Ανιχνευτής φωτογραφιών | Photo Diode και είναι σημαντικά Χαρακτηριστικά | 5 διαφορετικοί τύποι | Είναι πλεονεκτήματα και εφαρμογές

Περιεχόμενα του ανιχνευτή διόδων φωτογραφιών

Σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε για τον ανιχνευτή φωτοδιόδων ως εξής:

  • Ορισμός ενός φωτοανιχνευτή
  • ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ
  • Διάγραμμα κυκλώματος
  • Διαχείριση Αιτήσεων
  • Τι είναι μια φωτοδίοδος
  • Χαρακτηριστικά φωτοδιόδου
  • Αρχή λειτουργίας
  • Φωτοδίοδος χιονοστιβάδας
  • Διάγραμμα κυκλώματος
  • Διαχείριση Αιτήσεων
  • Πλεονεκτήματα μειονεκτήματα
  • Φωτοτρανζίστορ έναντι φωτοδιόδου

Τι είναι ένας ανιχνευτής φωτογραφιών;

Ορισμός ενός ανιχνευτή φωτογραφιών:

"Οι φωτοανιχνευτές είναι σημαντικά στοιχεία, διαθέτουν την ικανότητα να μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρικά σήματα."

"Φωτοανιχνευτές είναι σημαντικά στοιχεία χρήσιμα για την επεξεργασία εικόνας, την οπτική επικοινωνία, την ασφάλεια και την νυχτερινή όραση και την ανίχνευση κίνησης. "

Τύποι ανιχνευτών φωτογραφιών:

Τύποι ανιχνευτών φωτογραφιών
Τύποι ανιχνευτών φωτογραφιών

Σημαντικές εφαρμογές ανιχνευτών φωτογραφιών:

  • Οι ανιχνευτές φωτογραφιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ιδιότητες όπως οπτική ισχύς, μετρήσεις φωτεινής ροής.
  • Αυτά χρησιμοποιούνται σε διάφορους τύπους οπτικών αισθητήρων και σχεδιασμού μικροσκοπίου.
  • Οι ανιχνευτές φωτογραφιών είναι απαραίτητοι για τους ανιχνευτές λέιζερ.
  • Οι γρήγοροι φωτοανιχνευτές χρησιμοποιούνται συνήθως στην επικοινωνία οπτικών ινών, στη μετρολογία συχνότητας κ.λπ.

Τι είναι μια δίοδος φωτογραφίας;

Ορισμός μιας φωτοδιόδου:

«Μια φωτοδίοδος είναι βασικά μια τυπική δίοδος σύνδεσης."

Όταν ένα φωτόνιο χτυπά τη δίοδο, θα διεγείρει το ηλεκτρόνιο και δημιουργεί ένα κινητό ηλεκτρόνιο και μια θετική οπή φόρτισης. Η απορρόφηση συμβαίνει στην περιοχή εξάντλησης της διασταύρωσης, ο φορέας θα αφαιρεθεί από τη διασταύρωση από το ενσωματωμένο δυναμικό της περιοχής εξάντλησης.

Πώς λειτουργεί μια φωτοδίοδος;

Αρχή εργασίας της φωτοδιόδου:

Η φωτοδίοδος είναι μια σύνδεση pn ή μια διαμόρφωση PIN. Εάν ένα φωτόνιο χτυπήσει τη δίοδο, παράγει το ηλεκτρόνιο και μια θετικά φορτισμένη οπή. Όταν συμβαίνει απορρόφηση στην περιοχή εξάντλησης της διακλάδωσης, αυτοί οι φορείς έχουν παγιδευτεί στη διασταύρωση από την ενσωματωμένη περιοχή αυτής της περιοχής εξάντλησης που δημιούργησε ένα φωτοκύτταρο.

