ფოტოდიოდები: დეტალურად მარტივი ენით. ფოტოდიოდების ძირითადი მახასიათებლები და პარამეტრები ფოტოდიოდები, როგორც ენერგიის წყარო

დანიშნულება: ფოტოდიოდი- ოპტიკური გამოსხივების მიმღები, რომელიც გარდაქმნის მის ფოტომგრძნობიარე ზონაზე დაცემულ შუქს ელექტრო მუხტად.

ოპერაციული პრინციპი: უმარტივესი ფოტოდიოდიარის ჩვეულებრივი ნახევარგამტარული დიოდი, რომელიც იძლევა p–n შეერთებაზე ოპტიკური გამოსხივების ზემოქმედების შესაძლებლობას. რადიაციის ზემოქმედებისას p-n შეერთების სიბრტყის პერპენდიკულარული მიმართულებით, ზოლზე მეტი ენერგიის მქონე ფოტონების შთანთქმის შედეგად, n-რეგიონში ჩნდება ელექტრონული ხვრელის წყვილი. ეს ელექტრონები და ხვრელები ე.წ ფოტომატარებლები. როდესაც ფოტომატარებლები n რეგიონში ღრმად დიფუზირდება, ელექტრონებისა და ხვრელების ძირითად ნაწილს არ აქვს დრო რეკომბინაციისთვის და აღწევს p-n შეერთების საზღვარს. აქ ფოტომატარებლები გამოყოფილია p–n შეერთების ელექტრული ველით და ხვრელები გადადიან p რეგიონში, ხოლო ელექტრონები ვერ გადალახავენ გარდამავალ ველს და გროვდებიან p–n შეერთებისა და n რეგიონის ინტერფეისზე. ამრიგად, დენი p-n შეერთების გავლით განპირობებულია უმცირესობის მატარებლების - ხვრელების დრიფტით. ფოტომატარებლების დრიფტის დენი ე.წ ფოტოდენი.

ფოტოდიოდებს შეუძლიათ იმუშაონ ორიდან ერთ რეჟიმში - ელექტრული ენერგიის გარე წყაროს გარეშე (ფოტოგენერატორის რეჟიმი) ან ელექტრული ენერგიის გარე წყაროთი (ფოტოკონვერტერის რეჟიმი).

მოწყობილობა: ფოტოდიოდის სტრუქტურული დიაგრამა. 1 - ნახევარგამტარული კრისტალი; 2 - კონტაქტები; 3 - დასკვნები; Ф - ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ნაკადი; E - პირდაპირი დენის წყარო; Rn - დატვირთვა.

Პარამეტრები: მგრძნობელობა (ასახავს ელექტრული მდგომარეობის ცვლილებას ფოტოდიოდის გამომავალზე, როდესაც ერთი ოპტიკური სიგნალი გამოიყენება შესასვლელში.); ხმაური (სასარგებლო სიგნალის გარდა, ფოტოდიოდის გამოსავალზე ჩნდება ქაოტური სიგნალი შემთხვევითი ამპლიტუდით და სპექტრი- ფოტოდიოდის ხმაური)

მახასიათებლები: ა) დენი-ძაბვის მახასიათებელიფოტოდიოდი არის გამომავალი ძაბვის დამოკიდებულება შეყვანის დენზე. ბ) სინათლის მახასიათებელიფოტოდენის დამოკიდებულება განათებაზე შეესაბამება ფოტო დენის პირდაპირპროპორციულობას განათებაზე. გ) ფოტოდიოდის სპექტრული მახასიათებელიარის ფოტოდინების დამოკიდებულება ფოტოდიოდზე დაცემის სინათლის ტალღის სიგრძეზე.

განაცხადი: ა) ოპტოელექტრონული ინტეგრირებული სქემები.

ბ) მრავალელემენტიანი ფოტოდეტექტორები.გ) ოპტოკუპლერები.

9. LED-ები. დანიშნულება, მოწყობილობა, მუშაობის პრინციპი, ძირითადი პარამეტრები და მახასიათებლები.

დანიშნულება: LEDნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელიც ასხივებს სინათლეს, როდესაც მასში დენი გადის წინა მიმართულებით.

მოქმედების პრინციპი: სამუშაო ეფუძნება p-n-შეერთებაზე ელექტრული დენის გავლისას სინათლის გამოსხივების წარმოქმნის ფიზიკურ მოვლენას. სიკაშკაშის ფერი (მაქსიმალური ემისიის სპექტრის ტალღის სიგრძე) განისაზღვრება გამოყენებული ნახევარგამტარული მასალების ტიპის მიხედვით, რომლებიც ქმნიან p-n შეერთებას.

LED არის ნახევარგამტარის გამოსხივება ერთი ან მეტი n-p შეერთებით, რომელიც გარდაქმნის ელექტრო ენერგიას არათანმიმდევრული სინათლის გამოსხივების ენერგიად. გამოსხივება წარმოიქმნება ინექციური მატარებლების რეკომბინაციის შედეგად n-p შეერთების მიმდებარე ერთ-ერთ რეგიონში. რეკომბინაცია ხდება მაშინ, როდესაც მატარებლები გადადიან ზედა დონეებიდან ქვედაზე.

მახასიათებლები და პარამეტრები: LED-ების მთავარი პარამეტრია შიდა კვანტური ეფექტურობა (ფოტონების რაოდენობის თანაფარდობა ბაზაში შეყვანილი მატარებლების რაოდენობასთან) და გარე ეფექტურობა (ფოტონის ნაკადის თანაფარდობა LED-დან მუხტის გადამზიდავ ნაკადთან). მასში). გარე ეფექტურობა დიდწილად განისაზღვრება ტექნოლოგიით და მისი დონის ზრდასთან ერთად შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს.

LED-ების ძირითადი მახასიათებლებია დენი-ძაბვა, სიკაშკაშე და სპექტრული. სინათლის გამოსხივების დიოდების ძირითადი პარამეტრებია ტალღის სიგრძე, ემისიის სპექტრის ნახევარი სიგანე, ემისიის სიმძლავრე, მუშაობის სიხშირე და გამოსხივების ნიმუში.

LED-ები ფართოდ გამოიყენება ციფრულ ინდიკატორებში, განათების დისპლეებში და ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში. პრინციპში, მათ საფუძველზე შესაძლებელია ფერადი ტელევიზიის ეკრანის ჩამოყალიბება.

ელექტროტექნიკაში განსაკუთრებული ადგილი უკავია ფოტოდიოდებს, რომლებიც გამოიყენება სხვადასხვა მოწყობილობებსა და მოწყობილობებში. ფოტოდიოდი არის ნახევარგამტარული ელემენტი, რომელიც თავისი თვისებებით ჰგავს მარტივ დიოდს. მისი საპირისპირო დენი პირდაპირ დამოკიდებულია მასზე დაცემის სინათლის ნაკადის ინტენსივობაზე. ყველაზე ხშირად, ნახევარგამტარული ელემენტები p-n შეერთებით გამოიყენება ფოტოდიოდად.

