Какво е фотодиод? (Част 2)

Следните проблеми могат да бъдат решени с помощта наФотодиодили фототранзистор. Например, камерата на телефона трябва да измери околната светлина, за да определи дали светкавицата трябва да се активира. Как да оценим неинвазивно нивата на кислород в кръвта? Тези оптоелектронни устройства преобразуват светлината (фотони) в електрически сигнали, които микропроцесорът (или микроконтролерът) може да "види". По този начин е възможно да се контролира позиционирането и разположението на обектите, да се определи интензитета на светлината и да се измерят физическите свойства на материала въз основа на взаимодействието му със светлината.

Сега нека поговорим за втората част.

1. Фотодиодна структура

Едно от основните изисквания за фотодиод е подходяща зона за събиране на светлина. В рамките на стандартен PN преход това е сравнително малко, но площта може да бъде увеличена чрез използване на PIN диод. Тъй като присъщата област се съдържа в активното кръстовище, използвано за събиране на светлина, областта, използвана за събиране на светлина, е много по-голяма, което прави PIN фотодиода по-ефективен.

В производствения процес на фотодиода дебели вътрешни слоеве се вмъкват между P-тип и N-тип слоеве. Междинният собствен слой може да бъде напълно собствен или много леко легиран, за да стане N-слой. В някои случаи той може да бъде отгледан върху субстрата като епитаксиален слой или може да се съдържа в самия субстрат.

P plus дифузионният слой може да бъде разработен върху силно легиран N-тип епитаксиален слой. Контактът е изработен от метален дизайн и може да бъде направен в два терминала като анод и катод. Предната част на диода може да бъде разделена на два типа, като активна повърхност и пасивна повърхност.

Дизайнът на неактивната повърхност може да бъде направен със силициев диоксид (SiO2). Върху активна повърхност може да свети светлина, докато върху неактивна повърхност светлината не може да свети. Покривайки активната повърхност с антирефлексен материал, енергията на светлината не се губи, а максимумът може да се преобразува в електрически ток.

Едно от основните изисквания на фотодиода е да гарантира, че максималното количество светлина достига вътрешния слой. Един от най-ефективните начини да постигнете това е да поставите електрическите контакти отстрани на устройството, както е показано на изображението. Това позволява максималното количество светлина да достигне ефективната област. Установено е, че тъй като субстратът е силно легиран, почти няма загуба на светлина, тъй като това не е активна област.

Тъй като светлината се абсорбира предимно на определено разстояние, дебелината на вътрешния слой обикновено съответства на тази. Всяко увеличение над тази дебелина ще намали скоростта на работа - важен фактор в много приложения - и няма да увеличи значително ефективността.

Светлината може също да влезе във фотодиода от едната страна на кръстовището. Чрез работа на фотодиода по този начин могат да бъдат направени по-малко вътрешни слоеве, за да се увеличи скоростта на работа, макар и с намалена ефективност.

В някои случаи могат да се използват хетеропреходи. Тази форма на конструкция има допълнителна гъвкавост за приемане на светлина от субстрата и има по-голяма енергийна междина, което я прави прозрачна за светлина.

Като по-малко стандартен процес, той е по-скъп за прилагане и следователно има тенденция да се използва за по-специализирани продукти.

2. Характеристики на фотодиода

(1) волт-амперни характеристики

Отнася се до връзката между фототока на фотодиода и напрежението, приложено към него.

(2) Характеристики на осветлението

Отнася се до връзката между светлинния поток и фототока, когато напрежението на фотодиода между катода и анода е постоянно. Наклонът на кривата на светлинната характеристика се нарича чувствителност на фотодиода.

(3) Спектрални характеристики

Връзката между фототока и дължината на вълната на падащата светлина се нарича спектрално свойство. Енергията на фотона е свързана с дължината на вълната на светлината: колкото по-голяма е дължината на вълната, толкова по-малка е енергията на фотона; Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-енергичен е фотонът.

3. Функция на фотодиода

(1) Контрол на светлината

Фотодиодът може да се използва като фотоелектрически превключвател и неговата схема е показана на следващата фигура. Когато няма светлина, фотодиодът VD1 се прекъсва поради обратно напрежение. Транзисторите VT1 и VT2 също се прекъсват без базов ток. Релето е в състояние на освобождаване.

Когато светлината се излъчва от VD1, тя преминава от прекъсване към проводимост. В резултат на това VT1 и VT2 се включват последователно, релето K тегли и управляващата верига се включва.

