Kas ir fotodiode? (2. daļa)

Tālāk norādītās problēmas var atrisināt, izmantojotFotodiodevai fototranzistors. Piemēram, tālruņa kamerai ir jāmēra apkārtējais apgaismojums, lai noteiktu, vai ir jāaktivizē zibspuldze. Kā neinvazīvi novērtēt skābekļa līmeni asinīs? Šīs optoelektroniskās ierīces pārvērš gaismu (fotonus) elektriskos signālos, ko mikroprocesors (vai mikrokontrolleris) var "redzēt". Tādā veidā ir iespējams kontrolēt objektu novietojumu un izvietojumu, noteikt gaismas intensitāti un izmērīt materiāla fizikālās īpašības, pamatojoties uz tā mijiedarbību ar gaismu.

Tagad parunāsim par otro daļu.

1. Fotodiodes uzbūve

Viena no galvenajām prasībām fotodiodei ir piemērota vieta gaismas savākšanai. Standarta PN krustojumā tas ir salīdzinoši mazs, taču laukumu var palielināt, izmantojot PIN diodi. Tā kā iekšējais apgabals atrodas aktīvajā savienojumā, ko izmanto gaismas savākšanai, gaismas savākšanai izmantotais reģions ir daudz lielāks, padarot PIN fotodiode efektīvāku.

Fotodiodes ražošanas procesā starp P tipa un N tipa slāņiem tiek ievietoti biezi iekšējie slāņi. Starpslānis var būt pilnībā īpatnējs vai ļoti viegli leģēts, lai padarītu to par N slāni. Dažos gadījumos to var uzaudzēt uz substrāta kā epitaksisku slāni vai arī to var ietvert pašā substrātā.

P plus difūzijas slāni var izveidot uz stipri leģēta N tipa epitaksiskā slāņa. Kontakts ir izgatavots no metāla konstrukcijas, un no tā var izveidot divus terminālus, piemēram, anodu un katodu. Diodes priekšējo laukumu var iedalīt divos veidos, piemēram, aktīvā virsma un pasīvā virsma.

Neaktīvās virsmas dizainu var veikt ar silīcija dioksīdu (SiO2). Uz aktīvās virsmas var spīdēt gaisma, savukārt uz neaktīvas virsmas gaisma nevar spīdēt. Pārklājot aktīvo virsmu ar pretatstarojošu materiālu, gaismas enerģija netiek zaudēta, un maksimumu var pārvērst elektriskā strāvā.

Viena no galvenajām fotodiodes prasībām ir nodrošināt, lai maksimālais gaismas daudzums sasniegtu iekšējo slāni. Viens no efektīvākajiem veidiem, kā to panākt, ir novietot elektriskos kontaktus ierīces sānos, kā parādīts attēlā. Tas ļauj maksimālajam gaismas daudzumam sasniegt efektīvo reģionu. Ir konstatēts, ka, tā kā substrāts ir stipri leģēts, gaismas zudums gandrīz nav, jo šis nav aktīvs reģions.

Tā kā gaisma lielākoties tiek absorbēta noteiktā attālumā, iekšējā slāņa biezums parasti atbilst tam. Jebkurš palielinājums virs šī biezuma samazinās darbības ātrumu, kas ir svarīgs faktors daudzos lietojumos, un būtiski nepaaugstinās efektivitāti.

Gaisma var iekļūt fotodiodē arī no vienas krustojuma puses. Šādi darbinot fotodiodi, var izveidot mazāk raksturīgo slāņu, lai palielinātu darbības ātrumu, lai gan ar samazinātu efektivitāti.

Dažos gadījumos var izmantot heterojunkcijas. Šai konstrukcijas formai ir papildu elastība, lai saņemtu gaismu no substrāta, un tai ir lielāka enerģijas sprauga, padarot to caurspīdīgu gaismai.

Tā kā tas ir mazāk standarta process, tā ieviešana ir dārgāka, un tāpēc to mēdz izmantot specializētākiem produktiem.

2. Fotodiodes raksturlielumi

(1) voltu ampēru raksturlielumi

Tas attiecas uz attiecību starp fotodiodes fotostrāvu un tai pievadīto spriegumu.

(2) Apgaismojuma raksturlielumi

Tas attiecas uz attiecību starp gaismas plūsmu un fotostrāvu, ja fotodiodes spriegums starp katodu un anodu ir nemainīgs. Gaismas raksturlīknes slīpumu sauc par fotodiodes jutību.

(3) Spektrālie raksturlielumi

Sakarību starp fotostrāvu un krītošās gaismas viļņa garumu sauc par spektrālo īpašību. Fotonu enerģija ir saistīta ar gaismas viļņa garumu: jo garāks viļņa garums, jo mazāka fotona enerģija; Jo īsāks viļņa garums, jo enerģiskāks ir fotons.

3. Fotodiodes funkcija

(1) Gaismas vadība

Fotodiodi var izmantot kā fotoelektrisko slēdzi, un tā shēma ir parādīta nākamajā attēlā. Ja nav gaismas, fotodiode VD1 tiek atslēgta apgrieztā sprieguma dēļ. Arī tranzistori VT1 un VT2 ir nogriezti bez bāzes strāvas. Relejs ir atbrīvotā stāvoklī.

Kad VD1 tiek izstarota gaisma, tā pāriet no atslēgšanas uz vadīšanu. Rezultātā VT1 un VT2 ieslēdzas secīgi, relejs K velk, un vadības ķēde tiek ieslēgta.

