Kas yra fotodiodas? (2 dalis)

Šios problemos gali būti išspręstos naudojantFotodiodasarba fototranzistorius. Pavyzdžiui, telefono kamera turi išmatuoti aplinkos apšvietimą, kad nustatytų, ar reikia įjungti blykstę. Kaip neinvaziškai įvertinti deguonies kiekį kraujyje? Šie optoelektroniniai prietaisai šviesą (fotonus) paverčia elektriniais signalais, kuriuos gali „matyti“ mikroprocesorius (arba mikrovaldiklis). Tokiu būdu galima valdyti objektų išsidėstymą ir išdėstymą, nustatyti šviesos intensyvumą bei išmatuoti medžiagos fizines savybes pagal jos sąveiką su šviesa.

Dabar pakalbėkime apie antrąją dalį.

1. Fotodiodo sandara

Vienas iš pagrindinių reikalavimų fotodiodui – tinkama vieta šviesai surinkti. Standartinėje PN sankryžoje tai yra palyginti maža, tačiau plotą galima padidinti naudojant PIN diodą. Kadangi vidinė sritis yra aktyvioje jungtyje, naudojamoje šviesai surinkti, šviesai surinkti naudojama sritis yra daug didesnė, todėl PIN fotodiodas yra efektyvesnis.

Fotodiodo gamybos procese tarp P tipo ir N tipo sluoksnių įterpiami stori vidiniai sluoksniai. Tarpinis savitasis sluoksnis gali būti visiškai savitas arba labai lengvai legiruotas, kad jis būtų N sluoksnis. Kai kuriais atvejais jis gali būti auginamas ant substrato kaip epitaksinis sluoksnis arba gali būti patalpintas pačiame substrate.

P plius difuzijos sluoksnis gali būti sukurtas ant stipriai legiruoto N tipo epitaksinio sluoksnio. Kontaktas pagamintas iš metalinio dizaino ir gali būti pagamintas į du gnybtus, tokius kaip anodas ir katodas. Diodo priekinę sritį galima suskirstyti į du tipus, tokius kaip aktyvus paviršius ir pasyvus paviršius.

Neaktyvaus paviršiaus projektavimas gali būti atliekamas naudojant silicio dioksidą (SiO2). Ant aktyvaus paviršiaus šviesa gali apšviesti, o ant neaktyvaus paviršiaus šviesa negali. Aktyvųjį paviršių padengus antirefleksine medžiaga, šviesos energija neprarandama, o maksimumą galima paversti elektros srove.

Vienas iš pagrindinių fotodiodo reikalavimų yra užtikrinti, kad didžiausias šviesos kiekis pasiektų vidinį sluoksnį. Vienas iš efektyviausių būdų tai pasiekti – elektros kontaktus patalpinti įrenginio šone, kaip parodyta paveikslėlyje. Tai leidžia maksimaliam šviesos kiekiui pasiekti efektyvią sritį. Nustatyta, kad kadangi substratas yra stipriai legiruotas, šviesa beveik neprarandama, nes tai nėra aktyvi sritis.

Kadangi šviesa daugiausia sugeriama tam tikru atstumu, vidinio sluoksnio storis paprastai sutampa. Bet koks šio storio padidinimas sumažins veikimo greitį – svarbų veiksnį daugelyje programų – ir nepadidins efektyvumo.

Šviesa taip pat gali patekti į fotodiodą iš vienos sankryžos pusės. Naudojant fotodiodą tokiu būdu, galima padaryti mažiau vidinių sluoksnių, kad padidėtų veikimo greitis, nors ir mažesnis efektyvumas.

Kai kuriais atvejais gali būti naudojamos heterojunkcijos. Ši konstrukcija turi papildomą lankstumą priimti šviesą iš pagrindo ir turi didesnį energijos tarpą, todėl jis yra skaidrus šviesai.

Kaip ne toks standartinis procesas, jį įgyvendinti brangiau, todėl jis dažniausiai naudojamas labiau specializuotiems produktams.

2. Fotodiodo charakteristikos

(1) voltų amperų charakteristikos

Tai reiškia ryšį tarp fotodiodo fotosrovės ir jam taikomos įtampos.

(2) Apšvietimo charakteristikos

Tai reiškia ryšį tarp šviesos srauto ir fotosrovės, kai fotodiodo įtampa tarp katodo ir anodo yra pastovi. Šviesos charakteristikos kreivės nuolydis vadinamas fotodiodo jautrumu.

(3) Spektrinės charakteristikos

Ryšys tarp fotosrovės ir krintančios šviesos bangos ilgio vadinamas spektrine savybe. Fotono energija yra susijusi su šviesos bangos ilgiu: kuo ilgesnis bangos ilgis, tuo mažesnė fotono energija; Kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo fotonas energingesnis.

3. Fotodiodo funkcija

(1) Šviesos valdymas

Fotodiodas gali būti naudojamas kaip fotoelektrinis jungiklis, o jo grandinė parodyta sekančiame paveikslėlyje. Kai nėra šviesos, fotodiodas VD1 išjungiamas dėl atvirkštinės įtampos. Tranzistoriai VT1 ir VT2 taip pat atjungti be bazinės srovės. Relė yra išleidimo būsenoje.

Kai šviesa skleidžiama ant VD1, ji pereina iš ribinės į laidumą. Dėl to VT1 ir VT2 įsijungia paeiliui, relė K įsijungia ir valdymo grandinė įjungiama.