(2) приемане на оптичен сигнал

Фотодиодите могат да се използват за приемане на светлинни сигнали. Следващата снимка показва усилващата фотодиодна верига за получаване на оптичен сигнал. Светлинният сигнал се получава от фотодиод VD, усилва се от VT и се извежда от свързващ кондензатор C.

4. Фотодиодни приложения

(1) Фотоклетка

Фотоклетката е по същество голяма площ от PN прехода. Когато светлината се излъчва върху повърхност на PN преход, като повърхността на P-областта, всеки фотон в P-областта произвежда свободна двойка електрон-дупка, ако енергията на фотона е по-голяма от широчината на лентата на полупроводниковия материал.

Двойката електрон-дупка бързо дифундира навътре и образува електродвижеща сила, свързана с интензитета на светлината под електрическото поле на кръстовището. В този момент, ако го използваме като захранване и го свържем към външна верига, докато има светлина, той ще продължи да доставя енергия, което е фотоклетка. С други думи, фотоклетката е фотоелектрическо устройство с PN-преход без преднапрежение. Той може директно да преобразува светлинната енергия в електричество.

(2) Слънчеви клетки

Слънчевата клетка е полупроводниково устройство. Когато слънчевата светлина удари полупроводник, част от нея се отразява, а останалата част се абсорбира или прониква в полупроводника. Част от абсорбираната светлина се превръща в топлина, докато други фотони се сблъскват с валентните електрони, които изграждат полупроводника, създавайки двойки електрон-дупка. По този начин светлинната енергия се преобразува в електричество.

Следователно, след като слънчевата светлина бъде облъчена, двата края на слънчевата клетка ще генерират постоянно напрежение, като по този начин преобразуват енергията на слънчевата светлина директно в постоянен ток. Ако запоим металните проводници към P и N слоевете и свържем товара, токът ще тече през външната верига.

По този начин, ако свържем серията фотоклетки паралелно, може да се генерира определено напрежение и ток за изходна мощност.

(3) фотоволтаична осветителна система

Фотоволтаичната система за генериране на електроенергия е система за производство на електроенергия, която използва слънчеви клетки за преобразуване на слънчевата енергия в електричество. Използва фотоволтаичния ефект.

Основните компоненти са слънчеви клетки, батерии, контролери и инвертори. Висока надеждност, дълъг експлоатационен живот, без замърсяване, независимо генериране на енергия, фотодиод, свързан към мрежата.

Тъй като фотодиодният фотоволтаичен режим се влияе силно от външни фактори на околната среда, като светлина и температура, работната точка се променя бързо. Има независими системи за производство на електроенергия и системи за производство на електроенергия, свързани към мрежата.

① Независима фотоволтаична система за генериране на електроенергия

Независимата фотоволтаична система за генериране на електроенергия е метод за генериране на електроенергия, който не е свързан към мрежата. Има нужда от батерии, за да съхранява енергия за през нощта. Независимото производство на слънчева фотоволтаична енергия се използва главно в отдалечени села и домове

Структурна схема на волтгенериращата система

② свързана към мрежата фотоволтаична система за производство на електроенергия

Свързаната в мрежата фотоволтаична система за производство на електроенергия е свързана към националната мрежа, за да доставя енергия към мрежата. Не се нуждае от батерии. Жилищните фотоволтаични системи за производство на електроенергия са предимно в дома. Те се използват и в комунални услуги, системи за нощно пейзажно осветление и слънчеви ферми.

(4) Други приложения на фотодиодите са:

• Като светлинен сензор се използва фотодиод. Тъй като токът в него е пропорционален на интензитета на светлината, той се използва и за измерване на интензитета на светлината.

• Фотодиодите в детекторите за дим могат да се използват за отчитане на дим и огън.

• Фотодиодите и светодиодите се комбинират, за да направят оптични изолатори и оптични съединители

• Използва се като слънчева клетка в слънчеви панели

• Използва се за баркод скенер, разпознаване на знаци

•За системи за откриване на препятствия,

•Може да се използва като индикатор за присъствие и брояч на страници в принтери

• За откриване на близост, оксиметър

• Използва се и за оптични енкодери и декодери

•Оптично предаване на информация, базирано на оптична комуникация

•Сензор за позиция

Информация за връзка:

Ако имате някакви идеи, не се колебайте да говорите с нас. Без значение къде са нашите клиенти и какви са нашите изисквания, ние ще следваме нашата цел да предоставим на нашите клиенти високо качество, ниски цени и най-доброто обслужване.