Charakterystyka fotodiody
Działanie i charakterystyka fotodiod:
Działanie fotodiody – gdy połączenie PN jest przeciwne, niewielki prąd odwróconego nasycenia krąży z powodu otworów i elektronów generowanych termicznie przez połączenie jako nośniki obciążenia mniejszości.
Wzrost temperatury połączenia generuje więcej par elektronów otworów, a zatem wzrost prądu wspornika mniejszości (odwrócony). Ten sam efekt występuje, jeśli połączenie jest oświetlone (patrz ryc. 20-17).
Pary otworów elektrony są generowane przez energię padającą światło, a nośniki obciążenia mniejszości są przesuwane przez połączenie, aby uzyskać odwrócony przepływ przepływu.
Wzrost oświetlenia połączenia zwiększa liczbę wygenerowanych nośników obciążenia, a tym samym zwiększa odwrócony poziom prądu. Diody zaprojektowane tak, aby były wrażliwe na oświetlenie, nazywane są fotodiodami.
Cechy:
Rozważ typowe charakterystykę oświetlenia fotodod na ryc. 20-18. Kiedy skrzyżowanie jest ciemne, ciemny prąd (ID) wydaje się być zerowy. Z reguły ID wynosi około 2 na. Poziom oświetlenia 20 MW / CM2 wytwarza odwrócony prąd około 60 μA.
Zwiększone odwrotne napięcie nie zwiększa znacząco IR. Zatem każda cecha jest w przybliżeniu linią poziomą.
Rysunek 20-19 pokazuje prosty obwód fotodiody za pomocą odwróconego odchylenia 2 V. (Zwróć uwagę na symbol obwodu urządzenia.) Przy założeniu, że D1 ma charakterystykę rysunku 20-18, prąd na poziomie oświetlenia 5 MW / CM2 wynosi około 13 μA. Przy 20 mW / cm2 prąd diody wynosi około 60 μA.
Rezystancja urządzenia na każdym poziomie oświetlenia można łatwo obliczyć: (przy 5 MW / cm2, r = 2 v / 13 μA = 154 kΩ), (przy 20 mW / cm2, r = 2 v / 60 μA = 33 kΩ).
Rezystancja zmieniła się z współczynnika około 5 niskiego poziomu oświetlenia na wysokim poziomie, co pokazuje, że operacja fotodiody może być używana jako urządzenie fotokondukcyjne.
Po usunięciu napięcia przeciwnego odchylenia przez fotodiodę, nosiciele obciążenia mniejszości są nadal przesuwane przez połączenie, gdy dioda jest oświetlona. Z obwodem zewnętrznym podłączonym na zaciskach diodowych, przewoźnicy mniejszości wracają do swoich pierwotnych stron.
Elektrony, które przekroczyły połączenie J, będą teraz przepływać przez zacisk RT i w końcowym p-końcu.
Oznacza to, że urządzenie zachowuje się jak ogniwa napięcia, a strona N jest ujemnym terminalem i stroną P dodatnim terminale, jak pokazano na rycinie 20-20.
W rzeczywistości napięcie można zmierzyć na terminalu fotodiodowym, dodatnie po stronie P i ujemnej po stronie N. Zatem fotodioda jest urządzeniem fotowoltaicznym, a także urządzeniem fotokondukcyjnym.
Charakterystyka z ryc. 20-18 pokazuje, że po oświetleniu fotodioda musi być faktycznie stronnicza do przodu, aby zmniejszyć odwrócony prąd do zera.
Należy zauważyć, że VR i VF mają różne skale na właściwości fotododododidy zilustrowanych na rycinie 20-18. Linia obciążenia CC, która przekracza przednie i odwrotne regiony, nie może być narysowana na tych cechach. Dla każdej części cech należy użyć równych skal, aby narysować taką linię obciążenia.
Specyfikacja:
Częściową specyfikację typowej operacji fotodiodowej pokazano na rysunku 20-21. Prąd światła (IT) jest wymieniony jako 10 μA na poziomie oświetlenia 5 MW / CM2, gdy przeciwne odchylenie wynosi 2 V. Czasami jest to definiowane jako prąd zwarcia (ISC).
Ciemny prąd (ID) jest określony jako maksimum 2 na, gdy napięcie odwrotne wynosi 20 V, a napięcie zaciskowe w obwodzie otwartym (VOC) podano przy 350 mV. Należy zauważyć, że typowy czas odpowiedzi (bardzo) 2 ns dla fotodiody jest znacznie wyższy niż w przypadku komórki fotokondukcyjnej.
Czułość (-y) diod jest zmianą prądu diodowego wytwarzanego przez daną zmianę intensywności światła. Wymienione są również rozpraszanie mocy, odwrócone napięcie awarii i falę fali wyjściowej końcówki.
Budowa:
Rysunek 20-22 (a) pokazuje poprzeczne cięcie diody fotograficznej rozproszonej. Widzimy, że cienka warstwa wysoce domieszkowanego P znajduje się u góry, gdzie jest narażona na padające światło. Obszar wyczerpania połączenia wnika głęboko w lekko domieszkowaną warstwę typu N.
Jest to w kontakcie z wysoce niższą warstwą domieszkowaną N, która łączy się z metalowym stykiem folii. Kontakt w kształcie pierścienia jest dostarczany na górze warstwy typu P..
Fotodody o niskiej prądu (zwane również fotododododami sygnałowymi) są ogólnie zawarte w polu typu wycinacji z soczewką u góry, [patrz rys. 20-22 (b)]. Stosuje się również przezroczystą kapsułkowanie plastiku [ryc. 20-22 (c)].
Aplikacje fotodiodowe:
Fotodody mogą być używane jako urządzenia fotokondacyjne w rodzaju obwodów. Można je również stosować w obwodach, w których działają jako urządzenia fotowoltaiczne. Rycina 20-23 pokazuje charakterystykę typowych fotododododów narysowanych w pierwszej i drugiej ćwiartce dla większej wygody.
Gdy urządzenie jest używane z napięciem odwrotnym, działa jako urządzenie fotokonduracyjne. Podczas pracy bez odwrotnego napięcia działa jako urządzenie fotowoltaiczne. W niektórych obwodach fotodioda może zmienić się między trybem fotokondacyjnym a trybem fotowoltaicznym.