Photodiode là gì? (Phần 2)

Các vấn đề sau đây có thể được giải quyết bằng cách sử dụngđiốt quanghoặc Phototransistor. Ví dụ, camera điện thoại cần đo ánh sáng xung quanh để xác định xem có cần kích hoạt đèn flash hay không. Làm thế nào để đánh giá không xâm lấn nồng độ oxy trong máu? Các thiết bị quang điện tử này chuyển đổi ánh sáng (photon) thành tín hiệu điện mà bộ vi xử lý (hoặc bộ vi điều khiển) có thể "nhìn thấy". Bằng cách này, có thể kiểm soát vị trí và sắp xếp của các đối tượng, xác định cường độ ánh sáng và đo các tính chất vật lý của vật liệu dựa trên sự tương tác của nó với ánh sáng.

Bây giờ hãy nói về phần thứ hai.

1. Cấu trúc điốt quang

Một trong những yêu cầu chính đối với đi-ốt quang là diện tích thích hợp để thu ánh sáng. Trong một điểm nối PN tiêu chuẩn, diện tích này tương đối nhỏ, nhưng diện tích có thể tăng lên bằng cách sử dụng đi-ốt PIN. Do vùng bên trong được chứa trong đường giao nhau tích cực được sử dụng để thu thập ánh sáng, nên vùng được sử dụng để thu thập ánh sáng lớn hơn nhiều, làm cho đi-ốt quang PIN hoạt động hiệu quả hơn.

Trong quy trình sản xuất điốt quang, các lớp bên trong dày được chèn vào giữa các lớp loại P và loại N. Lớp bản địa trung gian có thể là lớp bản địa hoàn toàn hoặc được pha tạp rất nhẹ để biến nó thành lớp N. Trong một số trường hợp, nó có thể được phát triển trên chất nền dưới dạng lớp epitaxy hoặc nó có thể được chứa trong chính chất nền đó.

Lớp khuếch tán cộng với P có thể được phát triển trên lớp epiticular loại N được pha tạp nhiều. Tiếp điểm được làm bằng thiết kế kim loại và có thể được chế tạo thành hai cực như cực dương và cực âm. Diện tích phía trước của diode có thể được chia thành hai loại, chẳng hạn như bề mặt hoạt động và bề mặt thụ động.

Thiết kế của bề mặt không hoạt động có thể được thực hiện với silicon dioxide (SiO2). Trên bề mặt hoạt động, ánh sáng có thể chiếu vào nó, trong khi trên bề mặt không hoạt động, ánh sáng không thể chiếu vào. Bằng cách phủ bề mặt hoạt động bằng vật liệu chống phản xạ, năng lượng ánh sáng không bị mất đi và có thể chuyển hóa tối đa thành dòng điện.

Một trong những yêu cầu chính của photodiode là đảm bảo rằng lượng ánh sáng tối đa chiếu tới lớp bên trong. Một trong những cách hiệu quả nhất để đạt được điều này là đặt các điểm tiếp xúc điện ở mặt bên của thiết bị, như trong hình. Điều này cho phép lượng ánh sáng tối đa đến vùng hiệu quả. Người ta thấy rằng do chất nền được pha tạp nhiều nên hầu như không có hiện tượng mất ánh sáng vì đây không phải là vùng hoạt động.

Vì ánh sáng chủ yếu được hấp thụ ở một khoảng cách nhất định nên độ dày của lớp bên trong thường phù hợp với khoảng cách này. Bất kỳ sự gia tăng nào trên độ dày này sẽ làm giảm tốc độ hoạt động - một yếu tố quan trọng trong nhiều ứng dụng - và sẽ không làm tăng hiệu quả đáng kể.

Ánh sáng cũng có thể đi vào photodiode từ một phía của đường giao nhau. Bằng cách vận hành đi-ốt quang theo cách này, có thể tạo ra ít lớp bên trong hơn để tăng tốc độ hoạt động, mặc dù hiệu quả giảm.

Trong một số trường hợp, các dị thể có thể được sử dụng. Dạng cấu trúc này có thêm tính linh hoạt để nhận ánh sáng từ chất nền và có khoảng cách năng lượng lớn hơn, khiến nó trở nên trong suốt với ánh sáng.

Là một quy trình ít tiêu chuẩn hơn, việc thực hiện sẽ tốn kém hơn và do đó có xu hướng được sử dụng cho các sản phẩm chuyên dụng hơn.

2. Đặc điểm của photodiode

(1) đặc tính vôn-ampe

Nó đề cập đến mối quan hệ giữa dòng quang trên điốt quang và điện áp đặt vào nó.

(2) Đặc tính chiếu sáng

Nó đề cập đến mối quan hệ giữa quang thông và quang điện khi điện áp photodiode giữa cực âm và cực dương không đổi. Độ dốc của đường đặc tính ánh sáng được gọi là độ nhạy của photodiode.

(3) Đặc tính quang phổ

Mối quan hệ giữa dòng quang điện và bước sóng của ánh sáng tới được gọi là tính chất quang phổ. Năng lượng photon có liên quan đến bước sóng ánh sáng: bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ; Bước sóng càng ngắn thì photon càng có nhiều năng lượng.

3. Chức năng của photodiode

(1) Điều khiển ánh sáng

Điốt quang có thể được sử dụng làm công tắc quang điện và mạch của nó được thể hiện trong hình dưới đây. Khi không có ánh sáng, photodiode VD1 bị cắt do điện áp ngược. Các bóng bán dẫn VT1 và VT2 cũng bị cắt mà không có dòng cơ sở. Rơle ở trạng thái nhả.

