Obsah detektoru fotodiod
V tomto článku budeme diskutovat o detektoru foto diod takto:
- Definice fotodetektoru
- Odlišné typy
- Schéma zapojení
- Aplikace
- Co je to fotodioda
- Vlastnosti fotodiody
- Pracovní princip
- Lavinová fotodioda
- Schéma zapojení
- Aplikace
- Výhody nevýhody
- Fototranzistor vs. fotodioda
Co je to detektor fotografií?
Definice fotodetektoru:
"Fotodetektory jsou důležité prvky, které mají schopnost transformovat světlo na elektrické signály."
"Fotodetektory jsou důležité prvky užitečné při zpracování obrazu, optické komunikaci, bezpečnosti a nočním vidění a detekci pohybu. “
Typy fotografických detektorů:
Důležité aplikace fotodetektorů:
- Foto detektory lze použít pro vlastnosti, jako je optický výkon, měření světelného toku.
- Používají se v různých typech optických senzorů a mikroskopů.
- Foto detektory jsou pro laserové dálkoměry nezbytné.
- Rychlé fotodetektory se běžně používají v komunikaci optickými vlákny, frekvenční metrologii atd.
Co je to fotodioda?
Definice fotodiody:
"Fotodioda je v zásadě typicky pn spojovací dioda.""
Když foton narazí na diodu, bude vzrušovat elektron a generuje pohyblivý elektron a otvor s kladným nábojem. K absorpci dochází v oblasti vyčerpání křižovatky, nosič bude odstraněn ze křižovatky pomocí zabudovaného potenciálu oblasti vyčerpání.
Jak funguje fotodioda?
Pracovní princip fotodiody:
Fotodioda je spojení pn nebo konfigurace PIN. Pokud foton narazí na diodu, vytvoří elektron a kladně nabitý otvor. Když dojde k absorpci v oblasti vyčerpání spojky, tito nosiči byli uvězněni v spojnici z vestavěné oblasti této oblasti vyčerpání, která vytvořila fotoproud.
Fotodiody jsou široce používány při inverzním předpětí nebo bez předpětí. Světlo nebo foton může pohánět proud přes tyto obvody, což vede k předpětí, což následně způsobí „temný proud“ z opačného směru na fotoproud. Toto se označuje jako přirozený efekt a může to být základ návrhu solárních článků. Solární panel je jen kombinací několika účinných fotodiod.
Reverzní předpětí produkuje malý proud přesně stejným směrem. Kromě toho vykazuje fotodioda méně šumu.
Lavinové fotodiody mají podobné předuspořádání, ale normálně se provozuje s větším zpětným předpětím. To umožňuje každému jednotlivému poskytovateli generovaných fotografií znásobit lavinový rozpad, což vede k vnitřním efektům fotodiody a zlepšuje celkovou odezvu zařízení.
Materiály pro fotodiodu:
Materiál použitý ve fotodiodě:
- Křemík
- Germanium
- Sulfid olova
Projekt materiál použité pro konstrukci fotodiody je důležité pro popis jejích vlastností, protože pouze fotony s vhodnou energií mohou excitovat elektrony v bandgapu a jsou schopny produkovat značné fotoproudy.
Je důležité si uvědomit, že křemíková fotodioda má větší pásmovou mezeru, a proto je schopna produkovat méně šumu než fotodiody na bázi germania.
Od tranzistory a IC jsou také připraveny z polovodičového materiálu a obsahují pn přechody, mohou fungovat jako fotodioda. Toto není akceptováno, k odstranění tohoto efektu je povinné neprůhledné pouzdro. I když nejsou zcela neprůhledné vůči vysokoenergetickému záření, stále mohou způsobit poruchu IC kvůli indukovanému fotoproudu.
Aplikace fotodiody:
- Fotodiody se používají ve spotřební elektronice, tj. CD přehrávačích, detektorech požáru a kouře, dálkových ovladačích, osvětlení atd.
- Ty se také používají v různých lékařských aplikacích, detektorech a fyzice vysokých energií atd.
Výhody a nevýhody fotodiody:
VÝHODY
- Nízká hlučnost
- Nízké náklady
- Kompaktní a lehký.
- Dlouhá životnost
- Není nutné vysoké napětí.
- Vysoká kvantová účinnost.
NEVÝHODY-
- Malá plocha
- Žádný vnitřní zisk
- Mnohem nižší citlivost
- Doba odezvy je pomalejší.
Jaké jsou vlastnosti fotodiody?
