Contenuto del rilevatore di fotodiodi
In questo articolo discuteremo del rilevatore di fotodiodi come segue:
- Definizione di un fotorilevatore
- Tipi diversi
- Circuit Diagram
- Applicazioni
- Cos'è un fotodiodo
- Caratteristiche di un fotodiodo
- Principio di funzionamento
- Fotodiodo a valanga
- Circuit Diagram
- Applicazioni
- Vantaggi e svantaggi
- Fototransistor vs fotodiodo
Cos'è un Photo Detector?
Definizione di un rilevatore di foto:
"I fotorilevatori sono elementi importanti, possiedono la capacità di trasformare la luce in segnali elettrici."
"Fotorilevatori sono elementi importanti utili nell'elaborazione delle immagini, nella comunicazione ottica, nella sicurezza, nella visione notturna e nel rilevamento del movimento ".
Tipi di rilevatori di foto:
Applicazioni importanti dei rilevatori di foto:
- I fotorilevatori possono essere utilizzati per proprietà come la potenza ottica, le misurazioni del flusso luminoso.
- Questi sono utilizzati in vari tipi di sensori ottici e design del microscopio.
- I rilevatori di foto sono essenziali per i telemetri laser.
- I fotorilevatori veloci sono comunemente utilizzati nella comunicazione in fibra ottica, metrologia della frequenza ecc.
Cos'è un foto diodo?
Definizione di un fotodiodo:
“Un fotodiodo è fondamentalmente un diodo a giunzione tipicamente pn."
Quando un fotone colpisce il diodo, eccita l'elettrone e genera un elettrone mobile e un foro di carica positiva. L'assorbimento avviene nell'area di svuotamento della giunzione, il vettore verrà rimosso dalla giunzione dal potenziale incorporato della regione di svuotamento.
Come funziona un fotodiodo?
Principio di funzionamento del fotodiodo:
Un fotodiodo è una giunzione pn o una configurazione PIN. Se un fotone colpisce il diodo, produce l'elettrone e un foro caricato positivamente. Quando si verifica un assorbimento nell'area di esaurimento della giuntura, questi portatori sono stati intrappolati nella giuntura dall'area incorporata di questa regione di esaurimento che ha creato una fotocorrente.
I fotodiodi sono ampiamente utilizzati con polarizzazione inversa o senza polarizzazione. La luce o il fotone possono guidare una corrente attraverso questo circuito, che dà alla polarizzazione diretta, che successivamente provoca la "corrente oscura" dalla direzione inversa alla fotocorrente. Questo è indicato come l'effetto naturale e può essere il fondamento della progettazione delle celle solari. Un pannello solare è solo una combinazione di più fotodiodi efficaci.
La polarizzazione inversa produce una corrente minore lungo una direzione esattamente identica. A parte questo, il fotodiodo mostra meno rumore.
Fotodiodi a valanga hanno una predisposizione simile, ma normalmente viene operata con una maggiore polarizzazione inversa. Ciò consente a ogni singolo fornitore di fotogenerate di moltiplicarsi con la rottura di una valanga, portando agli effetti interni del fotodiodo e migliora la reattività complessiva del dispositivo.
Materiali per un fotodiodo:
Materiale utilizzato nel fotodiodo:
- Silicio
- Germanio
- Solfuro di piombo
I Materiale utilizzato per la costruzione del fotodiodo è importante per descriverne le proprietà perché solo i fotoni con un'energia adeguata possono eccitare elettroni in bandgap e in grado di produrre fotocorrenti sostanziali.
È importante ricordare che i fotodiodi a base di silicio hanno un band-gap maggiore e per questo sono in grado di produrre meno rumore rispetto ai fotodiodi a base di germanio.
Dal transistor e anche i circuiti integrati sono preparati da materiale semiconduttore e comprendono giunzioni pn, possono agire come un fotodiodo. Questo non è accettato, una custodia opaca è obbligatoria per rimuovere questo effetto. Sebbene questi non siano del tutto opachi nei confronti delle radiazioni ad alta energia, possono comunque causare il malfunzionamento dei circuiti integrati per la fotocorrente indotta.
Applicazioni di un foto diodo:
- I fotodiodi sono utilizzati nell'elettronica di consumo, ad esempio lettori CD, rilevatori di fumo e fuoco, telecomandi, illuminazione, ecc.
- Questi sono anche impiegati in varie applicazioni mediche, rilevatori e fisica delle alte energie, ecc.
Vantaggi e svantaggi di un foto diodo:
VANTAGGI-
- Basso rumore
- Basso costo
- Compatto e leggero.
- Lunga vita
- Non è richiesta alta tensione.
- Alta efficienza quantistica.
SVANTAGGI-
- Piccola area
- Nessun guadagno interno
- Sensibilità molto inferiore
- Il tempo di risposta è più lento.