Khi ánh sáng phát ra trên VD1, nó chuyển từ trạng thái ngắt sang dẫn. Do đó, VT1 và VT2 lần lượt bật, rơle K rút và mạch điều khiển được bật.

(2) thu tín hiệu quang

Photodiodes có thể được sử dụng để nhận tín hiệu ánh sáng. Hình ảnh sau đây cho thấy mạch điốt quang khuếch đại nhận tín hiệu quang. Tín hiệu ánh sáng được nhận bởi photodiode VD, được khuếch đại bởi VT và xuất ra bằng cách ghép nối tụ điện C.

4. Ứng dụng điốt quang

(1) Tế bào quang điện

Tế bào quang điện thực chất là một vùng rộng lớn của tiếp giáp PN. Khi ánh sáng được phát ra trên bề mặt tiếp giáp PN, chẳng hạn như bề mặt vùng P, mỗi photon trong vùng P tạo ra một cặp electron-lỗ trống nếu năng lượng photon lớn hơn độ rộng vùng cấm của vật liệu bán dẫn.

Cặp electron-lỗ trống khuếch tán nhanh vào bên trong và tạo thành một suất điện động liên quan đến cường độ ánh sáng dưới điện trường tiếp giáp. Lúc này, nếu chúng ta sử dụng nó như một nguồn cung cấp năng lượng và kết nối nó với mạch ngoài, miễn là có ánh sáng, nó sẽ tiếp tục cung cấp năng lượng, đó là tế bào quang điện. Nói cách khác, tế bào quang điện là một thiết bị quang điện tiếp giáp PN không có điện áp phân cực. Nó có thể chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng thành điện năng.

(2) Pin mặt trời

Pin mặt trời là một thiết bị bán dẫn. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào chất bán dẫn, một phần của nó bị phản xạ và phần còn lại được hấp thụ hoặc xuyên qua chất bán dẫn. Một số ánh sáng bị hấp thụ trở thành nhiệt, trong khi các photon khác va chạm với các electron hóa trị tạo nên chất bán dẫn, tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Bằng cách này, năng lượng ánh sáng được chuyển đổi thành điện năng.

Do đó, sau khi ánh sáng mặt trời được chiếu xạ, hai đầu của tấm pin mặt trời sẽ tạo ra điện áp DC, từ đó chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời thành dòng điện một chiều. Nếu ta hàn dây dẫn kim loại vào lớp P và N rồi nối tải thì dòng điện sẽ chạy qua mạch ngoài.

Bằng cách này, nếu chúng ta kết nối song song các chuỗi tế bào quang điện, một điện áp và dòng điện nhất định có thể được tạo ra thành công suất đầu ra.

(3) hệ thống chiếu sáng quang điện

Hệ thống phát điện quang điện là hệ thống phát điện sử dụng pin mặt trời để chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng. Nó sử dụng hiệu ứng quang điện.

Các thành phần chính là pin mặt trời, pin, bộ điều khiển và bộ biến tần. Độ tin cậy cao, tuổi thọ dài, không gây ô nhiễm, phát điện độc lập, hoạt động kết nối lưới photodiode.

Do chế độ quang điện photodiode bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố môi trường bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ nên điểm hoạt động thay đổi nhanh chóng. Có hệ thống phát điện độc lập và hệ thống phát điện nối lưới.

① Hệ thống phát điện quang điện độc lập

Một hệ thống phát điện quang điện độc lập là một phương pháp phát điện không được kết nối với lưới điện. Nó cần pin để lưu trữ năng lượng cho ban đêm. Sản xuất điện quang điện mặt trời độc lập chủ yếu được sử dụng ở các ngôi làng và ngôi nhà xa xôi

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tạo vôn

② hệ thống phát điện quang điện nối lưới

Hệ thống phát điện quang điện nối lưới được đấu nối với lưới điện quốc gia để cung cấp điện cho lưới điện. Nó không cần pin. Các hệ thống phát điện quang điện dân dụng chủ yếu ở trong nhà. Chúng cũng được sử dụng trong các tiện ích công cộng, hệ thống chiếu sáng cảnh quan ban đêm và trang trại năng lượng mặt trời.

(4) Các ứng dụng khác của điốt quang là:

•Điốt quang được sử dụng làm cảm biến ánh sáng. Vì cường độ dòng điện trong nó tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng nên nó cũng được dùng để đo cường độ ánh sáng.

• Đi-ốt quang trong thiết bị phát hiện khói có thể được sử dụng để cảm nhận khói và lửa.

• Điốt quang và đèn LED được kết hợp để tạo bộ cách ly quang và bộ ghép quang

•Dùng làm pin mặt trời trong các tấm pin mặt trời

•Dùng cho máy quét mã vạch, nhận dạng ký tự

•Đối với hệ thống phát hiện chướng ngại vật,

•Có thể được sử dụng làm bộ đếm trang và bộ đếm trang trong máy in

•Để phát hiện khoảng cách gần, máy đo oxy

•Nó cũng được sử dụng cho bộ mã hóa và giải mã quang học

•Truyền thông tin quang học, dựa trên truyền thông sợi quang

•Bộ cảm biến vị trí

Thông tin liên lạc:

Nếu bạn có bất kỳ ý tưởng nào, vui lòng nói chuyện với chúng tôi. Bất kể khách hàng của chúng tôi ở đâu và yêu cầu của chúng tôi là gì, chúng tôi sẽ làm theo mục tiêu của mình để cung cấp cho khách hàng chất lượng cao, giá thấp và dịch vụ tốt nhất.