Existují dva typy charakteristik fotodiody
- Elektrické vlastnosti
- Optické vlastnosti
Elektrické vlastnosti fotodiody:
ODOLNOST PROTI SHUNTU, R.SH
Odolnost vůči bočníku (R.SH) se používá k odhadu tepelného šumu, když není použito zpětné zkreslení. Je to poměr napětí k proudu.
Vypočítává se ze sklonu VI křivky fotodiody v počátku.
ŘADOVÁ ODOLNOST
Sériový odpor je dán Rs a pochází z odporů křemíku. Výraz je dán následující rovnicí -
JUNKČNÍ KAPACITA, (Cj)
Spojovací kapacita (C.j) je kapacita diody při daném zpětném zkreslení.
Kapacita spojení je úměrná difúzní oblasti a nepřímo úměrná šířce oblasti vyčerpání.
ČAS ZVÝŠENÍ A PÁDU (tr , Tf )
Čas potřebný k dosažení devadesáti procent z deseti procent je známý jako Rise Time a čas potřebný k poklesu z devadesáti procent na deset procent je známý jako čas pádu. Tento parametr se běžně vyjadřuje ve frekvenční odezvě rozpadu 3dB následujícím způsobem.
tr= 0.35 / f3dB
ROZDĚLENÍ NAPĚTÍ (VBR)
Je to maximálně negativní napětí, které lze přivést na diodu terminál.
HLUKOVÝ EKVIVALENTNÍ VÝKONEP)
Intenzita fotonu je předpokladem ekvivalentu šumu při specifikovaném zpětném předpětí. Jedná se o měření NEP.
DOBA ODPOVĚDI (tr)
Je definována dobou potřebnou k tomu, aby dioda reagovala na skokový vstup ve světle při specifikovaném provozním režimu reverzního předpětí.
Zkratový proud (ISC):
S dioda piny zkratované, proud, který teče při dané intenzitě světla.
Optické vlastnosti fotodiody:
KVANTOVÁ EFEKTIVITA, QE
QE je široce uznáván jako procento dopadajících fotonů, které přispívají k fotoproudu.
QE=R obs/R Id (100%)
ODPOVĚDNOST, R
Citlivost křemíkové fotodiody je měření citlivosti na světlo. Je to dáno poměrem Ip k přicházející síle světla (P) pro danou vlnovou délku.
R = jáP/P při specifické vlnové délce
NEJEDNOTNOST
Je dobře definován jako variace odezvy pozorované na aktivní ploše fotodiody s triviálními skvrnami světla.
NELINEARITA
Charakteristika křemíkové fotodiody má lineární povahu, ačkoli malá změna proudu reguluje linearitu fotoproudu.
Hluky ve fotodiodě:
Ve fotodiodě jsou zavedeny dva typy šumů; oni jsou
- Hluk výstřelu
- Johnsonův hluk.
Hluk výstřelu
Je vyjádřena následující rovnicí.
Thermal Noise nebo Johnson Noise
Fotodetektor může produkovat Johnsonův šum kvůli tepelnému generování nosiče. Velikost tohoto generovaného aktuálního šumu je:
Celkový hluk je tedy
Vysvětlete lavinové a zenerovské mechanismy:
K rozbití laviny dochází pouze při vyšších napětích. Předpokládejme, že elektrické pole (E) v přechodové oblasti je obrovské. Pak, an e- příchozí ze strany P se může urychlit kinetickou energií, aby se srazil s mřížkou a vytvořil ionizace. Interakce vytvoří násobení nosičů; původní elektron a generovaný elektron jsou smeteny na stranu N a vytvořená díra je vržena na P. Tento proces je lavinový, protože každý příchozí nosič je schopen iniciovat velké množství nosičů.
Zenerův efekt nastane, jakmile dojde k tunelování elektronů z pásma zácpy na straně P do pásma vedení na straně N, což může způsobit zpětný tok proudu z terminálu N na P. Základní nevyhnutelnosti pro tunelovací proud jsou velké množství elektronů, které jsou oddělené od podstatného množství neobsazeného stavu plechovou bariérou. Protože pravděpodobnost tunelování se řídí šířkou bariéry, doping musí být skvělý.
Porovnání mezi foto tranzistorem a foto diodou:
Další článek týkající se elektroniky klikněte zde
Ahoj, jsem Soumali Bhattacharya. Vystudoval jsem elektroniku.
V současné době investuji do oblasti elektroniky a komunikace.
Mé články jsou zaměřeny na hlavní oblasti základní elektroniky ve velmi jednoduchém, ale informativním přístupu.
Jsem živý student a snažím se udržovat si aktuální informace o všech nejnovějších technologiích v oblasti elektronických domén.
Spojme se přes LinkedIn –