Οι φωτοδιόδους χρησιμοποιούνται ευρέως με αντίστροφη πόλωση ή χωρίς πόλωση. Το φως ή το φωτόνιο μπορούν να οδηγήσουν ένα ρεύμα σε αυτό το κύκλωμα, το οποίο δίνει στην μπροστινή μεροληψία, το οποίο στη συνέχεια προκαλεί «σκοτεινό ρεύμα» από την αντίστροφη κατεύθυνση στο φωτοκύτταρο. Αυτό αναφέρεται ως το φυσικό αποτέλεσμα και μπορεί να είναι το θεμέλιο του σχεδιασμού των ηλιακών κυττάρων. Ένα ηλιακό πάνελ είναι απλώς ένας συνδυασμός πολλαπλών πραγματικών φωτοδιόδων.

Η αντίστροφη προκατάληψη παράγει μικρό ρεύμα κατά την ίδια ακριβώς κατεύθυνση. Εκτός από αυτό, η φωτοδίοδος παρουσιάζει λιγότερο θόρυβο.

Οι φωτοδιόδους χιονοστιβάδας έχουν παρόμοια ρύθμιση, αλλά συνήθως λειτουργούν με μεγαλύτερη αντίστροφη πόλωση. Αυτό επιτρέπει σε κάθε πάροχο που δημιουργείται με φωτογραφία να πολλαπλασιάζεται με την κατανομή της χιονοστιβάδας, οδηγώντας σε εσωτερικά εφέ της φωτοδιόδου και βελτιώνει τη συνολική απόκριση της συσκευής.

Υλικά για μια δίοδο φωτογραφιών:

Υλικό που χρησιμοποιείται στη φωτοδίοδο:

  • Πυρίτιο
  • Γερμάνιο
  • Σουλφίδιο μολύβδου

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της φωτοδιόδου είναι σημαντικό να περιγράψουν τις ιδιότητές του, διότι μόνο τα φωτόνια με την κατάλληλη ενέργεια μπορούν να διεγείρουν τα ηλεκτρόνια στο εύρος ζώνης και να μπορούν να παράγουν ουσιαστικά φωτοκύτταρα.

Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι, η φωτοδίοδος με βάση το πυρίτιο έχει μεγαλύτερο διάκενο ζώνης και εξαιτίας αυτού είναι ικανή να παράγει λιγότερο θόρυβο από τις φωτοδιόδους με βάση το γερμάνιο.

Δεδομένου ότι τα τρανζίστορ και τα IC παρασκευάζονται επίσης από υλικό ημιαγωγών και περιλαμβάνουν συνδέσμους pn, μπορεί να λειτουργήσουν σαν μια φωτοδίοδος. Αυτό δεν είναι το αποδεκτό, ένα αδιαφανές περίβλημα είναι υποχρεωτικό για να αφαιρεθεί αυτό το φαινόμενο. Αν και αυτά δεν είναι εντελώς αδιαφανή για ακτινοβολίες υψηλής ενέργειας, μπορεί να προκαλέσουν δυσλειτουργία των IC για επαγόμενα φωτοκύτταρα.

Εφαρμογές μιας φωτογραφικής δίοδος:

  • Οι φωτοδίοδοι χρησιμοποιούνται σε καταναλωτικά ηλεκτρονικά, π.χ. συσκευές αναπαραγωγής CD, ανιχνευτές πυρκαγιάς και καπνού, τηλεχειριστήρια, φωτισμός κ.λπ.
  • Χρησιμοποιούνται επίσης σε διάφορες ιατρικές εφαρμογές, ανιχνευτή και φυσική υψηλής ενέργειας κ.λπ.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα μιας φωτογραφικής δίοδος:

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ-

  • Χαμηλό θόρυβο
  • Χαμηλό κόστος
  • Συμπαγές και ελαφρύ.
  • Μεγάλη διάρκεια ζωής
  • Δεν απαιτείται υψηλή τάση.
  • Υψηλή κβαντική απόδοση.

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ-

  • Μικρή περιοχή
  • Χωρίς εσωτερικό κέρδος
  • Πολύ χαμηλότερη ευαισθησία
  • Ο χρόνος απόκρισης είναι πιο αργός.

