Detektor zdjęć: cechy, typy, zalety, 7 aplikacji

Zawartość detektora fotodiody

W tym artykule omówimy detektor fotodiody w następujący sposób:

• Definicja fotodetektora
• Różne rodzaje
• Schemat obwodu
• Konsultacje
• Co to jest fotodioda
• Cechy fotodiody
• Zasada działania
• Fotodioda lawinowa
• Schemat obwodu
• Konsultacje
• Zalety wady
• Fototranzystor a fotodioda

Co to jest detektor zdjęć?

Definicja fotodetektora:

„Fotodetektory są ważnymi elementami, mają zdolność przekształcania światła w sygnały elektryczne”.

"Fotodetektory są ważnymi elementami przydatnymi w przetwarzaniu obrazu, komunikacji optycznej, bezpieczeństwie oraz noktowizorze i wykrywaniu ruchu ”.

Rodzaje detektorów zdjęć:

Ważne zastosowania detektorów zdjęć:

• Detektory fotoelektryczne można stosować do takich właściwości, jak moc optyczna, pomiary strumienia świetlnego.
• Są one używane w różnego rodzaju konstrukcjach czujników optycznych i mikroskopów.
• Fotodetektory są niezbędne w dalmierzach laserowych.
• Szybkie fotodetektory są powszechnie wykorzystywane w komunikacji światłowodowej, metrologii częstotliwości itp.

Co to jest fotodioda?

Definicja fotodiody:

„Fotodioda jest w zasadzie typową diodą złączową pn."

Kiedy foton uderza w diodę, wzbudza elektron i generuje ruchomy elektron oraz dodatni ładunek. Absorpcja zachodzi w obszarze zubożenia skrzyżowania, nośnik zostanie usunięty ze skrzyżowania przez wbudowany potencjał regionu zubożenia.

Jak działa fotodioda?

Zasada działania fotodiody:

Fotodioda to złącze pn lub konfiguracja PIN. Jeśli foton uderza w diodę, wytwarza elektron i dodatnio naładowaną dziurę. Kiedy zachodzi jakakolwiek absorpcja w obszarze zubożenia złącza, nośniki te zostały uwięzione w złączu z wbudowanego obszaru tego regionu zubożenia, który utworzył fotoprąd.

Fotodiody są szeroko stosowane z odwrotnym polaryzacją lub bez polaryzacji. Światło lub foton mogą napędzać prąd w tym obwodzie, co powoduje powstanie polaryzacji w przód, która następnie powoduje „ciemny prąd” z kierunku wstecznego do fotoprądu. Nazywa się to naturalnym efektem i może być podstawą projektowania ogniw słonecznych. Panel słoneczny to po prostu połączenie wielu skutecznych fotodiod.

Odwrotne odchylenie wytwarza niewielki prąd w dokładnie identycznym kierunku. Poza tym fotodioda wykazuje mniejszy szum.

Fotodiody lawinowe mają podobne ustawienie wstępne, ale zwykle działają z większym odwrotnym odchyleniem. Umożliwia to pomnożenie każdego pojedynczego dostawcy wygenerowanego przez fotodiodę z przebiciem lawinowym, co prowadzi do wewnętrznych efektów fotodiody i poprawia ogólną responsywność urządzenia.

Materiały na fotodiodę:

Materiał użyty w fotodiodzie:

• Krzem
• German
• Siarczek ołowiu

Połączenia materiały użyte do budowy fotodiody są ważne dla opisu jej właściwości, ponieważ tylko fotony o odpowiedniej energii mogą wzbudzać elektrony w przerwie energetycznej i wytwarzać znaczne prądy fotoelektryczne.

Należy pamiętać, że fotodioda krzemowa ma większą przerwę energetyczną i dzięki temu może wytwarzać mniej szumów niż fotodiody na bazie germanu.

Ponieważ tranzystory a układy scalone są również przygotowywane z materiału półprzewodnikowego i zawierają złącza pn, mogą działać jak fotodiody. To nie jest akceptowane, nieprzezroczysta obudowa jest obowiązkowa, aby usunąć ten efekt. Chociaż nie są one całkowicie nieprzezroczyste dla promieniowania o wysokiej energii, nadal mogą powodować nieprawidłowe działanie układów scalonych w przypadku indukowanego fotoprądu.

Zastosowania fotodiody:

• Fotodiody są stosowane w elektronice użytkowej tj. Odtwarzaczach CD, czujnikach ognia i dymu, pilotach, oświetleniu itp.
• Są one również wykorzystywane w różnych zastosowaniach medycznych, detektorach i fizyce wysokich energii itp.

Zalety i wady fotodiody:

ZALETY-

• Niski dźwięk
• Niska cena
• Zwarta i lekka.
• Długie życie
• Nie jest wymagane wysokie napięcie.
• Wysoka wydajność kwantowa.

NIEDOGODNOŚCI-

• Mały obszar
• Brak wewnętrznego zysku
• Dużo niższa czułość
• Czas odpowiedzi jest wolniejszy.

Jakie są cechy fotodiody?

