Beth Yw Photodiode? (Rhan 1)

Ffotodiodeyn ddyfais lled-ddargludyddion sy'n trosi golau yn gyfredol, a rhwng yr haenau p (cadarnhaol) ac n (negyddol), mae haen gynhenid. Mae ffotodiod yn derbyn egni golau fel mewnbwn i gynhyrchu cerrynt trydan. Gelwir ffotodiodes hefyd yn ffotosynwyryddion, synwyryddion ffotodrydanol neu synwyryddion golau.

Mae'r ffotodiode yn gweithredu o dan amodau tueddiad gwrthdro, hynny yw, mae ochr P y ffotodiode wedi'i gysylltu ag electrod negyddol y batri (neu'r cyflenwad pŵer), ac mae'r ochr N yn gysylltiedig ag electrod positif y batri. Deunyddiau ffotodiode nodweddiadol yw silicon, germanium, indium gallium arsenide phosphide, ac indium gallium arsenide.

Y tu mewn, mae gan y ffotodiode hidlydd golau, lens adeiledig, ac arwynebedd. Pan gynyddir arwynebedd y ffotodiode, mae'r amser ymateb yn cael ei leihau. Ychydig iawn o ffotodiodau sy'n edrych fel deuodau allyrru golau (LEDs). Mae ganddo ddwy derfynell, fel y dangosir isod. Mae'r derfynell lai yn gwasanaethu fel y catod a'r derfynell hirach yw'r anod.

Mae symbol y ffotodiode yn debyg i symbol y LED, ond mae'r saeth yn pwyntio y tu mewn yn hytrach na'r tu allan yn y LED. Mae'r ddelwedd isod yn dangos symbol y ffotodiod.

1. Photodiode egwyddor

Mae ffotodiodes yn gweithio trwy greu pâr o dyllau electronau pan fydd ffoton egnïol yn taro'r deuod. Gelwir y mecanwaith hwn hefyd yn effaith ffotodrydanol fewnol. Os bydd amsugno'n digwydd yn y gyffordd rhanbarth disbyddu, caiff y cludwyr eu tynnu o'r gyffordd gan y maes trydan mewnol yn y rhanbarth disbyddu.

Fel arfer, pan fydd golau yn goleuo'r gyffordd PN, mae'r bond cofalent yn cael ei ïoneiddio. Mae hyn yn creu tyllau a pharau electronau. Mae'r ffotolif yn cael ei gynhyrchu oherwydd bod parau tyllau electron yn cael eu cynhyrchu. Pan fydd ffotonau ag egni mwy na 1.1eV yn taro'r deuod, mae parau tyllau electron yn cael eu ffurfio. Pan fydd y ffoton yn mynd i mewn i ranbarth disbyddiad y deuod, mae'n taro'r atom ag egni uchel. Mae hyn yn arwain at ryddhau electronau o'r adeiledd atomig. Pan ryddheir electronau, caiff electronau a thyllau rhydd eu creu.

Yn gyffredinol, mae gan electronau wefr negyddol ac mae gan dyllau wefr bositif. Bydd gan ynni disbyddu faes trydan adeiledig. Oherwydd y maes trydan hwn, mae'r pâr twll electron ymhell i ffwrdd o'r gyffordd PN. Felly, mae'r tyllau'n symud tuag at yr anod ac mae'r electronau'n symud tuag at y catod i gynhyrchu ffotocerrynt.

Mae dwyster amsugno ffoton ac egni ffoton yn gymesur â'i gilydd. Po leiaf o egni sydd gan y llun, y mwyaf y mae'n ei amsugno. Gelwir y broses gyfan hon yn effaith ffotodrydanol fewnol.

Mae cyffro cynhenid ​​​​a chyffro anghynhenid ​​yn ddau ddull o gyffro ffoton. Mae'r broses gynhyrfu gynhenid ​​yn digwydd pan fydd electronau yn y band falens yn cael eu cyffroi gan ffotonau i'r band dargludiad.

2. Cylchdaith gweithio'r ffotodiode

Mae ffotodiodes yn gweithio'n bennaf mewn tri dull gwahanol, sef:

(1) Modd ffotofoltäig

(2) Modd dargludol llun

(3) Modd deuod Avalanche

(1) Modd ffotofoltäig

Gelwir y modd hwn hefyd yn ddull rhagfarn sero. Mae'r modd hwn yn cael ei ffafrio pan fydd ffotodiodes yn gweithredu mewn cymwysiadau amledd isel a chymwysiadau golau lefel ynni uwch. Pan fydd y fflach yn taro'r ffotodiode, mae'n creu foltedd. Bydd gan y foltedd canlyniadol ystod ddeinamig fach iawn a bydd ganddo nodweddion aflinol. Pan fydd y photodiode wedi'i ffurfweddu gyda OP-AMP yn y modd hwn, bydd y newid tymheredd yn fach iawn.

