Fotodiodi – diodo fotodiodo & fotodiodo funzionamento
Operazione e caratteristiche dei fotodiodi:
Funzionamento del fotodiodo – Quando una giunzione PN è opposta, una piccola corrente di saturazione invertita circola a causa di fori ed elettroni generati termicamente attraverso la giunzione come portatori di carico di minoranza.
L’aumento della temperatura della giunzione genera più coppie di elettroni dei fori e quindi aumenta la corrente di supporto di minoranza (invertita). Lo stesso effetto si verifica se la giunzione è accesa (vedi Fig. 20-17).
Le coppie di elettroni dei fori sono generate dall’energia incidente leggera e i portatori di carico di minoranza vengono spazzati attraverso la giunzione per produrre un flusso di flusso invertito.
L’aumento dell’illuminazione della giunzione aumenta il numero di portatori di carico generati e quindi aumenta il livello di corrente invertita. I diodi progettati per essere sensibili all’illuminazione sono chiamati fotodiodi.
Caratteristiche:
Considera le caratteristiche di illuminazione tipiche dei fotododi nella Figura 20-18. Quando la giunzione è buia, la corrente scura (ID) sembra essere zero. Di norma, l’ID è di circa 2 NA. Un livello di illuminazione di 20 mW / cm2 produce una corrente invertita di circa 60 μA.
L’aumento della tensione inversa non aumenta in modo significativo IR. Pertanto, ogni caratteristica è approssimativamente una linea orizzontale.
La Figura 20-19 mostra un semplice circuito di fotodiodo usando una distorsione invertita di 2 V. (Nota il simbolo del circuito del dispositivo.) Supponendo che D1 abbia le caratteristiche della Figura 20-18, la corrente a un livello di illuminazione di 5 mW / cm2 è di circa 13 μA. A 20 mW / cm2, la corrente del diodo è di circa 60 μA.
La resistenza del dispositivo ad ciascun livello di illuminazione viene facilmente calcolata: (a 5 mW / cm2, r = 2 V / 13 μA = 154 kΩ), (a 20 mW / cm2, r = 2 V / 60 μA = 33 kΩ).
La resistenza è cambiata da un fattore di circa 5 del basso livello di illuminazione ad alto livello, dimostrando che un’operazione di fotodiodo può essere utilizzata come dispositivo fotoconduttivo.
Quando viene rimossa la tensione della distorsione opposta attraverso un fotodiodo, i portatori di carico di minoranza continuano a essere spazzati attraverso la giunzione mentre il diodo è acceso. Con un circuito esterno collegato sui terminali del diodo, i portatori di minoranza tornano ai loro lati originali.
Gli elettroni che hanno attraversato la giunzione J ora scorreranno attraverso il terminale RT e nel terminale P.
Ciò significa che il dispositivo si comporta come una cella di tensione, il lato N è il terminale negativo e il lato P del terminale positivo, come illustrato nella Figura 20-20.
In effetti, una tensione può essere misurata sul terminale del fotodiodo, positivo sul lato P e sul lato negativo sul lato N. Pertanto, il fotodiodo è un dispositivo fotovoltaico e un dispositivo fotoconduttivo.
Le caratteristiche della Figura 20-18 mostrano che quando acceso, il fotodiodo deve essere effettivamente distorto in avanti per ridurre la corrente invertita a zero.
Va notato che VR e VF hanno scale diverse sulle caratteristiche dei fotododidi illustrati nella Figura 20-18. Una linea di carico CC che attraversa le regioni anteriori e inversa non può essere disegnata su queste caratteristiche. Le scale uguali devono essere utilizzate per ogni parte delle caratteristiche per tracciare tale linea di carico.
Specifica:
Una specifica parziale per un’operazione tipica del fotodiodo è illustrata nella Figura 20-21. La corrente di luce (IT) è elencata come 10 μA a un livello di illuminazione di 5 MW / cm2 quando la distorsione opposta è 2 V. Questo è talvolta definito come una corrente di cortocircuito (ISC).
La corrente scura (ID) è specificata come 2 Na massimo quando la tensione inversa è di 20 V e la tensione terminale nel circuito aperto (VOC) è riportata a 350 mV. Si noti che il tempo di risposta tipico (molto) di 2 ns per un fotodiodo è molto più alto di quello per una cella fotoconduttiva.
La sensibilità (i) dei diodi è la variazione della corrente di diodo prodotta da una determinata variazione dell’intensità della luce. Sono elencati anche la dissipazione di potenza, la tensione di errore invertita e l’onda d’onda di uscita della punta.
Costruzione:
La Figura 20-22 (a) mostra il taglio trasversale di un diodo fotografico diffuso. Vediamo che un sottile strato di P altamente drogato si trova nella parte superiore dove è esposto alla luce incidente. La regione di esaurimento della giunzione penetra in profondità nello strato di tipo N leggermente drogato.
Questo è in contatto con uno strato drogato altamente inferiore N che si collega a un contatto con film in metallo. Un contatto a forma di anello è fornito nella parte superiore del livello di tipo P..
I fotodiodi a bassa corrente (chiamati anche fotododidi di segnale) sono generalmente contenuti in una scatola di tipo Toype con una lente nella parte superiore, [vedi Fig. 20-22 (b)]. Viene anche utilizzato l’incapsulamento di plastica trasparente, [Fig. 20-22 (c)].
Applicazioni di fotodiodo:
I fotododi possono essere utilizzati come dispositivi di fotoconduttore nel tipo di circuiti. Possono anche essere utilizzati nei circuiti in cui operano come dispositivi fotovoltaici. La Figura 20-23 mostra le caratteristiche dei fotododidi tipici disegnati nel primo e nel secondo quadrante per maggiore comodità.
Quando il dispositivo viene utilizzato con tensione inversa, funziona come dispositivo di fotoconduttore. Durante il funzionamento senza tensione inversa, funziona come un dispositivo fotovoltaico. In alcuni circuiti, il fotodiodo può cambiare tra la modalità fotoconduttore e la modalità fotovoltaica.