(2) optinio signalo priėmimas

Šviesos signalams priimti gali būti naudojami fotodiodai. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta optinio signalo priėmimo stiprinimo fotodiodo grandinė. Šviesos signalą priima fotodiodas VD, stiprina VT, o išveda jungiamasis kondensatorius C.

4. Fotodiodų programos

(1) Fotoelementas

Fotoelementas iš esmės yra didelė PN sankryžos sritis. Kai šviesa skleidžiama PN sandūros paviršiuje, pavyzdžiui, P regiono paviršiuje, kiekvienas P regiono fotonas sukuria laisvą elektronų skylės porą, jei fotono energija yra didesnė už puslaidininkinės medžiagos juostos juostos plotį.

Elektronų ir skylių pora greitai išsisklaido į vidų ir sukuria elektrovaros jėgą, susijusią su šviesos intensyvumu jungties elektrinio lauko sąlygomis. Šiuo metu, jei naudosime jį kaip maitinimo šaltinį ir prijungsime prie išorinės grandinės, tol, kol bus šviesos, jis ir toliau tieks maitinimą, kuris yra fotoelementas. Kitaip tariant, fotoelementas yra PN jungties fotoelektrinis įtaisas, neturintis poslinkio įtampos. Jis gali tiesiogiai paversti šviesos energiją į elektros energiją.

(2) Saulės elementai

Saulės elementas yra puslaidininkinis įtaisas. Kai saulės šviesa patenka į puslaidininkį, dalis jos atsispindi, o likusi dalis absorbuojama arba prasiskverbia pro puslaidininkį. Dalis sugertos šviesos virsta šiluma, o kiti fotonai susiduria su valentiniais elektronais, kurie sudaro puslaidininkį, sukurdami elektronų ir skylių poras. Tokiu būdu šviesos energija paverčiama elektra.

Todėl, apšvitinus saulės šviesą, abu saulės elemento galai generuos nuolatinę įtampą, taip saulės energiją paversdami tiesiai į nuolatinę srovę. Jei sulituosime metalinius laidus į P ir N sluoksnius ir prijungsime apkrovą, srovė tekės per išorinę grandinę.

Tokiu būdu, jei lygiagrečiai sujungsime fotoelementų serijas, išėjimo galiai gali būti sukurta tam tikra įtampa ir srovė.

(3) fotovoltinė apšvietimo sistema

Fotovoltinė energijos gamybos sistema yra energijos gamybos sistema, kuri naudoja saulės elementus saulės energijai paversti elektros energija. Jis naudoja fotovoltinį efektą.

Pagrindiniai komponentai yra saulės elementai, baterijos, valdikliai ir inverteriai. Didelis patikimumas, ilgas tarnavimo laikas, be taršos, nepriklausoma energijos gamyba, fotodiodo tinklo prijungimas.

Kadangi fotodiodo fotovoltinį režimą labai veikia išoriniai aplinkos veiksniai, tokie kaip šviesa ir temperatūra, veikimo taškas greitai keičiasi. Yra nepriklausomos elektros energijos gamybos sistemos ir elektros energijos gamybos sistemos, prijungtos prie tinklo.

① Nepriklausoma fotovoltinės energijos gamybos sistema

Nepriklausoma fotovoltinė elektros energijos gamybos sistema yra energijos gamybos būdas, kuris nėra prijungtas prie tinklo. Jam reikia baterijų, kad galėtų kaupti energiją nakčiai. Nepriklausoma saulės fotovoltinė energija daugiausia naudojama atokiuose kaimuose ir namuose

Įtampą generuojančios sistemos struktūrinė schema

② prie tinklo prijungta fotovoltinė energijos gamybos sistema

Prie tinklo prijungta fotovoltinė elektros energijos gamybos sistema yra prijungta prie nacionalinio tinklo, kad būtų tiekiama energija į tinklą. Tam nereikia baterijų. Gyvenamosios fotovoltinės energijos gamybos sistemos dažniausiai yra namuose. Jie taip pat naudojami komunalinėse paslaugose, naktinio kraštovaizdžio apšvietimo sistemose ir saulės energijos ūkiuose.

(4) Kiti fotodiodų pritaikymai yra šie:

•Kaip šviesos jutiklis naudojamas fotodiodas. Kadangi srovė jame yra proporcinga šviesos intensyvumui, ji taip pat naudojama šviesos intensyvumui matuoti.

•Dūmų detektoriuose esantys fotodiodai gali būti naudojami dūmams ir ugniai pajusti.

• Fotodiodai ir šviesos diodai yra sujungti, kad būtų pagaminti optiniai izoliatoriai ir optinės jungtys

•Naudojamas kaip saulės elementas saulės kolektoriuose

•Naudojamas brūkšninio kodo skaitytuvui, simbolių atpažinimui

• Kliūčių aptikimo sistemoms,

•Gali būti naudojamas kaip puslapio buvimo vieta ir puslapių skaitiklis spausdintuvuose

•Artumui aptikti, oksimetras

•Jis taip pat naudojamas optiniams koduotojams ir dekoderiams

•Optinis informacijos perdavimas, pagrįstas optinio pluošto ryšiu

•Padėties jutiklis

Kontaktinė informacija:

Jei turite kokių nors idėjų, nedvejodami pasikalbėkite su mumis. Nesvarbu, kur yra mūsų klientai ir kokie yra mūsų reikalavimai, sieksime savo tikslo teikti klientams aukštą kokybę, žemas kainas ir geriausias paslaugas.