(2) optiskā signāla uztveršana

Fotodiodes var izmantot gaismas signālu uztveršanai. Nākamajā attēlā parādīta optiskā signāla pastiprinājuma fotodiodes ķēde. Gaismas signālu uztver fotodiode VD, pastiprina ar VT un izvada ar savienojuma kondensatoru C.

4. Fotodiožu lietojumprogrammas

(1) Fotoelements

Fotoelements būtībā ir liela PN savienojuma zona. Kad gaisma tiek izstarota uz PN savienojuma virsmas, piemēram, P-apgabala virsmas, katrs P-reģiona fotons rada brīvu elektronu caurumu pāri, ja fotona enerģija ir lielāka par pusvadītāja materiāla joslas joslas platumu.

Elektronu caurumu pāris ātri izkliedējas uz iekšu un veido elektromotora spēku, kas saistīts ar gaismas intensitāti zem krustojuma elektriskā lauka. Šobrīd, ja mēs to izmantojam kā barošanas avotu un pievienosim ārējai ķēdei, kamēr vien būs gaisma, tas turpinās piegādāt strāvu, kas ir fotoelements. Citiem vārdiem sakot, fotoelements ir PN savienojuma fotoelektriskā ierīce bez nobīdes sprieguma. Tas var tieši pārvērst gaismas enerģiju elektroenerģijā.

(2) Saules baterijas

Saules baterija ir pusvadītāju ierīce. Kad saules gaisma saskaras ar pusvadītāju, daļa no tā tiek atspoguļota, bet pārējā daļa tiek absorbēta vai iekļūst pusvadītājā. Daļa absorbētās gaismas kļūst par siltumu, bet citi fotoni saduras ar valences elektroniem, kas veido pusvadītāju, radot elektronu-caurumu pārus. Tādā veidā gaismas enerģija tiek pārvērsta elektrībā.

Tāpēc pēc saules gaismas apstarošanas abi saules baterijas gali radīs līdzstrāvas spriegumu, tādējādi pārvēršot saules gaismas enerģiju tieši līdzstrāvā. Ja pielodēsim metāla vadus uz P un N slāņiem un savienosim slodzi, strāva plūdīs caur ārējo ķēdi.

Tādā veidā, ja mēs paralēli savienojam vairākas fotoelementu sērijas, izejas jaudai var ģenerēt noteiktu spriegumu un strāvu.

(3) fotoelementu apgaismojuma sistēma

Fotoelementu enerģijas ražošanas sistēma ir elektroenerģijas ražošanas sistēma, kas izmanto saules baterijas, lai pārvērstu saules enerģiju elektroenerģijā. Tas izmanto fotoelektrisko efektu.

Galvenās sastāvdaļas ir saules baterijas, akumulatori, kontrolleri un invertori. Augsta uzticamība, ilgs kalpošanas laiks, bez piesārņojuma, neatkarīga elektroenerģijas ražošana, fotodiodes tīkla darbība.

Tā kā fotodiodes fotoelektrisko režīmu lielā mērā ietekmē ārējie vides faktori, piemēram, gaisma un temperatūra, darbības punkts ātri mainās. Ir neatkarīgas elektroenerģijas ražošanas sistēmas un ar tīklu savienotas elektroenerģijas ražošanas sistēmas.

① Neatkarīga fotoelementu enerģijas ražošanas sistēma

Neatkarīga fotoelementu enerģijas ražošanas sistēma ir elektroenerģijas ražošanas metode, kas nav savienota ar tīklu. Tam ir nepieciešamas baterijas, lai uzkrātu enerģiju naktī. Neatkarīga saules fotoelementu elektroenerģijas ražošana galvenokārt tiek izmantota attālos ciematos un mājās

Sprieguma ģenerēšanas sistēmas uzbūves diagramma

② ar tīklu pieslēgta fotoelementu elektroenerģijas ražošanas sistēma

Tīklam pieslēgta fotoelementu elektroenerģijas ražošanas sistēma ir savienota ar valsts tīklu, lai piegādātu elektrotīklam elektroenerģiju. Tam nav vajadzīgas baterijas. Dzīvojamās fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas galvenokārt ir mājās. Tos izmanto arī komunālajos pasākumos, nakts ainavu apgaismojuma sistēmās un saules enerģijas saimniecībās.

(4) Citi fotodiožu pielietojumi ir:

•Kā gaismas sensors tiek izmantota fotodiode. Tā kā strāva tajā ir proporcionāla gaismas intensitātei, to izmanto arī gaismas intensitātes mērīšanai.

•Dūmu detektoros esošās fotodiodes var izmantot dūmu un uguns uztveršanai.

• Fotodiodes un gaismas diodes ir apvienotas, lai izveidotu optiskos izolatorus un optiskos savienotājus

•Izmanto kā saules bateriju saules paneļos

•Izmanto svītrkoda skenerim, rakstzīmju atpazīšanai

• Šķēršļu noteikšanas sistēmām,

•Var izmantot kā lapas klātbūtni un lappušu skaitītāju printeros

•Tuvuma noteikšanai, oksimetrs

•To izmanto arī optiskajiem kodētājiem un dekodētājiem

•Optiskā informācijas pārraide, kuras pamatā ir optiskās šķiedras komunikācija

•Pozīcijas sensors

Kontaktinformācija:

Ja jums ir kādas idejas, droši sazinieties ar mums. Neatkarīgi no tā, kur atrodas mūsu klienti un kādas ir mūsu prasības, mēs ievērosim savu mērķi nodrošināt saviem klientiem augstu kvalitāti, zemas cenas un vislabāko servisu.