მოწყობილობა და მუშაობის პრინციპი

ფოტოდიოდი მრავალი ელექტრონული მოწყობილობის ნაწილია. სწორედ ამიტომ მოიპოვა ფართო პოპულარობა. ჩვეულებრივი LED არის დიოდი p-n შეერთებით, რომლის გამტარობა დამოკიდებულია მასზე დაცემაზე. სიბნელეში, ფოტოდიოდს აქვს ჩვეულებრივი დიოდის მახასიათებლები.

1 - ნახევარგამტარული შეერთება.
2 - დადებითი პოლუსი.
3 - ფოტომგრძნობიარე ფენა.
4 - უარყოფითი პოლუსი.

გარდამავალ სიბრტყეზე სინათლის ნაკადის მოქმედებით, ფოტონები შეიწოვება ენერგიით, რომელიც აღემატება შეზღუდვის მნიშვნელობას; შესაბამისად, n-რეგიონში წარმოიქმნება მუხტის მატარებლების წყვილი - ფოტომატარებლები.

"n" რეგიონის სიღრმეში ფოტომატარებლების შერევისას მატარებლების ძირითად ნაწილს არ აქვს დრო რეკომბინაციისთვის და გადის p-n საზღვრამდე. გადასვლისას, ფოტომატარებლები გამოყოფილია ელექტრული ველით. ამ შემთხვევაში, ხვრელები გადადიან "p" რეგიონში და ელექტრონებს არ შეუძლიათ გადასვლის გავლა, ამიტომ ისინი გროვდებიან p-n გადასვლის საზღვართან, ისევე როგორც "n" რეგიონში.

დიოდის საპირისპირო დენი იზრდება სინათლის ზემოქმედებისას. მნიშვნელობას, რომლითაც საპირისპირო დენი იზრდება, ეწოდება ფოტოდენი.

ფოტომატარებლები ხვრელების სახით ახორციელებენ "p" რეგიონის დადებით მუხტს "n" რეგიონის მიმართ. თავის მხრივ, ელექტრონები წარმოქმნიან უარყოფით მუხტს "n" რეგიონში "p" რეგიონთან შედარებით. მიღებულ პოტენციურ განსხვავებას ეწოდება ფოტოელექტრომოძრავი ძალა და აღინიშნება "E f"-ით. ელექტრული დენი, რომელიც ხდება ფოტოდიოდში, საპირისპიროა და მიმართულია კათოდიდან ანოდამდე. უფრო მეტიც, მისი ღირებულება დამოკიდებულია განათების რაოდენობაზე.

ოპერაციული რეჟიმები

ფოტოდიოდებს შეუძლიათ იმუშაონ შემდეგ რეჟიმებში:

• ფოტოგენერატორის რეჟიმი. არ არის ელექტროენერგიის კავშირი.
• ფოტოკონვერტორის რეჟიმი. გარე კვების ბლოკით.

Სამუშაოზე ფოტოგენერატორი ენერგიის წყაროს ნაცვლად გამოიყენება ფოტოდიოდები, რომლებიც მზის შუქს ელექტრო ენერგიად გარდაქმნის. ასეთ ფოტოგენერატორებს მზის უჯრედები ეწოდება. ისინი მზის პანელების ძირითადი ნაწილებია, რომლებიც გამოიყენება სხვადასხვა მოწყობილობებში, მათ შორის კოსმოსურ ხომალდებზე.

სილიკონზე დაფუძნებული მზის უჯრედების ეფექტურობა არის 20%, ფირის უჯრედებისთვის ეს პარამეტრი გაცილებით მაღალია. მზის უჯრედების მნიშვნელოვანი თვისებაა გამომავალი სიმძლავრის დამოკიდებულება მგრძნობიარე ფენის წონასა და ფართობზე. ეს თვისებები აღწევს 200 ვტ/კგ და 1 კვტ/მ 2 მნიშვნელობებს.

როდესაც ფოტოდიოდი ფუნქციონირებს როგორც ფოტოკონვერტორი , ძაბვის წყარო უკავშირდება წრეს საპირისპირო პოლარობით. ამ შემთხვევაში, დენის ძაბვის მახასიათებლის საპირისპირო გრაფიკები გამოიყენება სხვადასხვა განათების პირობებისთვის.

ძაბვა და დენი დატვირთვაზე R n გრაფიკზე განისაზღვრება ფოტოდიოდისა და დატვირთვის ხაზის მახასიათებლების გადაკვეთით, რომელიც შეესაბამება R n რეზისტორს. სიბნელეში ფოტოდიოდი თავისი მოქმედებით ჩვეულებრივი დიოდის ტოლფასია. სილიკონის დიოდებისთვის ბნელ რეჟიმში დენი მერყეობს 1-დან 3 მიკროამპერამდე, გერმანიუმის დიოდებისთვის 10-დან 30 მიკროამპერამდე.

ფოტოდიოდების სახეები

არსებობს რამდენიმე სხვადასხვა ტიპის ფოტოდიოდები, რომლებსაც აქვთ საკუთარი უპირატესობები.

გვ – მე – ნფოტოდიოდი

p-n რეგიონში ამ დიოდს აქვს მაღალი წინააღმდეგობის და შინაგანი გამტარობის განყოფილება. სინათლის ზემოქმედებისას ჩნდება წყვილი ხვრელები და ელექტრონები. ამ ზონაში ელექტრულ ველს აქვს მუდმივი მნიშვნელობა, არ არის სივრცის მუხტი.

ეს დამხმარე ფენა მნიშვნელოვნად ამცირებს ბარიერის ფენის ტევადობას და დამოუკიდებელია ძაბვისგან. ეს აფართოებს დიოდების ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონს. შედეგად, სიჩქარე მკვეთრად იზრდება და სიხშირე აღწევს 10 10 ჰერცს. ამ ფენის გაზრდილი წინააღმდეგობა მნიშვნელოვნად ამცირებს სამუშაო დენს განათების არარსებობის შემთხვევაში. იმისათვის, რომ სინათლის ნაკადმა შეძლოს p- ფენაში შეღწევა, ის არ უნდა იყოს სქელი.

ზვავის ფოტოდიოდები

ამ ტიპის დიოდი არის ძალიან მგრძნობიარე ნახევარგამტარი, რომელიც გარდაქმნის სინათლეს ელექტრო დენის სიგნალად ფოტოელექტრული ეფექტის გამოყენებით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის ფოტოდეტექტორები, რომლებიც აძლიერებენ სიგნალს ზვავის გამრავლების ეფექტის გამო.