Ποια είναι τα χαρακτηριστικά μιας φωτογραφικής δίοδος;

Υπάρχουν δύο τύποι χαρακτηριστικών της φωτοδίοδος

  • Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά
  • Οπτικά χαρακτηριστικά

Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά της φωτογραφικής δίοδος:

Ισοδύναμο κύκλωμα φωτοδιόδου πυριτίου, Credit Image - Kennlinie_Photodiode_1.png: Γκρέγκορ Έσε (Ghe42παράγωγη εργασία: Επιστήμονας υλικών (ομιλία), Λειτουργία φωτοδιόδουCC BY-SA 3.0

ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΚΡΑΤΗΣΗΣ, RSH

Αντίσταση Shunt (RSH) χρησιμοποιείται για την εκτίμηση του θερμικού θορύβου όταν δεν εφαρμόζεται αντίστροφη προκατάληψη. Είναι η αναλογία τάσης προς ρεύμα.

Υπολογίζεται από την κλίση της καμπύλης VI της φωτοδιόδου στην αρχή.

ΑΝΤΟΧΗ ΣΕΙΡΑ

Η αντίσταση της σειράς δίνεται από Rs και προέρχεται από τις αντιστάσεις του πυριτίου. Η έκφραση δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση -

ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΔΙΑΚΟΠΗΣ, (Γj)

Ικανότητα διασταύρωσης (Γj) είναι η χωρητικότητα της διόδου σε μια δεδομένη αντίστροφη προκατάληψη.

Η χωρητικότητα σύνδεσης είναι ανάλογη με την περιοχή διάχυσης και αντιστρόφως ανάλογη με το πλάτος της περιοχής εξάντλησης.

ΑΥΞΗΣΗ ΚΑΙ ΧΡΟΝΟΣ ΠΤΗΣΗΣr , Tf )

Ο χρόνος που απαιτείται για την επίτευξη ενενήντα τοις εκατό από δέκα τοις εκατό είναι γνωστός ως χρόνος άνοδος και ο χρόνος που απαιτείται για να μειωθεί από ενενήντα τοις εκατό σε δέκα τοις εκατό είναι γνωστός ως χρόνος πτώσης. Αυτή η παράμετρος εκφράζεται συνήθως στην απόκριση συχνότητας της ανάλυσης 3dB ως εξής.

                                tr= 0.35 / f3dB

ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΑΣΗ (VBR)

Είναι η μέγιστη αρνητική τάση που μπορεί να εφαρμοστεί στο τερματικό της διόδου.

ΙΣΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΙΣΧΥΟΣ ΘΟΡΥΒΟΥ (ΝEP)

Η ένταση του φωτονίου είναι απαραίτητη προϋπόθεση για να ισοδυναμεί ο θόρυβος σε μια καθορισμένη αντίστροφη πόλωση. Είναι μια μέτρηση του ΝEP.

ΧΡΟΝΟΣ ΑΠΑΝΤΗΣΗΣ (tr)

Καθορίζεται από το χρόνο που απαιτείται για μια δίοδο να ανταποκρίνεται μια είσοδο βήματος στο φως σε μια συγκεκριμένη λειτουργία αντίστροφης πόλωσης.

Ρεύμα βραχυκυκλώματος (ISC):

Με τους πείρους διόδων βραχυκυκλωμένο, το ρεύμα που ρέει σε μια δεδομένη ένταση φωτός.

Οπτικά χαρακτηριστικά της φωτογραφικής δίοδος:

ΚΟΣΜΗΤΙΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ, ΕE

QE αναγνωρίζεται ευρέως ως το ποσοστό των περιστατικών φωτονίων που συμβάλλουν στο φωτοκύτταρο.

                               QE=R Παρατηρήσεις/R Id (100%)

ΕΥΘΥΝΗ, R

Η απόκριση μιας φωτοδίοδος πυριτίου είναι η μέτρηση της ευαισθησίας στο φως. Δίνεται από την αναλογία Ip προς την ερχόμενη ισχύ του φωτός (P) για το δεδομένο μήκος κύματος.