Istnieją dwa rodzaje charakterystyk fotodiody

• Charakterystyki elektryczne
• Charakterystyka optyczna

Charakterystyka elektryczna diody fotograficznej:

BOCZNIK REZYSTANCJI, R._SH

Odporność na bocznik (R_SH) służy do oszacowania szumu cieplnego, gdy nie jest stosowane odwrócenie polaryzacji. To stosunek napięcia do prądu.

Oblicza się go z nachylenia krzywej VI fotodiody na początku.

WYTRZYMAŁOŚĆ SERII

Opór szeregowy jest podawany przez R i pochodzi z rezystancji krzemu. Wyrażenie jest określone następującym równaniem -

POJEMNOŚĆ PRZYŁĄCZA, (C_j)

Pojemność złącza (C_j) to pojemność diody przy danym odchyleniu wstecznym.

Pojemność złącza jest proporcjonalna do powierzchni dyfuzji i odwrotnie proporcjonalna do szerokości obszaru zubożenia.

CZAS WZROSTU I UPADKU (t_r , T_f )

Czas potrzebny do osiągnięcia dziewięćdziesięciu procent z dziesięciu procent jest znany jako czas narastania, a czas potrzebny do spadku z dziewięćdziesięciu procent do dziesięciu procent to czas upadku. Ten parametr jest zwykle wyrażany jako odpowiedź częstotliwościowa zaniku 3dB w następujący sposób.

                                t_r= 0.35 / f_3dB

NAPIĘCIE AWARII (V_BR)

To jest maksymalna negatywna napięcie, które można przyłożyć do diody terminal.

RÓWNOWAŻNA MOC HAŁASU (N_EP)

Intensywność fotonów jest warunkiem wstępnym równoważenia szumu przy określonym odwrotnym polaryzacji. Jest to miara N_EP.

CZAS ODPOWIEDZI (t_r)

Jest on definiowany przez czas wymagany, aby dioda zareagowała na wejście krokowe w świetle przy określonym trybie polaryzacji wstecznej.

Prąd zwarciowy (I_SC):

Z dioda piny zwarte, prąd płynący przy danym natężeniu światła.

Charakterystyka optyczna fotodiody:

WYDAJNOŚĆ KWANTOWA, Q_E

Q_E jest szeroko rozpoznawany jako procent padających fotonów, które składają się na fotoprąd.

                               Q_E=R _obs/R _Id (% 100)

RESPONSIVITY, R.

Czułość fotodiody krzemowej jest miarą wrażliwości na światło. Jest to stosunek Ip do nadchodzącej mocy światła (P) dla danej długości fali.

                              R = ja_P/P przy określonej długości fali

NIEJEDNORODNOŚĆ

Jest dobrze zdefiniowany jako zmiany czułości obserwowane na powierzchni aktywnej fotodiody z trywialnymi plamkami światła.

NIELINIOWOŚĆ

Charakterystyka fotodiody krzemowej ma charakter liniowy, chociaż niewielka zmiana prądu reguluje liniowość fotoprądu.

Szumy w fotodiodzie:

W fotodiodzie wprowadzane są dwa rodzaje szumów; oni są

• Hałas wystrzału
• Szum Johnsona.

Hałas wystrzału

Wyraża to następujące równanie.

Szum termiczny lub szum Johnsona

Fotodetektor może wytwarzać szum Johnsona z powodu termicznego generowania nośnika. Wielkość tego generowanego prądu wynosi:

Stąd całkowity hałas wynosi,

Wyjaśnij mechanizmy lawinowe i Zenera:

Awaria lawinowa występuje tylko przy wyższych napięciach. Załóżmy, że pole elektryczne (E) w obszarze przejściowym jest ogromne. Następnie plik e^- przychodzące od strony P mogą zostać przyspieszone energią kinetyczną, aby zderzyć się z siecią i wytworzyć jonizacja. Interakcje spowodują zwielokrotnienie nośników; pierwotny elektron i wygenerowany elektron są przesunięte na stronę N, a utworzona dziura jest falowana do P. Ten proces to lawina, ponieważ każdy przychodzący nośnik jest w stanie zainicjować dużą liczbę nośników.

Efekt Zenera występuje, gdy tunelowanie elektronów odbywa się od pasma walencyjnego po stronie P do pasma przewodzenia po stronie N, może powodować przepływ prądu wstecznego z końcówki N do P. Podstawową nieuchronnością prądu tunelowego jest duża liczba elektronów, które są odłączane od znacznej ilości stanu niezajętego przez malutką barierę. Ponieważ prawdopodobieństwo tunelowania zależy od szerokości bariery, domieszkowanie musi być duże.

Porównaj między fototranzystorem i fotodiodą:

Więcej artykułów związanych z elektroniką kliknij tutaj

Soumali Bhattacharya

Cześć, jestem Soumali Bhattacharya. Zrobiłem magisterium z elektroniki.
Obecnie inwestuję w elektronikę i komunikację.
Moje artykuły skupiają się na głównych obszarach podstawowej elektroniki w bardzo prostym, ale pouczającym podejściu.
Jestem żywym uczniem i staram się być na bieżąco ze wszystkimi najnowszymi technologiami w dziedzinie elektroniki.

Połączmy się poprzez LinkedIn –