1 - ომური კონტაქტები 2 - ანტირეფლექსური საფარი

ზვავის ფოტოდიოდები უფრო მგრძნობიარეა ვიდრე სხვა ფოტოდეტექტორები. ეს შესაძლებელს ხდის მათ გამოყენებას დაბალი განათებისთვის.

ზვავის ფოტოდიოდების დიზაინში გამოყენებულია სუპერლათები. მათი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ მატარებლების ზემოქმედების იონიზაციის მნიშვნელოვანი განსხვავებები იწვევს ხმაურის ვარდნას.

მსგავსი სტრუქტურების გამოყენების კიდევ ერთი უპირატესობა არის ზვავის მოშენების ლოკალიზაცია. ის ასევე ამცირებს ჩარევას. სუპერქსელში ფენების სისქე 100-დან 500 ანგსტრომამდეა.

ოპერაციული პრინციპი

საპირისპირო ძაბვისას, რომელიც ახლოსაა ზვავის ავარიის მნიშვნელობასთან, ფოტოდენი მკვეთრად იზრდება მუხტის მატარებლების ზემოქმედების იონიზაციის გამო. მოქმედება მდგომარეობს იმაში, რომ ელექტრონის ენერგია ამოდის გარე ველიდან და შეიძლება გადააჭარბოს ნივთიერების იონიზაციის ზღვარს, რის შედეგადაც ამ ელექტრონის შეხვედრა ვალენტურობის დიაპაზონის ელექტრონთან გამოიწვევს ახალი წყვილის გამოჩენას. ელექტრონისა და ხვრელის. ამ წყვილის მუხტის მატარებლები აჩქარდება ველით და შესაძლოა ხელი შეუწყოს ახალი მუხტის მატარებლების ფორმირებას.

მახასიათებლები

ასეთი მსუბუქი დიოდების თვისებები შეიძლება აღწერილი იყოს გარკვეული დამოკიდებულებით.

ვოლტ-ამპერი

ეს მახასიათებელი არის დენის სიძლიერის დამოკიდებულება სინათლის მუდმივ ნაკადზე ძაბვაზე.

მე- მიმდინარე მ- გამრავლების ფაქტორი უ- ვოლტაჟი

მანათობელი

ეს თვისება არის დიოდური დენის დამოკიდებულება განათებაზე. სინათლის ნაკადის მატებასთან ერთად იზრდება ფოტოდენი.

სპექტრული

ეს თვისება არის დიოდური დენის დამოკიდებულება სინათლის ტალღის სიგრძეზე და არის სასაზღვრო ზონის სიგანე.

დროის მუდმივი

ეს არის დრო, რაც სჭირდება დიოდის ფოტოდენის შეცვლას სინათლის გამოყენების შემდეგ, მდგრადი მდგომარეობის მნიშვნელობასთან შედარებით.

ბნელი წინააღმდეგობა

ეს არის დიოდის წინააღმდეგობის მნიშვნელობა სიბნელეში.

ინერცია

ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ამ მახასიათებლებზე:

• არათანაბარი მუხტის მატარებლების დიფუზიის დრო.
• გავლის დრო p-n გადასვლის გასწვრივ.
• p-n შეერთების ბარიერის ტევადობის დატენვის პერიოდი.

გამოყენების სფერო

ფოტოდიოდები მრავალი ოპტოელექტრონული მოწყობილობის მთავარი ელემენტია.

ინტეგრირებული სქემები (ოპტოელექტრონული)

ფოტოდიოდს შეიძლება ჰქონდეს მნიშვნელოვანი ოპერაციული სიჩქარე, მაგრამ ამჟამინდელი გამაძლიერებელი ფაქტორი არ არის მეტი, ვიდრე ერთიანობა. ოპტიკური კავშირის გამო, მიკროსქემებს აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობები: საკონტროლო სქემების იდეალური გალვანური იზოლაცია მძლავრი დენის სქემებისგან. ამავდროულად, მათ შორის შენარჩუნებულია ფუნქციური ურთიერთობა.

ფოტოდეტექტორები მრავალი ელემენტით

ეს მოწყობილობები ფოტოდიოდური მატრიცის, სკანერის სახით, არის ახალი პროგრესული ელექტრონული მოწყობილობები. მათ ოპტოელექტრონულ თვალს ფოტოდიოდით შეუძლია შექმნას პასუხი ობიექტების სივრცულ და სიკაშკაშე თვისებებზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მას შეუძლია დაინახოს მისი სრული ვიზუალური გამოსახულება.

სინათლის მიმართ მგრძნობიარე უჯრედების რაოდენობა ძალიან დიდია. ამიტომ, სიჩქარისა და მგრძნობელობის საკითხების გარდა, აუცილებელია ინფორმაციის წაკითხვა. ყველა ფოტოდეტექტორი მრავალჯერადი ფოტოცელებით არის სკანირების სისტემა, ანუ მოწყობილობები, რომლებიც საშუალებას გაძლევთ გააანალიზოთ შესწავლილი სივრცე თანმიმდევრული ელემენტის მიხედვით.

ფოტოდიოდები ასევე ფართოდ გამოიყენება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ხაზებისა და ლაზერული დიაპაზონის მზომებში. ბოლო დროს ასეთი მსუბუქი დიოდები გამოიყენება პოზიტრონის ემისიური ტომოგრაფიაში.

ამჟამად არსებობს ფოტომგრძნობიარე მატრიცების ნიმუშები, რომლებიც შედგება ზვავის ფოტოდიოდებისგან. მათი ეფექტურობა და მასშტაბები დამოკიდებულია რამდენიმე ფაქტორზე.

ყველაზე გავლენიანი ფაქტორები იყო:

• მთლიანი გაჟონვის დენი, რომელიც გამოწვეულია ხმაურის და დენის დამატებით სინათლის არარსებობის შემთხვევაში.
• კვანტური ეფექტურობა, რომელიც განსაზღვრავს ინციდენტის კვანტების პროპორციას, რაც იწვევს დენის და მუხტის მატარებლების გამოჩენას.

ლაბორატორია #16

ფოტოდიოდის შესწავლა

სამიზნე:გაეცანით ნახევარგამტარული ფოტოდიოდების მუშაობის პრინციპს, მოწყობილობას, მახასიათებლებსა და გამოყენებას.

ინსტრუმენტები და აქსესუარები:გერმანიუმის ფოტოდიოდი FD-7G, სტენდი დიოდების დენის ძაბვის მახასიათებლების გასაზომად, ოპტიკური სკამი ილუმინატორით, კვების წყარო, ოსცილოსკოპი.

