Fotodetector: kenmerken, typen, voordelen, 7 toepassingen

Inhoud van de fotodiodedetector

In dit artikel zullen we de fotodiodedetector als volgt bespreken:

• Definitie van een fotodetector
• Verschillende soorten
• Schakelschema
• Toepassingen
• Wat is een fotodiode
• Kenmerken van een fotodiode
• Werkingsprincipe
• Lawine fotodiode
• Schakelschema
• Toepassingen
• Voordelen nadelen
• Fototransistor versus fotodiode

Wat is een fotodetector?

Definitie van een fotodetector:

"Fotodetectoren zijn belangrijke elementen, bezitten het vermogen om licht om te zetten in elektrische signalen."

"Fotodetectoren zijn belangrijke elementen die nuttig zijn bij beeldverwerking, optische communicatie, beveiliging en nachtzicht en bewegingsdetectie. "

Soorten fotodetectoren:

Belangrijke toepassingen van fotodetectoren:

• Fotodetectoren kunnen worden gebruikt voor eigenschappen zoals optisch vermogen, lichtstroommetingen.
• Deze worden gebruikt in verschillende soorten optische sensor- en microscoopontwerpen.
• Fotodetectoren zijn essentieel voor laserafstandsmeters.
• Snelle fotodetectoren worden vaak gebruikt in glasvezelcommunicatie, frequentiemetrologie enz.

Wat is een fotodiode?

Definitie van een fotodiode:

“Een fotodiode is eigenlijk een typische pn-junctiediode."

Wanneer een foton de diode raakt, zal het elektron exciteren en een beweegbaar elektron en een positief ladingsgat genereren. De absorptie vindt plaats in het uitputtingsgebied van de junctie, de drager wordt van de junctie verwijderd door het ingebouwde potentieel van het uitputtingsgebied.

Hoe werkt een fotodiode?

Werkingsprincipe van fotodiode:

Een fotodiode is een pn-overgang of een PIN-configuratie. Als een foton de diode raakt, produceert het het elektron en een positief geladen gat. Wanneer er enige absorptie plaatsvindt in het uitputtingsgebied van het knooppunt, zijn deze dragers gevangen in het knooppunt van het ingebouwde gebied van dit uitputtingsgebied dat een fotostroom creëerde.

Fotodiodes worden veel gebruikt onder inverse voorspanning of zonder voorspanning. Het licht of foton kan een stroom over dit circuit sturen, die aan de voorwaartse voorspanning geeft, die vervolgens 'donkerstroom' veroorzaakt van de omgekeerde richting naar de fotostroom. Dit wordt het natuurlijke effect genoemd en kan de basis vormen voor het ontwerp van zonnecellen. Een zonnepaneel is slechts een combinatie van meerdere effectieve fotodiodes.

Omgekeerde bias produceert een kleine stroom in exact dezelfde richting. Afgezien daarvan vertoont de fotodiode minder ruis.

Lawine fotodiodes hebben een vergelijkbare voorrangschikking, maar het wordt normaal gesproken bediend met een grotere omgekeerde voorspanning. Hierdoor kan elke afzonderlijke door foto gegenereerde provider worden vermenigvuldigd met lawine-afbraak, wat leidt tot interne effecten van de fotodiode en de algehele responsiviteit van het apparaat verbetert.

Materialen voor een fotodiode:

Materiaal gebruikt in fotodiode:

• Silicium
• Germanium
• Loodsulfide

De materieel gebruikt voor de constructie van fotodiode is belangrijk voor het beschrijven van de eigenschappen ervan, omdat alleen fotonen met de juiste energie elektronen in bandgap kunnen exciteren en substantiële fotostromen kunnen produceren.

Het is belangrijk om te onthouden dat op silicium gebaseerde fotodiodes een grotere bandafstand hebben en daarom in staat zijn om minder ruis te produceren dan op germanium gebaseerde fotodiodes.

Sinds transistoren en IC's worden ook gemaakt door halfgeleidermateriaal en bevatten pn-overgangen, kunnen werken als een fotodiode. Dit is niet het geaccepteerde, een ondoorzichtige behuizing is verplicht om dit effect te verwijderen. Hoewel deze niet volledig ondoorzichtig zijn voor stralingen met hoge energie, kunnen IC's toch defect raken voor geïnduceerde fotostroom.

Toepassingen van een fotodiode:

• Fotodiodes worden gebruikt in consumentenelektronica, zoals cd-spelers, brand- en rookmelders, afstandsbedieningen, verlichting enz.
• Deze worden ook gebruikt in verschillende medische toepassingen, detector en hoogenergetische fysica enz.

Voordelen en nadelen van een fotodiode:

VOORDELEN

• Laag geluidsniveau
• Goedkope
• Compact en lichtgewicht.
• Lange levensduur
• Er is geen hoogspanning vereist.
• Hoge kwantumefficiëntie.

NADELEN

• Klein gebied
• Geen interne winst
• Veel lagere gevoeligheid
• De reactietijd is langzamer.

Wat zijn de kenmerken van een fotodiode?

Er zijn twee soorten kenmerken van fotodiode

• Elektrische kenmerken
• Optische kenmerken

Elektrische kenmerken van fotodiode:

SHUNTWEERSTAND, R_SH

Shuntweerstand (R._SH) wordt gebruikt om de thermische ruis te schatten wanneer er geen reverse bias wordt toegepast. Het is de verhouding tussen spanning en stroom.

Het wordt berekend uit de helling van de VI-curve van de fotodiode aan de oorsprong.

SERIE WEERSTAND

Serieweerstand wordt gegeven door Rs en komt voort uit de weerstanden van silicium. De uitdrukking wordt gegeven door de volgende vergelijking -

VERBINDINGSCAPACITEIT, (C_j)

Junctiecapaciteit (C_j) is de capaciteit van de diode bij een bepaalde tegengestelde voorspanning.

De junctiecapaciteit is evenredig met het diffusiegebied en omgekeerd evenredig met de breedte van het uitputtingsgebied.

STIJG- EN DALINGSTIJD (t_r , T_f )

De tijd die nodig is om negentig procent van tien procent te bereiken, staat bekend als stijgtijd en de tijd die nodig is om van negentig procent naar tien procent te dalen, staat bekend als herfsttijd. Deze parameter wordt gewoonlijk als volgt uitgedrukt in frequentierespons van 3dB-verval.

                                t_r= 0.35 / f_3dB

AFBREKENDE SPANNING (V_BR)

Het is de maximale negatieve spanning die op de diode kan worden toegepast terminal.

GELUIDSEQUIVALENT VERMOGEN (N._EP)

De fotonintensiteit is een vereiste om de ruis bij een gespecificeerde omgekeerde voorspanning te evenaren. Het is een maat voor N_EP.

RESPONSTIJD (t_r)

Het wordt bepaald door de tijd die een diode nodig heeft om te reageren op een stapsgewijze invoer in licht bij een gespecificeerde omgekeerde voorinstellingsmodus.

Kortsluitstroom (I._SC):

Met de diode pinnen kortgesloten, de stroom die vloeit bij een bepaalde lichtintensiteit.

Optische kenmerken van fotodiode:

KWANTUMEFFICIËNTIE, Q_E

Q_E wordt uitgebreid erkend als het percentage van de invallende fotonen die bijdragen aan de fotostroom.

                               Q_E=R _obs/R _Id (100%)

VERANTWOORDELIJKHEID, R

De responsiviteit van een siliciumfotodiode is de meting van de gevoeligheid voor licht. Het wordt gegeven door de verhouding van Ip tot het komende lichtvermogen (P) voor de gegeven golflengte.

                              R = ik_P/P op een specifieke golflengte

NIET-UNIFORMITEIT

Het is goed gedefinieerd als de variaties in responsiviteit die worden waargenomen over het actieve fotodiode-oppervlak met triviale lichtvlekken.

NIET-LINEARITEIT

Een siliciumfotodiodekarakteristiek is lineair van aard, hoewel een kleine verandering in de stroom de lineariteit van de fotostroom reguleert.

Geluiden in een fotodiode:

In een fotodiode worden twee soorten ruis geïntroduceerd; zij zijn

• Schotruis
• Johnson Lawaai.

Schotruis

Het wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking.

Thermisch geluid of Johnson-geluid

De fotodetector kan Johnson-ruis produceren vanwege de thermische generatie van de drager. De omvang van deze gegenereerde stroomruis is:

Daarom is de totale ruis,

Verklaar lawine- en zenermechanismen:

Lawinedoorslag treedt alleen op bij de hogere spanningen. Stel dat het elektrische veld (E) in het overgangsgebied enorm is. Vervolgens een e^- die van de P-kant binnenkomt, kan worden versneld met kinetische energie om met het rooster te botsen en te produceren ionisatie. De interacties zullen dragervermenigvuldiging creëren; het oorspronkelijke elektron en het gegenereerde elektron worden naar de N-kant geveegd en het gecreëerde gat wordt naar de P geplooid. Dit proces is lawine, omdat elke inkomende drager het grote aantal dragers kan initiëren.

Zener-effect treedt op zodra het tunnelen van elektronen plaatsvindt van de P-zijde valanceband naar de N-zijde geleidingsband, kan een tegenstroom veroorzaken van de N naar de P-terminal. Fundamentele onvermijdelijkheden voor een tunnelstroom zijn een groot aantal elektronen die door een blikkerige barrière worden losgemaakt van een aanzienlijke hoeveelheid onbezette toestand. Aangezien de kans op tunnelen wordt bepaald door de breedte van de barrière, moet de doping groot zijn.

Vergelijk tussen fototransistor en fotodiode:

Voor meer elektronica gerelateerd artikel klik hier

Soumali Bhattacharya

Hallo, ik ben Soumali Bhattacharya. Ik heb de master Elektronica gedaan.
Ik ben momenteel geïnvesteerd op het gebied van elektronica en communicatie.
Mijn artikelen zijn gericht op de belangrijkste gebieden van de kernelektronica in een zeer eenvoudige maar informatieve benadering.
Ik ben een levendige leerling en probeer mezelf op de hoogte te houden van de nieuwste technologieën op het gebied van elektronica.

Laten we verbinding maken via LinkedIn –