Co je to fotodioda? (Část 2)

Následující problémy lze vyřešit pomocíFotodiodanebo fototranzistor. Fotoaparát telefonu například potřebuje změřit okolní světlo, aby zjistil, zda je třeba aktivovat blesk. Jak neinvazivně posoudit hladinu kyslíku v krvi? Tato optoelektronická zařízení převádějí světlo (fotony) na elektrické signály, které mikroprocesor (nebo mikrokontrolér) může „vidět“. Tímto způsobem je možné řídit polohování a uspořádání předmětů, určovat intenzitu světla a měřit fyzikální vlastnosti materiálu na základě jeho interakce se světlem.

Nyní pojďme mluvit o druhé části.

1. Struktura fotodiody

Jedním z klíčových požadavků na fotodiodu je vhodná plocha pro sběr světla. V rámci standardního PN přechodu je to relativně malé, ale oblast lze zvětšit použitím PIN diody. Protože vnitřní oblast je obsažena v aktivním spojení používaném pro sběr světla, oblast použitá pro sběr světla je mnohem větší, takže PIN fotodioda je efektivnější.

Při výrobním procesu fotodiody se mezi vrstvy typu P a N vkládají silné vnitřní vrstvy. Mezilehlá vlastní vrstva může být zcela vlastní nebo velmi slabě dotovaná, aby se z ní stala N-vrstva. V některých případech může růst na substrátu jako epitaxní vrstva nebo může být obsažen v substrátu samotném.

Difúzní vrstva P plus může být vyvinuta na silně dotované epitaxní vrstvě typu N. Kontakt je vyroben v kovovém provedení a lze z něj vytvořit dva vývody jako anodu a katodu. Přední část diody lze rozdělit na dva typy, jako aktivní plocha a pasivní plocha.

Návrh neaktivního povrchu lze provést pomocí oxidu křemičitého (SiO2). Na aktivním povrchu na něj může svítit světlo, na neaktivním naopak světlo svítit nemůže. Pokrytím aktivní plochy antireflexním materiálem se energie světla neztrácí a maximum lze přeměnit na elektrický proud.

Jedním z hlavních požadavků fotodiody je zajistit, aby maximální množství světla dosáhlo vnitřní vrstvy. Jedním z nejúčinnějších způsobů, jak toho dosáhnout, je umístit elektrické kontakty na boční stranu zařízení, jak je znázorněno na obrázku. To umožňuje, aby maximální množství světla dosáhlo efektivní oblasti. Bylo zjištěno, že jelikož je substrát silně dopován, nedochází k téměř žádné ztrátě světla, protože se nejedná o aktivní oblast.

Protože světlo je většinou absorbováno v určité vzdálenosti, tloušťka vnitřní vrstvy tomu obvykle odpovídá. Jakékoli zvýšení nad tuto tloušťku sníží rychlost provozu - důležitý faktor v mnoha aplikacích - a výrazně nezvýší účinnost.

Světlo může také vstupovat do fotodiody z jedné strany křižovatky. Provozováním fotodiody tímto způsobem lze vytvořit méně vnitřních vrstev pro zvýšení rychlosti provozu, i když se sníženou účinností.

V některých případech lze použít heteropřechody. Tato forma konstrukce má přidanou flexibilitu pro přijímání světla ze substrátu a má větší energetickou mezeru, díky čemuž je pro světlo průhledná.

Jako méně standardní proces je jeho implementace nákladnější, a proto bývá používán pro specializovanější produkty.

2. Charakteristika fotodiody

(1) voltampérové ​​charakteristiky

Vztahuje se na vztah mezi fotoproudem na fotodiodě a napětím, které je na ni aplikováno.

(2) Charakteristiky osvětlení

Vztahuje se na vztah mezi světelným tokem a fotoproudem, když je napětí fotodiody mezi katodou a anodou konstantní. Sklon světelné charakteristické křivky se nazývá citlivost fotodiody.

(3) Spektrální charakteristiky

Vztah mezi fotoproudem a vlnovou délkou dopadajícího světla se nazývá spektrální vlastnost. Energie fotonu souvisí s vlnovou délkou světla: čím delší je vlnová délka, tím menší je energie fotonu; Čím kratší je vlnová délka, tím je foton energetičtější.

3. Funkce fotodiody

(1) Ovládání světla

Fotodiodu lze použít jako fotoelektrický spínač a její zapojení je znázorněno na následujícím obrázku. Když není světlo, fotodioda VD1 je odpojena kvůli zpětnému napětí. Tranzistory VT1 a VT2 jsou také odpojeny bez proudu báze. Relé je ve stavu uvolnění.

