvy tomu zvyčajne zodpovedá. Akékoľvek zvýšenie tejto hrúbky zníži rýchlosť prevádzky - dôležitý faktor v mnohých aplikáciách - a výrazne nezvýši účinnosť.

Svetlo môže tiež vstúpiť do fotodiódy z jednej strany križovatky. Prevádzkou fotodiódy týmto spôsobom možno vytvoriť menej vnútorných vrstiev na zvýšenie rýchlosti prevádzky, aj keď so zníženou účinnosťou.

V niektorých prípadoch je možné použiť heteroprechody. Táto forma konštrukcie má pridanú flexibilitu na prijímanie svetla zo substrátu a má väčšiu energetickú medzeru, vďaka čomu je pre svetlo priehľadná.

Ako menej štandardný proces je jeho implementácia nákladnejšia, a preto sa zvykne používať pre špecializovanejšie produkty.

2. Charakteristiky fotodiódy

(1) voltampérové ​​charakteristiky

Vzťahuje sa na vzťah medzi fotoprúdom na fotodióde a napätím na ňu aplikovaným.

(2) Charakteristiky osvetlenia

Vzťahuje sa na vzťah medzi svetelným tokom a fotoprúdom, keď je napätie fotodiódy medzi katódou a anódou konštantné. Sklon svetelnej charakteristickej krivky sa nazýva citlivosť fotodiódy.

(3) Spektrálne charakteristiky

Vzťah medzi fotoprúdom a vlnovou dĺžkou dopadajúceho svetla sa nazýva spektrálna vlastnosť. Energia fotónu súvisí s vlnovou dĺžkou svetla: čím dlhšia je vlnová dĺžka, tým menšia je energia fotónu; Čím je vlnová dĺžka kratšia, tým je fotón energickejší.

3. Funkcia fotodiódy

(1) Ovládanie svetla

Fotodiódu možno použiť ako fotoelektrický spínač a jej obvod je znázornený na nasledujúcom obrázku. Keď nie je svetlo, fotodióda VD1 je prerušená v dôsledku spätného napätia. Tranzistory VT1 a VT2 sú tiež odrezané bez prúdu bázy. Relé je v stave uvoľnenia.

Keď je svetlo vyžarované na VD1, prechádza z cutoff do vedenia. Výsledkom je, že VT1 a VT2 sa postupne zapínajú, relé K ťahá a riadiaci obvod je zapnutý.

(2) príjem optického signálu

Fotodiódy možno použiť na príjem svetelných signálov. Na nasledujúcom obrázku je znázornený zosilňovací obvod fotodiódy na príjem optického signálu. Svetelný signál je prijímaný fotodiódou VD, zosilnený VT a výstupom väzbového kondenzátora C.

4. Aplikácie fotodiód

(1) Fotobunka

Fotobunka je v podstate veľká plocha PN prechodu. Keď je svetlo vyžarované na povrchu PN prechodu, ako je povrch P-oblasti, každý fotón v P-oblasti vytvára voľný pár elektrón-diera, ak je energia fotónu väčšia ako šírka pásma polovodičového materiálu.

Pár elektrón-diera rýchlo difunduje dovnútra a vytvára elektromotorickú silu súvisiacu s intenzitou svetla pod prechodovým elektrickým poľom. V tomto čase, ak ho použijeme ako napájací zdroj a pripojíme ho k externému obvodu, pokiaľ bude svetlo, bude naďalej napájať, čo je fotobunka. Inými slovami, fotobunka je fotoelektrické zariadenie s prechodom PN bez predpätia. Dokáže priamo premieňať svetelnú energiu na elektrickú energiu.

(2) Solárne články

Solárny článok je polovodičové zariadenie. Keď slnečné svetlo dopadne na polovodič, časť z neho sa odrazí a zvyšok sa pohltí alebo prenikne do polovodiča. Časť absorbovaného svetla sa stáva teplom, zatiaľ čo iné fotóny sa zrážajú s valenčnými elektrónmi, ktoré tvoria polovodič a vytvárajú páry elektrón-diera. Týmto spôsobom sa svetelná energia premieňa na elektrickú energiu.

Preto po ožiarení slnečným žiarením budú dva konce solárneho článku generovať jednosmerné napätie, čím sa energia slnečného svetla premení priamo na jednosmerný prúd. Ak prispájkujeme kovové vývody k vrstvám P a N a pripojíme záťaž, prúd bude tiecť vonkajším obvodom.

Týmto spôsobom, ak zapojíme sériu fotobuniek paralelne, môže sa generovať určité napätie a prúd na výstupný výkon.

(3) fotovoltaický osvetľovací systém

Fotovoltaický systém na výrobu energie je systém na výrobu energie, ktorý využíva solárne články na premenu slnečnej energie na elektrickú energiu. Využíva fotovoltaický efekt.

Hlavnými komponentmi sú solárne články, batérie, ovládače a invertory. Vysoká spoľahlivosť, dlhá životnosť, žiadne znečistenie, nezávislá výroba energie, fotodióda pripojená k sieti.

Pretože fotodiódový fotovoltaický režim je značne ovplyvnený vonkajšími faktormi prostredia, ako je svetlo a teplota, pracovný bod sa rýchlo mení. Existujú nezávislé systémy na výrobu energie a systémy na výrobu energie pripojené k sieti.

① Nezávislý systém na výrobu fotovoltaickej energie

Nezávislý fotovoltaický systém výroby energie je spôsob výroby energie, ktorý nie je pripojený k sieti. Na ukladanie energie na noc potrebuje batérie. Nezávislá solárna fotovoltaická výroba energie sa používa hlavne v odľahlých dedinách a domoch

Schéma štruktúry systému generujúceho volty

② fotovoltaický systém na výrobu energie pripojený k sieti

Fotovoltaický systém na výrobu elektriny pripojený k sieti je pripojený k národnej sieti, aby dodával energiu do siete. Nepotrebuje batérie. Rezidenčné fotovoltaické systémy na výrobu elektriny sú väčšinou v domácnostiach. Používajú sa aj vo verejných službách, systémoch nočného osvetlenia krajiny a solárnych farmách.

(4) Ďalšie aplikácie fotodiód sú:

•Ako svetelný senzor sa používa fotodióda. Keďže prúd v ňom je úmerný intenzite svetla, používa sa aj na meranie intenzity svetla.

•Fotodiódy v detektoroch dymu možno použiť na snímanie dymu a ohňa.

•Fotodiódy a LED diódy sú kombinované, aby vytvorili optické izolátory a optické spojky

•Používa sa ako solárny článok v solárnych paneloch

•Používa sa pre snímač čiarových kódov, rozpoznávanie znakov

•Pre systémy detekcie prekážok,

•Môže byť použitý ako zobrazenie stránky a počítadlo strán v tlačiarňach

•Na detekciu blízkosti oxymeter

•Používa sa aj pre optické kódovače a dekodéry

•Optický prenos informácií založený na komunikácii pomocou optických vlákien

• Snímač polohy

Kontaktné informácie:

Ak máte nejaké nápady, neváhajte sa s nami porozprávať. Bez ohľadu na to, kde sú naši zákazníci a aké sú naše požiadavky, budeme nasledovať náš cieľ poskytovať našim zákazníkom vysokú kvalitu, nízke ceny a najlepšie služby.