თეორიული შესავალი

ფოტოდიოდიეწოდება ნახევარგამტარული დიოდი, რომელიც მგრძნობიარეა სინათლის მიმართ და შექმნილია სინათლის ნაკადის (ოპტიკური გამოსხივების) ელექტრო სიგნალად გადაქცევისთვის.

არ განსხვავდება მოქმედების პრინციპით მზის ენერგიის ფოტოკონვერტორისგან, ფოტოდიოდებს აქვთ საკუთარი დიზაინის მახასიათებლები და მახასიათებლები, რომლებიც განისაზღვრება მათი დანიშნულებით.

ფოტოდიოდები განკუთვნილია გამოსაყენებლად, როგორც ოპტიკური გამოსხივების მიმღებები და სენსორები (ჩვეულებრივ, ხილული და ინფრაწითელი), როგორც აღჭურვილობისა და სხვადასხვა მოწყობილობების ნაწილი, რომლებიც იყენებენ ხილულ და ინფრაწითელ გამოსხივებას.

ფოტოდიოდების მოქმედება ემყარება შიდა ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენს, რომლის დროსაც სინათლის გავლენის ქვეშ ნახევარგამტარში ჩნდება დამატებითი (არა წონასწორობა) ელექტრონები და ხვრელები, რომლებიც ქმნიან ფოტოდინებას ან ფოტოძაბვას.

1. ფოტოდიოდების მოქმედების პრინციპი p-n შეერთებით.ფოტოდიოდებში ფოტომგრძნობიარე ელემენტია გარდამავალი რეგიონი - p-n-შეერთება, რომელიც მდებარეობს ელექტრონული და ხვრელების გამტარობის მქონე რეგიონებს შორის (ნახ. 1).

p-n შეერთების ფორმირება. n ტიპის ნახევარგამტარი შეიცავს გარკვეული რაოდენობის მინარევების დონორის ტიპის ატომებს, რომლებიც თითქმის ყველა იონიზირებულია ოთახის ტემპერატურაზე. ამრიგად, ასეთ ნახევარგამტარში არის n o თავისუფალი ელექტრონი და დონორის მინარევის დადებითად დამუხტული იონების იგივე რაოდენობა.

მსგავსი სიტუაცია ხდება ხვრელების ნახევარგამტარში (p-ტიპის ნახევარგამტარი). მას აქვს p თავისუფალი ხვრელების შესახებ და მიმღები ატომების უარყოფითად დამუხტული იონების იგივე რაოდენობა. p-n შეერთების ფორმირების პრინციპი ნაჩვენებია ნახ. ერთი.

როდესაც p- და n-რეგიონები მათში შედიან კონტაქტში, ელექტრონების და ხვრელების კონცენტრაციის გრადიენტის არსებობის გამო, წარმოიქმნება ელექტრონების დიფუზიური ნაკადი n-ტიპის ნახევარგამტარიდან p-ტიპის ნახევარგამტარამდე და, პირიქით, ხვრელის ნაკადი p-ნახევარგამტარიდან n-ნახევარგამტარამდე. ელექტრონები, რომლებიც გადავიდნენ n-რეგიონიდან p-რეგიონში, რეკომბინირებულია ხვრელებს შორის ინტერფეისთან. ხვრელები რეკომბინირებულია ანალოგიურად, გადადიან p-რეგიონიდან n-რეგიონში. შედეგად, პრაქტიკულად არ არის უფასო მუხტის მატარებლები (ელექტრონები და ხვრელები) p-n შეერთების მახლობლად.

ამრიგად, p-n შეერთების ორივე მხარეს წარმოიქმნება ორმაგი დამუხტული ფენა, რომელიც წარმოიქმნება უძრავი მინარევის იონების მიერ (სხვა სახელები - ამოწურვის ფენა ან სივრცის მუხტის რეგიონი (SCR), დამბლოკავი ფენა), რომელიც ქმნის ძლიერ ელექტრულ ველს. ბლოკირების ფენის ელექტრული ველი მიმართულია n-რეგიონიდან p-რეგიონში და ეწინააღმდეგება ძირითადი მუხტის მატარებლების დიფუზიის პროცესს p-n შეერთებიდან დაცლილ რეგიონამდე დაშორებული რეგიონებიდან. ასეთი მდგომარეობა არის წონასწორობა და, გარეგანი აშლილობის არარსებობის შემთხვევაში, შეიძლება არსებობდეს თვითნებურად დიდი ხნის განმავლობაში.

ბრინჯი. 1 – p-n-შეერთების ფორმირება ნახ. 2

როგორ მუშაობს ფოტოდიოდი.ოპტიკური გამოსხივება (სინათლე), რომელიც შეიწოვება ნახევარგამტარულ სტრუქტურაში p-n შეერთებით, ქმნის თავისუფალ ელექტრონულ ხვრელ წყვილებს, იმ პირობით, რომ ფოტონის ენერგია hν აღემატება ნახევარგამტარის ზოლის უფსკრულის მაგ.

თავისუფალი ელექტრონები და ხვრელები წარმოიქმნება როგორც p- და n-შეერთების რეგიონებში და ბლოკირების ფენის უშუალო სიახლოვეს. ბლოკირების შრეში არსებული ელექტრული ველი (p-n შეერთების ველი) გამოყოფს სინათლის მიერ შექმნილ თავისუფალ მუხტის მატარებლებს, მათი ნიშნიდან გამომდინარე, ფოტოდიოდის სხვადასხვა ნაწილებად: თავისუფალი ელექტრონები გადადიან შეერთების n-რეგიონში და ხვრელები გადადიან p-რეგიონში, რაც იწვევს ამ უბნების დატენვას (ნახ. 2).

როდესაც განათებულია, ხვრელები გროვდება p-რეგიონში, რაც მას დადებითად იტვირთება. ელექტრონები გროვდება n-რეგიონში, რაც უარყოფითად იტვირთება მას. აქედან გამომდინარე, მათ შორის პოტენციური განსხვავებაა.

ამ შემთხვევაში შესაძლებელია მოწყობილობის მუშაობის ორი რეჟიმი: სქემებში გარე დენის წყაროსთან და მის გარეშე. ფოტოდიოდის მუშაობის რეჟიმს გარე დენის წყაროსთან ეწოდება ფოტოდიოდი, ხოლო გარე დენის წყაროს გარეშე მას ეწოდება ფოტოძაბვის წარმოქმნის რეჟიმი (სხვა სახელწოდებაა ფოტოელექტრული რეჟიმი).

თაობის რეჟიმი.ამ შემთხვევაში, გარე ძაბვა არ ვრცელდება შეერთებაზე და წრე ღიაა. განათება იწვევს ფოტოელექტრონების დაგროვებას n-რეგიონში და ხვრელების p-რეგიონში. შედეგად, წარმოიქმნება პოტენციური განსხვავება U f (ხშირად უწოდებენ "ძაბვას

ბრინჯი. 3 სურ.4 - ფოტოდიოდის ვოლტ-ამპერული მახასიათებლები

სხვადასხვა სინათლის ნაკადებზე (Ф 1< Ф 2 < Ф 3).