                              R = ΙP/P σε συγκεκριμένο μήκος κύματος

ΜΗ ΑΝΟΙΚΟΤΗΤΑ

Ορίζεται καλά ως οι παραλλαγές της απόκρισης που παρατηρούνται στην ενεργή επιφάνεια της φωτοδιόδου με ασήμαντα σημεία φωτός.

ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΟΤΗΤΑ

Ένα χαρακτηριστικό φωτοδίοδος πυριτίου είναι γραμμικό στη φύση, αν και η μικρή αλλαγή στο ρεύμα ρυθμίζει τη γραμμικότητα των ροών.

Θόρυβοι σε μια δίοδο φωτογραφιών:

Σε μια φωτοδίοδο, εισάγονται δύο τύποι θορύβων. αυτοί είναι

  • Πυροβόλησε θόρυβο
  • Τζόνσον θόρυβος.

Πυροβόλησε θόρυβο

Εκφράζεται με την ακόλουθη εξίσωση.

Θερμικός θόρυβος ή θόρυβος Johnson

Ο φωτοανιχνευτής μπορεί να παράγει θόρυβο Johnson λόγω της θερμικής παραγωγής φορέα. Το μέγεθος αυτού του παραγόμενου θορύβου είναι:

Ως εκ τούτου, ο συνολικός θόρυβος είναι,

Εξηγήστε τους μηχανισμούς χιονοστιβάδας και Zener:

Η βλάβη της χιονοστιβάδας συμβαίνει μόνο στις υψηλότερες τάσεις. Ας υποθέσουμε ότι το ηλεκτρικό πεδίο (Ε) στην περιοχή μετάβασης είναι τεράστιο. Τότε, ένα e- εισερχόμενα από την πλευρά Ρ μπορεί να επιταχυνθούν με κινητική ενέργεια για να συγκρούσουν με το πλέγμα και να παράγουν ιονισμό. Οι αλληλεπιδράσεις θα δημιουργήσουν πολλαπλασιασμό φορέα. το αρχικό ηλεκτρόνιο και το παραγόμενο ηλεκτρόνιο σαρώνεται προς τη Ν πλευρά και η τρύπα δημιουργίας μετακινείται στο P. Αυτή η διαδικασία είναι Avalanche αφού κάθε εισερχόμενος φορέας μπορεί να ξεκινήσει τον μεγάλο αριθμό φορέων.

Το φαινόμενο Zener συμβαίνει όταν η διοχέτευση των ηλεκτρονίων λαμβάνει χώρα από τη ζώνη πορείας πλευράς Ρ έως τη ζώνη αγωγιμότητας πλευράς Ν, μπορεί να προκαλέσει αντίστροφη ροή ρεύματος από τερματικό Ν προς Ρ. Βασικά αναπόφευκτα για σήραγγες ρεύματος είναι ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρονίων που αποσπώνται από μια σημαντική ποσότητα ακατάλληλης κατάστασης από ένα μικροσκοπικό φράγμα. Δεδομένου ότι η πιθανότητα σήραγγας διέπεται από το πλάτος του φραγμού, το ντόπινγκ πρέπει να είναι μεγάλο.

Σύγκριση μεταξύ Photo Transistor και Photo Diode:

Για περισσότερα άρθρα σχετικά με την Ηλεκτρονική Κάνε κλικ εδώ

Σχετικά με το Soumali Bhattacharya

Αυτήν τη στιγμή επενδύω στον τομέα της Ηλεκτρονικής και της επικοινωνίας.
Τα άρθρα μου επικεντρώνονται στους βασικούς τομείς των ηλεκτρονικών πυρήνων σε μια πολύ απλή αλλά ενημερωτική προσέγγιση.
Είμαι ένας ζωντανός μαθητής και προσπαθώ να ενημερώνομαι με όλες τις τελευταίες τεχνολογίες στον τομέα των ηλεκτρονικών τομέων.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn -
https://www.linkedin.com/in/soumali-bhattacharya-34833a18b/

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks