Εισαγωγή στα χαρακτηριστικά I-V της φωτοδιόδου
Ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα δύο ακροδεκτών που μεταφέρει το ρεύμα(Ι) προς μία κατεύθυνση ονομάζεται δίοδος. Στις διόδους, η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη δίοδος είναι μια δίοδος ημιαγωγών. Σε αυτό το άρθρο, εξετάζουμε τον ειδικό τύπο διόδων ημιαγωγών, την εσωτερική τους κατασκευή και τους τύπους τους με την εφαρμογή.
Εμφανίζεται η σχέση μεταξύ του ρεύματος που διαρρέει τη δίοδο και της τάσης που οφείλεται στην εφαρμοζόμενη τάση στη Photo-Diode. Έτσι, η εμφάνιση της τάσης και του ρεύματος της διόδου μέσω του γραφήματος ονομάζεται χαρακτηριστικά IV της διόδου.
Φωτοδίοδος
Οι φωτοδίοδοι είναι ένας ειδικός τύπος διόδων ημιαγωγών που μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια όταν εκτίθενται στο φως.
Η διασταύρωση της φωτοδιόδου φωτίζεται και το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω των δύο ακροδεκτών.
Κατασκευή φωτοδιόδου
Η διασταύρωση PN της φωτοδιόδου τοποθετείται μέσα σε ένα ποτήρι. Αυτό το διαφανές γυαλί επιτρέπει στο φως να περάσει μέσα από τη δίοδο. Η άλλη πλευρά του γυαλιού είναι μονωμένη.
Λειτουργία φωτοδιόδου
Όταν η φωτοδίοδος δεν εκτίθεται σε φως ή ακτινοβολία, τα ηλεκτρόνια στην πλευρά p ρέουν μέσω της ένωσης. Καθώς οι φορείς μειοψηφίας ρέουν μέσω της διασταύρωσης, θα υπάρχει ροή αντίστροφου ρεύματος. Αυτό το ρεύμα ονομάζεται σκοτεινό ρεύμα.
Όταν η φωτοδίοδος εκτεθεί στο φως, η θερμοκρασία της διασταύρωσης θα αυξηθεί. Τα ηλεκτρόνια και οι τρύπες θα διαχωριστούν το ένα από το άλλο. Τα ηλεκτρόνια στην πλευρά n θα έλκονται προς το θετικό πόλο της μπαταρίας και οι οπές στην πλευρά p θα έλκονται από τον ακροδέκτη (-) της μπαταρίας.
Ως αποτέλεσμα, μια μεγάλη ποσότητα αντίστροφου ρεύματος δημιουργείται μέσω της διασταύρωσης. Όταν η ένταση του φωτός αυξάνεται, δημιουργούνται περισσότεροι φορείς και ρέουν μέσα από τις φωτοδιόδους. Ως εκ τούτου, παράγεται ένα μεγάλο ρεύμα.
Η ένταση του φωτός είναι ευθέως ανάλογη με το ηλεκτρικό ρεύμα.
Συνθήκη προκατάληψης προς τα εμπρός και αντίστροφης πόλωσης
Υπάρχουν δύο τρόποι με τους οποίους μπορεί να λειτουργήσει μια δίοδος διασταύρωσης p-n, π.χ. μεροληψία προς τα εμπρός και προς τα πίσω.
Η μπροστινή πόλωση είναι όταν ο θετικός ακροδέκτης του τροφοδοτικού είναι συνδεδεμένος στην περιοχή P της διασταύρωσης και ο αρνητικός ακροδέκτης της μπαταρίας συνδέεται στην περιοχή N της διασταύρωσης.
Η αντίστροφη πόλωση είναι όταν ο θετικός ακροδέκτης του τροφοδοτικού συνδέεται στην περιοχή N της διασταύρωσης και ο θετικός ακροδέκτης της μπαταρίας συνδέεται στην περιοχή P της διασταύρωσης.
I-V χαρακτηριστικό της φωτοδιόδου
Στο χαρακτηριστικό γράφημα I-V των φωτοδιόδων, ο άξονας x αντιπροσωπεύει την αντίστροφη εφαρμοζόμενη τάση και ο άξονας y αντιπροσωπεύει το ρεύμα που ρέει μέσω της συσκευής κατά την εφαρμογή αντίστροφης τάσης.
Όπως έχουμε ήδη συζητήσει στις εργασίες, ένα μικρό αντίστροφο ρεύμα θα ρέει μέσω της συσκευής και αυτό το ρεύμα είναι γνωστό ως σκοτεινό ρεύμα (που αντιπροσωπεύεται στον άξονα x).
Όταν η διασταύρωση είναι φωτισμένη, το ρεύμα θα αυξηθεί και θα γίνει ανεξάρτητο από την εφαρμοζόμενη αντίστροφη τάση.
Ως εκ τούτου, οι φορείς θα ρέουν μόνο λόγω της έντασης της ακτινοβολίας με την αύξηση της θερμοκρασίας και η συνθήκη αντίστροφης πόλωσης δεν θα παίξει κανένα ρόλο σε αυτήν την κατάσταση.
Μπορούμε ξεκάθαρα να πούμε ότι μετά τον φωτισμό, η καμπύλη δείχνει ίσες αποστάσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή η ένταση της ακτινοβολίας που πέφτει στη διασταύρωση της φωτοδιόδου είναι ευθέως ανάλογη με το ρεύμα που διαρρέει τη συσκευή ή μπορούμε να πούμε ότι το ρεύμα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας ή της έντασης του φωτός.
Η λειτουργία της φωτοδιόδου λειτουργεί σε συνθήκες αντίστροφης πόλωσης. Το αντίστροφο ρεύμα μερικές φορές γίνεται εντελώς ανεξάρτητο από την αντίστροφη τάση. Σε κατάσταση απουσίας φωτισμού, τα αντίστροφα ρεύματα είναι μηδενικά. Όταν το φως αυξάνεται, αυξάνεται και το αντίστροφο ρεύμα.
Εφαρμογές της Φωτοδιόδου
- Οι φωτοδίοδοι έχουν πολυάριθμες εφαρμογές, όπως ιατρικό εξοπλισμό, ανιχνευτές φωτός, ανιχνευτές καπνού ή πυρκαγιάς, καθώς ανταποκρίνονται σε μεγάλο βαθμό στη θερμοκρασία.
- Οι ηλιακοί συλλέκτες κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας αυτές τις φωτοδιόδους. Αυτές οι δίοδοι παρέχουν ηλεκτρική μόνωση.
- Οι αισθητήρες κάμερας περιέχουν επίσης φωτοδίοδοι καθώς μια κάμερα απαιτεί ικανότητα ανίχνευσης φωτός για βέλτιστη απόδοση.
- Χρησιμοποιούνται σε φωτοαγωγούς και σωλήνες φωτοπολλαπλασιαστή.
- Χρησιμοποιούνται στην τομογραφία και σε πολλές άλλες ιατρικές εφαρμογές.
Συμπέρασμα:
Τα χαρακτηριστικά I-V μιας φωτοδιόδου που λειτουργεί και ο τρόπος λειτουργίας της σε κατάσταση αντίστροφης πόλωσης συζητούνται με την αρχή λειτουργίας της φωτοδιόδου και την κατάλληλη εξήγηση, καθώς και την έννοια της μπροστινής πόλωσης και της αντίστροφης πόλωσης.
Μελετήσαμε μερικές από τις σημαντικές εφαρμογές της φωτοδιόδου και μάθαμε για τις χρήσεις των φωτοδιόδων σε διάφορους τομείς όπως η ασφάλεια και οι ιατρικές εφαρμογές.