Quali sono le caratteristiche di un foto diodo?
Esistono due tipi di caratteristiche del fotodiodo
- Caratteristiche elettriche
- Caratteristiche ottiche
Caratteristiche elettriche del foto diodo:
RESISTENZA SHUNT, RSH
Resistenza allo shunt (RSH) viene utilizzato per stimare il rumore termico quando non viene applicata alcuna polarizzazione inversa. È il rapporto tra tensione e corrente.
Viene calcolato dalla pendenza della curva VI del fotodiodo all'origine.
RESISTENZA DI SERIE
La resistenza di serie è data da Rs e deriva dalle resistenze del silicio. L'espressione è data dalla seguente equazione:
CAPACITÀ DI GIUNZIONE, (C.j)
Capacità di giunzione (C.j) è la capacità del diodo a una data polarizzazione inversa.
La capacità di giunzione è proporzionale all'area di diffusione e inversamente proporzionale all'ampiezza dell'area di esaurimento.
TEMPO DI SALITA E CADUTA (tr , Tf )
Il tempo impiegato per raggiungere il novanta percento dal dieci percento è noto come tempo di salita e il tempo impiegato per scendere dal novanta percento al dieci percento è noto come tempo di caduta. Questo parametro viene comunemente espresso nella risposta in frequenza del decadimento 3dB come segue.
tr= 0.35 / f3dB
TENSIONE DI ROTTURA (VBR)
È il massimo negativo tensione che può essere applicata al diodo terminale.
POTENZA EQUIVALENTE AL RUMORE (NEP)
L'intensità del fotone è un prerequisito per equivalere al rumore con una polarizzazione inversa specificata. È una misura di NEP.
TEMPO DI RISPOSTA (tr)
È definito dal tempo necessario affinché un diodo risponda a un ingresso graduale alla luce in una modalità operativa di polarizzazione inversa specificata.
Corrente di cortocircuito (I.SC):
Grazie alla diodo pin in corto, la corrente che scorre a una determinata intensità luminosa.
Caratteristiche ottiche del foto diodo:
EFFICIENZA QUANTISTICA, QE
QE è ampiamente riconosciuto come la percentuale dei fotoni incidenti che contribuiscono alla fotocorrente.
QE=R obs/R Id (100%)
RESPONSABILITÀ, R
La reattività di un fotodiodo al silicio è la misura della sensibilità alla luce. È dato dal rapporto tra Ip e la potenza della luce (P) per la lunghezza d'onda data.
R = IP/P a una lunghezza d'onda specifica
NON UNIFORMITÀ
È ben definito come le variazioni di reattività osservate sulla superficie attiva del fotodiodo con un banale macchie di luce.
NON LINEARITÀ
Una caratteristica del fotodiodo al silicio è di natura lineare sebbene un cambiamento minore nella corrente regola la linearità della fotocorrente.
Rumori in un foto diodo:
In un fotodiodo vengono introdotti due tipi di rumori; loro sono
- Rumore di spari
- Johnson rumore.
Rumore di spari
È espresso dalla seguente equazione.
Rumore termico o rumore Johnson
Il fotorilevatore può produrre rumore Johnson a causa della generazione termica del vettore. L'entità di questo rumore di corrente generato è:
Quindi, il rumore totale è,
Spiega i meccanismi Avalanche e Zener:
Il guasto da valanga si verifica solo alle tensioni più elevate. Supponiamo che il campo elettrico (E) nella regione di transizione sia enorme. Quindi, un file e- in arrivo dal lato P può essere accelerato con l'energia cinetica per entrare in collisione con il reticolo e produrre ionizzazione. Le interazioni creeranno una moltiplicazione del vettore; l'elettrone originale e l'elettrone generato vengono spostati sul lato N e il foro di creazione viene spostato a balze su P. Questo processo è Avalanche poiché ogni vettore in arrivo è in grado di avviare il gran numero di vettori.
L'effetto Zener si verifica una volta che il tunneling degli elettroni avviene dalla banda di valance del lato P alla banda di conduzione del lato N, può causare un flusso di corrente inverso dal terminale N al terminale P. Le inevitabilità fondamentali per la corrente di tunneling sono un gran numero di elettroni che vengono staccati da una quantità sostanziale di stato non occupato da una barriera metallica. Poiché la probabilità di tunneling è regolata dalla larghezza della barriera, il drogaggio deve essere elevato.
Confronta tra foto transistor e foto diodo:
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Ciao, sono Soumali Bhattacharya. Ho fatto il Master in Elettronica.
Attualmente sono investito nel campo dell'elettronica e della comunicazione.
I miei articoli si concentrano sulle principali aree dell'elettronica di base in un approccio molto semplice ma informativo.
Sono uno studente brillante e cerco di mantenermi aggiornato con tutte le ultime tecnologie nel campo dei domini dell'elettronica.
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