უმოქმედო U xx "), ანუ ჩნდება ფოტო-emf. ჭარბი ელექტრონების და ხვრელების დაგროვება შეუზღუდავი არ არის. ხვრელის რეგიონში ხვრელების და ელექტრონების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, გადასვლის პოტენციური ბარიერი მცირდება ფოტოძაბვის მნიშვნელობით და ხდება უმრავლესობის მუხტის მატარებლების დიფუზია p-n შეერთების მეშვეობით. არსებობს დინამიური ბალანსი.

დატვირთვის ფოტოდიოდის R n გარე ტერმინალებთან შეერთებისას მის წრეში გამოჩნდება დენი (ნახ. 3). გარე წრეში ფოტოდენი მიმართულია p რეგიონიდან n რეგიონში. ასეთ პირობებში, ფოტოდიოდი მუშაობს, როგორც რადიაციული ენერგიის გადამყვანი ელექტრო ენერგიად.

განათებული p-n-შეერთებისთვის დამახასიათებელი ვოლტ-ამპერი.განათების ქვეშ მყოფი pn შეერთების მიმდინარე-ძაბვის მახასიათებელი შეიძლება ჩაიწეროს შემდეგი ფორმით:

, (1)

სადაც I n - გაჯერების დენი სიბნელეში; I f - ფოტოდენი, ანუ შუქით აღგზნებული და pn შეერთების გავლით მუხტის მატარებლების მიერ შექმნილი დენი; U არის გარე ძაბვა შეერთებისას.

ნახ. სურათი 4 გვიჩვენებს დენ-ძაბვის დამოკიდებულების გრაფიკებს სხვადასხვა სინათლის ნაკადებისთვის F. განათების არარსებობის შემთხვევაში (I f = 0), დენი-ძაბვის (მუქი) მახასიათებელი გადის საწყისში. გარკვეული სინათლის ნაკადების შესაბამისი დარჩენილი მრუდები გადაინაცვლებს ორდინატთა ღერძის გასწვრივ (დინების ღერძი) ფოტოდინების სიძლიერის ტოლ სეგმენტებად - I f. გამოთქმიდან (1) ჩანს, რომ საპირისპირო ჩართვით (U< 0) и при

(qU >> kT) დენი გადასვლის I \u003d - (I n + I f).

მრუდების ნაწილები, რომლებიც მდებარეობს მესამე კვადრატში, შეესაბამება ფოტოდიოდის მუშაობის რეჟიმს): მეოთხე კვადრატში მდებარე მრუდების ნაწილები შეესაბამება ფოტოძაბვის გამომუშავების რეჟიმს.

თუ გარე წრეში დენის სიძლიერე I \u003d 0 (ჩართვა ღიაა), მაშინ გამოხატულებიდან (1) შეგიძლიათ იპოვოთ ღია წრედის ძაბვა U f.

(2)

თუ გენერირების რეჟიმში მყოფი ფოტოდიოდი დაკავშირებულია გარე წრედთან დაბალი წინააღმდეგობით, მაშინ ფოტოელექტრონები n-რეგიონში არ გროვდება და U f = 0. და რადგან არ არის გარე ძაბვა, დენი I = - I f მიედინება. წრედს, რომელსაც ხშირად უწოდებენ მოკლე ჩართვის დენს და პირდაპირპროპორციულია მანათობელი ნაკადის I f ~ F.

ბრინჯი. 5 - ფოტოდიოდისა და მიკროსქემის სტრუქტურული დიაგრამა

მისი ჩართვა ფოტოდიოდის რეჟიმში მუშაობისას: სურ.6

1 - ნახევარგამტარული კრისტალი; 2 - კონტაქტები;

3 - დასკვნები; Ф - ელექტრომაგნიტური ნაკადი

რადიაცია; n და p არის ნახევარგამტარული რეგიონები;

E - პირდაპირი დენის წყარო; R n - დატვირთვა.

ფოტოდიოდის რეჟიმი.ამ რეჟიმში, საპირისპირო ძაბვა გამოიყენება p-n შეერთებაზე

(p-რეგიონი დაკავშირებულია ძაბვის წყაროს მინუსთან, ხოლო n-რეგიონი წყაროს პლუსთან; სურ. 5). წრე ასევე მოიცავს დატვირთვის წინააღმდეგობას (რეზისტორი) R n. ამ შემთხვევაში გადასასვლელს აქვს უზარმაზარი წინააღმდეგობა და მასში გადის სუსტი საპირისპირო დენი (გაჯერების დენი სიბნელეში I n). როდესაც ფოტოდიოდი განათებულია, მასში გამავალი დენი მკვეთრად იზრდება ფოტო დენის გამოჩენის გამო და შეიძლება მნიშვნელოვნად აღემატებოდეს ბნელ დენს I n (ნახ. 4). შესაბამისად, იცვლება ძაბვის ვარდნა დატვირთვის წინააღმდეგობაზე R n-ზეც. ძაბვის წყაროსა და გარე წინააღმდეგობის R n სწორი არჩევანით, ელექტრული სიგნალის სიდიდე (ძაბვა რეზისტორზე) შეიძლება იყოს დიდი და, შესაბამისად, ფოტოდიოდები ფართოდ გამოიყენება სინათლის სიგნალების ჩასაწერად და გასაზომად.

ფოტოდიოდის დენი ძირითადად განისაზღვრება მცირე არათანაბარი მუხტის მატარებლების ნაკადებით (ელექტრონები p-რეგიონში და ხვრელები n-რეგიონში), რომლებიც წარმოიქმნება განათების დროს და არ არის დამოკიდებული ძაბვაზე, ანუ მას აქვს ხასიათი. გაჯერების დენის. ამიტომ, ფოტოდიოდის რეჟიმში, შეინიშნება ფოტოდინების მკაცრი ხაზოვანი დამოკიდებულება განათებაზე ძალიან მაღალ განათებამდე. ეს არის ფოტოდიოდების მნიშვნელოვანი უპირატესობა.

ცვლადი ოპტიკური სიგნალების (სინათლის ნაკადების) დასარეგისტრირებლად, სქემა ნაჩვენებია ნახ. 6. ცვალებადი სინათლის ნაკადის ინციდენტი ფოტოდიოდზე იწვევს ცვლადი დენის კომპონენტს წრედში, რომელიც იმეორებს სინათლის ინტენსივობის ცვლილებებს. და რეზისტორზე R n იგივე ძაბვის ცვლილებები ხდება, რომელიც მიეწოდება ჩაწერის სისტემის შეყვანას. იმისათვის, რომ გამოვყოთ (არ გამოვტოვოთ) ძაბვის მუდმივი კომპონენტი რეზისტორზე, გამყოფი კონდენსატორი C განლაგებულია სიგნალის წრეში.