(2) Modd dargludol llun

Yn y modd hwn, bydd y ffotodiode yn gweithredu o dan amodau tuedd gwrthdro. Mae'r catod yn bositif ac mae'r anod yn negyddol. Wrth i'r foltedd gwrthdroi gynyddu, mae lled yr haen disbyddu hefyd yn cynyddu. O ganlyniad, bydd yr amser ymateb a chynhwysedd cyffordd yn cael eu lleihau. Mewn cyferbyniad, mae'r dull gweithredu hwn yn gyflym ac yn cynhyrchu sŵn electronig.

(3) Modd deuod Avalanche

Mae deuodau eirlithriadau yn gweithredu o dan amodau gogwydd gwrthdro uchel, sy'n caniatáu i chwalfa eirlithriadau luosi i bob pâr twll electron a gynhyrchir gan drydan llun. Y canlyniad yw cynnydd mewnol y ffotodiode, sy'n cynyddu ymateb y ddyfais yn araf.

(4) Cylched ffotodiode

Mae diagram cylched y ffotodiod i'w weld isod. Gellir adeiladu'r gylched gyda gwrthydd 10k a ffotodiode. Unwaith y bydd y ffotodiode yn sylwi ar y golau, mae'n caniatáu i rywfaint o gerrynt basio trwyddo. Gall swm y cerrynt a gyflenwir trwy'r deuod fod yn gymesur â swm y golau a welir trwy'r deuod.

3. Cysylltwch y ffotodiode i'r gylched allanol

Mae'r ffotodiode yn gweithredu mewn cylched â thueddiad gwrthdro. Mae'r anod wedi'i gysylltu â thir y gylched ac mae'r catod wedi'i gysylltu â foltedd cyflenwad positif y gylched. Pan gaiff ei oleuo gan olau, mae cerrynt trydan yn llifo o'r catod i'r anod.

Pan ddefnyddir ffotodiodau gyda chylched allanol, maent wedi'u cysylltu â chyflenwad pŵer yn y gylched. Bydd y cerrynt a gynhyrchir gan y ffotodiod yn fach iawn. Nid yw'r gwerth cyfredol hwn yn ddigon i yrru'r ddyfais electronig. Felly, pan fyddant wedi'u cysylltu â chyflenwad pŵer allanol, mae'n darparu mwy o gerrynt i'r gylched. Felly defnyddir y batri fel ffynhonnell pŵer. Mae ffynhonnell y batri yn helpu i gynyddu'r gwerth cyfredol, gan gyfrannu at berfformiad gwell dyfeisiau allanol.

4. Photodiode broses weithgynhyrchu

Deunydd ffotodiode

Mae deunydd ffotodiod yn pennu llawer o'i nodweddion. Y nodwedd allweddol yw'r don o olau y mae'r ffotodiod yn ymateb iddo, a'r llall yw lefel y sŵn, y mae'r ddau ohonynt yn dibynnu i raddau helaeth ar y deunydd a ddefnyddir yn y ffotodiod.

Mae gwahanol ymatebion i donfeddi yn digwydd oherwydd y defnydd o ddeunyddiau gwahanol oherwydd dim ond ffotonau gyda digon o egni i gyffroi electronau ym mwlch band y defnydd sy'n cynhyrchu egni sylweddol i gynhyrchu'r cerrynt o'r ffotodiod.

Er bod sensitifrwydd tonfedd y deunydd yn bwysig iawn, paramedr arall a all gael effaith sylweddol ar berfformiad y ffotodiode yw lefel y sŵn a gynhyrchir.

Oherwydd eu bwlch band mwy, mae ffotodiodes silicon yn cynhyrchu llai o sŵn na ffotodiodes germaniwm. Fodd bynnag, mae angen ystyried tonfedd y ffotodiode sydd ei angen hefyd, a rhaid defnyddio ffotodiodes germanium ar gyfer tonfeddi sy'n hirach na thua 1000 nm.

Ewch i Rhan 2 i ddysgu mwy.

Gwybodaeth Cyswllt:

Os oes gennych unrhyw syniadau, mae croeso i chi siarad â ni. Ni waeth ble mae ein cwsmeriaid a beth yw ein gofynion, byddwn yn dilyn ein nod i ddarparu ein cwsmeriaid gyda safon uchel, prisiau isel, a'r gwasanaeth gorau.