Když je světlo vyzařováno na VD1, přechází z cutoff do vedení. Výsledkem je, že VT1 a VT2 se postupně zapnou, relé K přitáhne a řídicí obvod se zapne.

(2) příjem optického signálu

Pro příjem světelných signálů lze použít fotodiody. Následující obrázek ukazuje obvod fotodiody pro příjem optického signálu. Světelný signál je přijímán fotodiodou VD, zesílený VT a výstupem vazebního kondenzátoru C.

4. Aplikace fotodiod

(1) Fotobuňka

Fotobuňka je v podstatě velká plocha PN přechodu. Když je světlo emitováno na povrchu PN přechodu, jako je povrch P-oblasti, každý foton v P-oblasti vytváří volný pár elektron-díra, pokud je energie fotonu větší než šířka pásma polovodičového materiálu.

Pár elektron-díra rychle difunduje dovnitř a vytváří elektromotorickou sílu související s intenzitou světla pod přechodovým elektrickým polem. V tuto chvíli, pokud jej použijeme jako zdroj a připojíme jej k externímu obvodu, dokud bude světlo, bude nadále dodávat energii, což je fotobuňka. Jinými slovy, fotočlánek je fotoelektrické zařízení s PN přechodem bez předpětí. Dokáže přímo přeměnit světelnou energii na elektřinu.

(2) Solární články

Solární článek je polovodičové zařízení. Když sluneční světlo dopadne na polovodič, část se odráží a zbytek je absorbován nebo proniká polovodičem. Část absorbovaného světla se stává teplem, zatímco jiné fotony se srážejí s valenčními elektrony, které tvoří polovodič, a vytvářejí páry elektron-díra. Tímto způsobem se světelná energie přeměňuje na elektřinu.

Proto po ozáření slunečním světlem budou dva konce solárního článku generovat stejnosměrné napětí, čímž se sluneční energie přemění přímo na stejnosměrný proud. Pokud připájeme kovové vývody k vrstvám P a N a připojíme zátěž, proud poteče vnějším obvodem.

Tímto způsobem, pokud zapojíme řadu fotobuněk paralelně, může být generováno určité napětí a proud na výstupní výkon.

(3) fotovoltaický osvětlovací systém

Fotovoltaický systém výroby energie je systém výroby energie, který využívá solární články k přeměně sluneční energie na elektřinu. Využívá fotovoltaický efekt.

Hlavními součástmi jsou solární články, baterie, ovladače a invertory. Vysoká spolehlivost, dlouhá životnost, žádné znečištění, nezávislá výroba energie, fotodiodový provoz připojený k síti.

Protože fotovoltaický režim fotodiody je značně ovlivněn vnějšími faktory prostředí, jako je světlo a teplota, pracovní bod se rychle mění. Existují nezávislé systémy výroby energie a systémy výroby elektřiny připojené k síti.

① Nezávislý fotovoltaický systém výroby energie

Nezávislý fotovoltaický systém výroby elektřiny je způsob výroby elektřiny, který není připojen k síti. Potřebuje baterie k uchování energie na noc. Nezávislá solární fotovoltaická výroba energie se používá hlavně v odlehlých vesnicích a domech

Schéma struktury voltgeneračního systému

② fotovoltaický systém výroby energie připojený k síti

Fotovoltaický systém výroby elektrické energie připojený k síti je připojen k národní síti, aby dodával energii do sítě. Nepotřebuje baterie. Rezidenční fotovoltaické systémy na výrobu elektřiny jsou většinou v domácnostech. Používají se také ve veřejných službách, systémech nočního osvětlení krajiny a solárních farmách.

(4) Další aplikace fotodiod jsou:

•Jako světelný senzor se používá fotodioda. Protože proud v něm je úměrný intenzitě světla, používá se také k měření intenzity světla.

•Fotodiody v detektorech kouře lze použít ke snímání kouře a ohně.

• Fotodiody a LED diody jsou kombinovány za účelem vytvoření optických izolátorů a optických vazebních členů

•Používá se jako solární článek v solárních panelech

• Používá se pro čtečku čárových kódů, rozpoznávání znaků

•Pro systémy detekce překážek,

•Lze použít jako zobrazení přítomnosti stránek a počítadlo stránek v tiskárnách

•Pro detekci blízkosti oxymetr

• Používá se také pro optické kodéry a dekodéry

•Optický přenos informací založený na komunikaci optickým vláknem

• Snímač polohy

Kontaktní informace:

Pokud máte nějaké nápady, neváhejte se na nás obrátit. Bez ohledu na to, kde jsou naši zákazníci a jaké jsou naše požadavky, budeme sledovat náš cíl poskytovat našim zákazníkům vysokou kvalitu, nízké ceny a nejlepší služby.