2. წარმოების ტექნოლოგია და დიზაინი.ფოტოდიოდების წარმოებაში pn შეერთების წარმოებისთვის გამოიყენება მინარევების შერწყმის მეთოდი და დიფუზია. ამ შემთხვევაში, ძირითადი ყურადღება ეთმობა p-n შეერთების სიღრმეს

სურ.7 - გერანიუმის კონსტრუქცია სურ.8 - სპექტრული მახასიათებლები

ფოტოდიოდი FD-1. გერმანიუმის (1) და სილიციუმის ფოტოდიოდები (2).

განათებული ბროლის ზედაპირი, რადგან ის განსაზღვრავს ფოტოდიოდის ინერციას (სიჩქარეს). ნახაზი 7 გვიჩვენებს გერმანიუმის ფოტოდიოდის FD-1-ის დიზაინს ლითონის ყუთში. მრგვალი ფირფიტა 1, ამოჭრილი n-ტიპის ელექტრული გამტარობის მქონე გერმანიუმის ერთი კრისტალისგან, ფიქსირდება ბროლის დამჭერის 2-ის დახმარებით kovar 3-ში. დასკვნა 4 გერმანიუმში შერწყმული ინდიუმის ელექტროდიდან გადადის ჟურნალის მილში 5. ფიქსირდება შუშის იზოლატორით 6 კორპუსის 7-ის ფეხზე. მეორე ელექტროდი არის თავად ფოტოდიოდის კორპუსი, ვინაიდან გერმანიუმის კრისტალი ბროლის დამჭერზე არის შედუღებული თუნუქის რგოლით 8. ფოტოდიოდის კორპუსს აქვს მრგვალი ხვრელი, რომელიც დახურულია მინით. ობიექტივი 9, რომელიც აგროვებს სინათლის ნაკადს გერმანიუმის ფირფიტის შეზღუდულ ზედაპირზე. გარემოს გავლენისგან p-n-შეერთების დასაცავად, ფოტოდიოდის კორპუსი დალუქულია.

ზოგიერთი ტიპის ფოტოდიოდს აქვს პლასტიკური კორპუსი. ასეთი კორპუსის მასალა და ლითონის კორპუსში არსებული ფანჯრის მასალა არჩეულია ისე, რომ ისინი გამჭვირვალე იყოს სპექტრის იმ ნაწილისთვის (გამოსხივება), რომლის მიმართაც ეს ფოტოდიოდი მგრძნობიარე უნდა იყოს. ასე რომ, გერმანიუმის მოწყობილობებისთვის ეს არის ხილული სინათლე და მოკლე ტალღის ინფრაწითელი გამოსხივება.

მასალები, საიდანაც მზადდება ფოტოდიოდები, არის Ge, Si, GaAs, HgCdTe და სხვა ნახევარგამტარული ნაერთები.

ფოტოდიოდების ძირითადი მახასიათებლები და პარამეტრები

- მგრძნობელობა S -პარამეტრი, რომელიც ასახავს ელექტრული სიგნალის ცვლილებას (დენი ან ძაბვა) ფოტოდიოდის გამოსავალზე, როდესაც ის განათებულია.

ის რაოდენობრივად იზომება ელექტრული მახასიათებლის ცვლილების თანაფარდობით (დენის სიმძლავრე I f ან ძაბვა U f), რომელიც აღებულია ფოტოდიოდის გამომავალზე, მოწყობილობაზე გამოსხივების ნაკადის Ф ინციდენტთან.

S I \u003d I f / F- მიმდინარე მგრძნობელობა, S v \u003d U f / F- ძაბვის მგრძნობელობა.

- მგრძნობელობის ბარიერი F p- ფოტოდიოდის მიერ დაფიქსირებული მინიმალური მანათობელი ნაკადის მნიშვნელობა, რომელიც მითითებულია ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონის ერთეულზე.

- დროის მუდმივი τ,რაც ახასიათებს მოწყობილობის ინერციას, ანუ მის სიჩქარეს.

ეს არის დრო, რომლის დროსაც ფოტოდიოდის ფოტოდინება იცვლება განათების შემდეგ ან ფოტოდიოდის დაბნელების შემდეგ e-ჯერ მუდმივ მნიშვნელობასთან მიმართებაში.

p-n-შეერთების მქონე ფოტოდიოდებისთვის არის 10 -6 - 10 -8 წმ.

- ბნელი წინააღმდეგობა R Tარის ფოტოდიოდის წინააღმდეგობა განათების არარსებობის შემთხვევაში.

- სპექტრული მახასიათებელიარის ფოტოდინების დამოკიდებულება ფოტოდიოდზე სინათლის შემთხვევის λ ტალღის სიგრძეზე. გერმანიუმის და სილიციუმის ფოტოდიოდებისთვის, სპექტრული მახასიათებლები ნაჩვენებია 8-ში. ტალღის სიგრძე, რომელიც ითვალისწინებს მაქსიმალურ მგრძნობელობას, სილიციუმის ფოტოდიოდებისთვის დაახლოებით ტოლია λmax = 800 - 900 ნმ, გერმანიუმის ფოტოდიოდებისთვის არის λmax = 1500 - 1600 ნმ.

- ვოლტ-ამპერის მახასიათებლები- სინათლის დენის დამოკიდებულება ძაბვაზე მუდმივი სინათლის ნაკადის დროს.

- სინათლის მახასიათებელი -ფოტოდენის დამოკიდებულება განათებაზე.

ზოგიერთი სხვა პარამეტრი ნაჩვენებია ცხრილში.

ფოტოდიოდების ჩვეულებრივი გრაფიკული აღნიშვნა ნაჩვენებია ნახ. 9-ში, ზოგიერთი ფოტოდიოდის ფოტოები ნაჩვენებია ნახ. 10-ში.

ბრინჯი. 9 სურ.10

4. ფოტოდიოდების გამოყენება.თანამედროვე ფოტოდიოდებს აქვთ ძირითადი პარამეტრების საუკეთესო კომბინაცია:

1. მაღალი მგრძნობელობა ოპტიკური სიგნალების მიმართ;

2. მაღალი შესრულება;

3. დაბალი სამუშაო ძაბვა;

4. ფოტოდენის ხაზოვანი დამოკიდებულება განათებაზე განათების ფართო დიაპაზონში.

5. დაბალი ხმაური;

6. მოწყობილობის სიმარტივე.

აქედან გამომდინარე, ისინი ფართოდ გამოიყენება ავტომატიზაციის მოწყობილობებში, კომპიუტერულ და ლაზერულ ტექნოლოგიაში, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ხაზებში.

ყოველდღიურ ცხოვრებაში, ფოტოდიოდები გამოიყენება მოწყობილობებში, როგორიცაა CD-ROM დისკები, თანამედროვე კამერები და სხვადასხვა სენსორული მოწყობილობები.

მაგალითად, ინფრაწითელი ფოტოდიოდები გამოიყენება დისტანციური მართვის, უსაფრთხოების, უსაფრთხოების და ავტომატიზაციის სისტემებში.

არსებობს რენტგენის ფოტოდიოდები, რომლებიც გამოიყენება მაიონებელი გამოსხივების და მაღალი ენერგიის ნაწილაკების გამოსავლენად. ერთი მნიშვნელოვანი აპლიკაციაა სამედიცინო მოწყობილობებში, როგორიცაა კომპიუტერული ტომოგრაფიის სკანერები.

სამუშაოს დასრულება

სავარჯიშო 1.ფოტოდიოდისთვის დამახასიათებელი დენის ძაბვის გაზომვა განათების არარსებობისას (სიბნელეში).

როდესაც სინათლის კვანტები შეიწოვება p-n შეერთებაზე ან მის მიმდებარე ადგილებში, წარმოიქმნება მუხტის ახალი მატარებლები (ელექტრონები და ხვრელები), რომლებიც მასში გავლისას იწვევს ძაბვის გამოჩენას ფოტოდიოდის ტერმინალებზე ან დენის გადინებას დახურულ ადგილას. წრე. რაოდენობას, რომლითაც იზრდება საპირისპირო დენი, რომელიც მიედინება კვანძში, ეწოდება ფოტოდენი.

ფოტოდიოდი, მასალის მიხედვით, საიდანაც იგი მზადდება, გამოიყენება სინათლის ნაკადის დასარეგისტრირებლად ოპტიკურ ინფრაწითელ და ულტრაიისფერ დიაპაზონში. ეს რადიო კომპონენტები, როგორც წესი, მზადდება გერმანიუმის, სილიციუმის, გალიუმის არსენიდის, ინდიუმის და სხვა მსგავსისგან.

ფოტოდიოდის რეჟიმი იყენებს გარე ელექტრომომარაგებას ნახევარგამტარული მოწყობილობის მიკერძოების შესაცვლელად. ამ შემთხვევაში, საპირისპირო დენი მიედინება მასზე სინათლის ნაკადის პროპორციულად. ოპერაციული ძაბვის დიაპაზონში (ანუ ავარიის დაწყებამდე), ეს დენი პრაქტიკულად დამოუკიდებელია გამოყენებული საპირისპირო ძაბვისგან.

ფოტოელექტრული რეჟიმის დროს, ფოტოდიოდი მოქმედებს როგორც სენსორი ან დაბალი დენის ბატარეა, რადგან სინათლის ნაკადის გავლენის ქვეშ, ძაბვა წარმოიქმნება ფოტოცელის ტერმინალებზე, რაც დამოკიდებულია გამოსხივების ნაკადზე და დატვირთვაზე.

ამ კომპონენტის მუშაობის რეჟიმების უკეთ გასაგებად, განიხილეთ მისი მიმდინარე-ძაბვის მახასიათებელი.

სინათლის ემისიის არარსებობის შემთხვევაში, გრაფიკი არის ტიპიური დიოდისთვის დამახასიათებელი I–V მახასიათებლის საპირისპირო განშტოება. არსებობს მცირე დაბრუნების დენი, რომელსაც ეწოდება უკუ მიკერძოებული მუქი დენი.

რადიაციის თანდასწრებით, ფოტოდიოდის წინააღმდეგობა მცირდება და საპირისპირო დენი იზრდება. რაც უფრო მეტი სინათლის ნაკადი მოდის ფოტოცელზე, მით მეტი საპირისპირო დენი გადის ფოტოდიოდში. ამ რეჟიმში დამოკიდებულება წრფივია. როგორც CVC-დან ვხედავთ, ფოტოდიოდის საპირისპირო დენი პრაქტიკულად დამოუკიდებელია საპირისპირო ძაბვისგან.

ფოტოელექტრული რეჟიმი შეესაბამება გრაფიკის მეოთხე კვარტალში მუშაობას. და აქ შეგვიძლია გამოვყოთ ორი შემზღუდველი ვარიანტი: უმოქმედო და მოკლე ჩართვა.

უსაქმურთან ახლოს რეჟიმი გამოიყენება ფოტოდიოდიდან ენერგიის მისაღებად, თუმცა მისი ეფექტურობა დაბალია. მაგრამ თუ უამრავ ასეთ კომპონენტს სერიულად და პარალელურად აკავშირებთ, მაშინ ასეთ ბატარეას შეუძლია დაბალი სიმძლავრის წრედის კვება.

მოკლე ჩართვის რეჟიმში, ფოტოცელზე ძაბვა ნულისკენ მიისწრაფვის, ხოლო საპირისპირო დენი პირდაპირპროპორციულია მანათობელი ნაკადის. ეს რეჟიმი გამოიყენება ფოტო სენსორების შესაქმნელად.

ფოტოდიოდის სპეციფიკაციები

ზემოთ განხილული CVC-ის გარდა, არსებობს ფოტოცელის რამდენიმე ძირითადი პარამეტრი.

ფოტოდიოდის სინათლის მახასიათებელი, ფოტოდენის დამოკიდებულება განათებაზე, რომელიც პირდაპირპროპორციულია გამომუშავებული ფოტოდენის განათებაზე. ეს აიხსნება იმით, რომ ფოტოდიოდის ფუძის სისქე გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე უმცირესობის მუხტის მატარებლების დიფუზიის სიგრძე. ანუ, თითქმის ყველა უმცირესობის მუხტის მატარებელი, რომელიც გამოჩნდა ბაზაში, მონაწილეობს ფოტოდინების ფორმირებაში.

სპექტრული მახასიათებელიფოტოდიოდი არის ფოტო დენის დამოკიდებულება ფოტოცელზე მოქმედი სინათლის ნაკადის ტალღის სიგრძეზე.

დროის მუდმივი- ამ დროის განმავლობაში, ფოტოცელის ფოტოდინება იცვლება განათების შემდეგ ან ფოტოდიოდის ჩაბნელების შემდეგ მუდმივ მნიშვნელობასთან მიმართებაში.

ბნელი წინააღმდეგობა- რადიო კომპონენტის წინააღმდეგობა განათების არარსებობის შემთხვევაში.

ფოტოდიოდი არის ნახევარგამტარული დიოდი, რომლის დენი დამოკიდებულია განათებაზე. ჩვეულებრივ, ეს დენი ნიშნავს ფოტოდიოდის საპირისპირო დენს, რადგან მისი დამოკიდებულება განათებაზე გამოიხატება სიდიდის ბრძანებებით უფრო ძლიერი ვიდრე პირდაპირი დენი. მომავალში ვისაუბრებთ საპირისპირო დენზე.

ზოგადად, ფოტოდიოდი არის p-n შეერთება, რომელიც ღიაა სინათლის გამოსხივებისთვის. სინათლის გავლენით p-n შეერთების მიდამოში წარმოიქმნება მუხტის მატარებლები (ელექტრონები და ხვრელები), რომლებიც გადიან მასში და იწვევენ ძაბვას ფოტოდიოდის ტერმინალებზე ან დენის გადინებას დახურულ წრეში.

ფოტოდიოდი, მისი მასალის მიხედვით, შექმნილია სინათლის ნაკადის ჩასაწერად ინფრაწითელ, ოპტიკურ და ულტრაიისფერ ტალღის სიგრძეებში. ფოტოდიოდები მზადდება სილიციუმის, გერმანიუმის, გალიუმის არსენიდის, ინდიუმის გალიუმის არსენიდის და სხვა მასალებისგან.

ფოტოდიოდები ფართოდ გამოიყენება მართვის სისტემებში, მეტროლოგიაში, რობოტიკაში და სხვა სფეროებში. ისინი ასევე გამოიყენება როგორც სხვა კომპონენტების ნაწილი, მაგალითად, ოპტოკუპლერები, ოპტო-რელეები. რაც შეეხება მიკროკონტროლერებს, ფოტოდიოდები გამოიყენება როგორც სხვადასხვა სენსორები - ბოლო სენსორები, სინათლის სენსორები, მანძილის სენსორები, პულსის სენსორები და ა.შ.

აღნიშვნა დიაგრამებზე

ელექტრულ დიაგრამებზე ფოტოდიოდი მოიხსენიება როგორც დიოდი, მისკენ მიმართული ორი ისრით. ისრები სიმბოლოა რადიაციული ინციდენტის ფოტოდიოდზე. არ აურიოთ LED- ის აღნიშვნა, რომელშიც ისრები მისგან შორს არის მიმართული.

ფოტოდიოდის ასოს აღნიშვნა შეიძლება იყოს VD ან BL (ფოტოცელი).

ფოტოდიოდის მუშაობის რეჟიმები

ფოტოდიოდი მუშაობს ორ რეჟიმში: ფოტოდიოდური და ფოტოელექტრული (ფოტოელექტრული, გენერატორი).

ფოტოდიოდის რეჟიმი იყენებს ელექტრომომარაგებას, რომელიც აბრუნებს ფოტოდიოდს. ამ შემთხვევაში, საპირისპირო დენი გადის ფოტოდიოდში, პროპორციულია მასზე სინათლის ნაკადის ინციდენტისა. ოპერაციული ძაბვის დიაპაზონში (ანუ ავარიის დაწყებამდე), ეს დენი პრაქტიკულად დამოუკიდებელია გამოყენებული საპირისპირო ძაბვისგან.

ფოტოელექტრული რეჟიმით, ფოტოდიოდი მუშაობს გარე ელექტრომომარაგების გარეშე. ამ რეჟიმში, მას შეუძლია იმუშაოს როგორც სენსორები ან როგორც ბატარეა (მზის ბატარეა), რადგან სინათლის გავლენის ქვეშ ჩნდება ძაბვა ფოტოდიოდის გამოსავალზე, რაც დამოკიდებულია გამოსხივების ნაკადზე და დატვირთვაზე.

ვოლტ-ამპერის მახასიათებლები

ფოტოდიოდის მუშაობის რეჟიმების უკეთ გასაგებად, თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ მისი მიმდინარე-ძაბვის მახასიათებელი.

გრაფიკი შედგება 4 უბნისაგან, ე.წ. ფოტოდიოდის რეჟიმი შეესაბამება მუშაობას მე-3 კვადრატში.

რადიაციის არარსებობის შემთხვევაში, გრაფიკი არის ჩვეულებრივი ნახევარგამტარული დიოდისთვის დამახასიათებელი დენის ძაბვის საპირისპირო განშტოება. არის მცირე საპირისპირო დენი, რომელსაც უკუ მიკერძოებული p-n შეერთების თერმული (მუქი) დენი ეწოდება.

სინათლის ნაკადის არსებობისას, ფოტოდიოდის წინააღმდეგობა მცირდება და ფოტოდიოდის საპირისპირო დენი იზრდება. რაც უფრო მეტი სინათლე ეცემა, მით მეტი საპირისპირო დენი გადის ფოტოდიოდში. ფოტოდიოდის უკუ დენის დამოკიდებულება სინათლის ნაკადზე ამ რეჟიმში წრფივია.

გრაფიკიდან ჩანს, რომ ფოტოდიოდის საპირისპირო დენი სუსტად არის დამოკიდებული უკუ ძაბვაზე. შეხედეთ გრაფიკის დახრილობას ნულოვანი ძაბვიდან დაშლის ძაბვამდე, ის მცირეა.

ფოტოელექტრული რეჟიმი შეესაბამება ფოტოდიოდის მუშაობას მე-4 კვადრატში.აქ არის ორი უკიდურესი შემთხვევა:

უმოქმედო (xx),
- მოკლე ჩართვა (მოკლე ჩართვა).

უმოქმედო რეჟიმის დაახლოება გამოიყენება ფოტოდიოდიდან ენერგიის მისაღებად. ანუ ფოტოდიოდის მზის ბატარეად გამოსაყენებლად. რა თქმა უნდა, ერთი ფოტოდიოდი ნაკლებად გამოდგება და მისი ეფექტურობა დაბალია. მაგრამ თუ ბევრ ელემენტს აკავშირებთ, მაშინ ასეთ ბატარეას შეუძლია გააძლიეროს დაბალი სიმძლავრის მოწყობილობა.

მოკლე ჩართვის რეჟიმში, ფოტოდიოდის ძაბვა ახლოს არის ნულთან, ხოლო საპირისპირო დენი პირდაპირპროპორციულია სინათლის გამომუშავების. ეს რეჟიმი გამოიყენება ფოტოსენსორების შესაქმნელად.

რა უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები აქვს ფოტოდიოდის და ფოტოელექტრული მუშაობის რეჟიმებს? ფოტოდიოდის რეჟიმი უზრუნველყოფს ფოტოდიოდის უფრო სწრაფ შესრულებას, მაგრამ ამ რეჟიმში ყოველთვის არის მუქი დენი. ფოტოელექტრული რეჟიმის დროს ბნელი დენი არ არის, მაგრამ სენსორების სიჩქარე უფრო ნელი იქნება.