Светодиод и фотодиод: Разница между Светодиодом и Фотодиодом

Разница между Светодиодом и Фотодиодом

Одно из основных различий между Светодиодом (LED) и Фотодиодом связано с принципом их работы. Светодиод — это устройство, которое работает по принципу электролюминесценции, то есть люминесценции, возбуждаемой электрическим полем, тогда как работа Фотодиода связана с фотовольтаическим принципом, при котором под воздействии света в веществе возникает напряжение или электрический ток. 

При наличии внешнего потенциала на светодиоде он излучает свет. Тогда как в фотодиодах необходимо обеспечить некоторую внешнюю световую энергию, чтобы обеспечить проводимость через устройство. В этой статье вы познакомитесь с некоторыми другими важными различиями между ними.

Содержание

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое Светодиод?
3. Что такое Фотодиод?
4. В чем разница между Светодиодом и Фотодиодом?
5. Заключение

Что такое Светодиод

LED — это аббревиатура, используемая для обозначения светодиода. По сути, это устройство с прямым смещением, которое излучает свет, когда на его клеммы подается внешний потенциал. Работа светодиода основана на принципе электролюминесценции. При наличии внешнего потенциала происходит рекомбинация электронов и дырок. Из-за этой рекомбинации выделяется некоторая энергия в виде тепла или света. Но в светодиодах высвобождение большей части энергии происходит в виде света. По этой причине эти диоды обладают способностью излучать свет.

Структура светодиода

Теперь возникает вопрос, какой фактор определяет излучение света через светодиод? Этим фактором является полупроводниковый материал, используемый для изготовления диодов. Когда диоды изготавливаются из кремния или германия, рекомбинация производит энергию в виде тепла. В то время как в случае материалов GaAsP (арсенид фосфида галлия) или GaP (Фосфид галлия) большая часть энергии излучается в виде света.

Принцип работы светодиодов заключается в следующем: Когда «p-n» переход смещен в прямом направлении, сторона «p» подключена к положительной клемме батареи, а сторона «n» подключена к отрицательной клемме батареи. Так как противоположные заряды притягиваются, а подобные заряды отталкиваются, следовательно, когда мы прикладываем прямое напряжение, дырки испытывают силу отталкивания от положительного вывода и движутся к «n» стороне, тогда как электроны перемещаются со стороны «n» на сторону «p». Таким образом, как свободные электроны, так и дырки переносят электрический ток в прямом смещенном состоянии. В то время как в условиях обратного смещения имеется поток только неосновных носителей, поэтому ток протекает очень маленький и проводимость не возникает.

В нашем случае, в прямом смещенном состоянии дырки, присутствующие в «р» стороне, отталкиваются при подключении к ней положительной клеммы батареи. И электроны, присутствующие в стороне «n», отталкиваются при подключении к ней отрицательной клеммы батареи. Эта сила заставляет дырки и электроны рекомбинировать после преодоления потенциального барьера. Рекомбинация в среде происходит посредством исчезновения пар свободных носителей с противоположным зарядом, при этом выделяется энергия.

Свободные электроны присутствуют в зоне проводимости, и эта зона находится выше валентной зоны. Валентная зона содержит дырки. Таким образом, электроны присутствуют в более высоком энергетическом состоянии и, чтобы соединиться с дырками, присутствующими в более низком энергетическом состоянии, они должны выделять некоторую энергию. И такие материалы, как GaAsP или GaP, выделяют эту энергию в виде света. То есть, светодиод излучает свет из-за рекомбинации электронов и дырок, когда ему предоставляется внешний потенциал.

Что такое Фотодиод

Само название «фотодиод» говорит о его работе. По сути, фотодиод — это устройство, работа которого зависит от предоставляемого ему освещения. Фотодиод — это диод с обратным смещением, поскольку он работает в обратном режиме. На рисунке изображен обратносмещенный «p-n-переход», на котором изображен фотодиод:

Структура фотодиода

На приведенном выше рисунке, «p-n-переход» устройства подвергается воздействию света. В обратном смещенном состоянии на «p-n-переходе» существует широкая обедненной область. В обедненной области присутствуют нейтральные атомы, так как эта область обеднена носителями заряда. Даже при отсутствии внешнего освещения на стыке, то за счет обратного приложенного потенциала, неосновные носители будут течь и генерировать обратный ток утечки. Этот ток называется как темновой ток.

Но как только переход снабжается внешним светом, то из-за повышения температуры перехода электрон и дырка, присутствующие в обедненной области, освобождаются. Таким образом, их движение производит электрический ток.

С увеличением интенсивности излучаемого света температура перехода также увеличивается. С увеличением температуры генерация пары электрон-дырка также будет увеличиваться, что в результате увеличивает ток, протекающий через устройство.

В чем разница между Светодиодом и Фотодиодом

• Светодиод преобразует электрическую энергию, подаваемую на его клеммы, в эквивалентную световую форму. Напротив, фотодиод способен преобразовывать поступающую световую энергию в эквивалентную электрическую форму.
• Светодиод работает только в прямом смещенном состоянии. В то время как фотодиод-это в диод с обратным смещением.
• Поскольку светодиоды смещены в прямом направлении, у них нет тока утечки. Тогда как из-за обратного приложенного напряжения на выводах фотодиода протекает обратный ток утечки, который известен как темновой ток.
• Светодиоды изготавливаются из таких материалов, как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия или фосфид галлия. В отличие от этого, фотодиоды изготавливаются из таких материалов, как кремний, арсенид индия и галлия.
• Светодиод способен излучать свет, но не может его обнаружить. Однако фотодиод может обнаруживать свет, но не может его испускать.
• Светодиоды в основном применяются в электронных системах индикации, освещении транспортных средств, в системах световой индикации. В то время как фотодиоды применяются в солнечных панелях, в логических схемах и телевидении.

Заключение

Из приведенного выше обсуждения мы можем сделать вывод, что хотя светодиод и фотодиод оба являются двумя типами диодов. Но их принципы работы совершенно отличаются друг от друга. Светодиод работает по принципу электролюминесценции, тогда как Фотодиод работает в соответствии с фотовольтаическим принципом. Это является причиной того, что оба находят применение в разных областях.

Подборка простых и эффективных схем.

Мультивибратор. 

Первая схема — простейший мультивибратор. Не смотря не его простоту, область применения его очень широка. Ни одно электронное устройство не обходится без него. 

На первом рисунке изображена его принципиальная схема. 

В качестве нагрузки используются светодиоды. Когда мультивибратор работает — светодиоды переключаются. 

Для сборки потребуется минимум деталей: 

1. Резисторы 500 Ом — 2 штуки 

2. Резисторы 10 кОм — 2 штуки 

3. Конденсатор электролитический 47 мкФ на 16 вольт — 2 штуки 

4. Транзистор КТ972А — 2 штуки 

5. Светодиод — 2 штуки

Транзисторы КТ972А являются составными транзисторами, то есть в их корпусе имеется два транзистора, и он обладает высокой чувствительностью и выдерживает значительный ток без теплоотвода.  

Когда вы приобретёте все детали, вооружайтесь паяльником и принимайтесь за сборку. Для проведения опытов не стоит делать печатную плату, можно собрать всё навесным монтажом. Спаивайте так, как показано на рисунках.

Рисунки специально сделаны в разных ракурсах и можно подробно рассмотреть все детали монтажа. 

А уж как применить собранное устройство, пусть подскажет ваша фантазия! Например, вместо светодиодов можно поставить реле, а этим реле коммутировать более мощную нагрузку. Если изменить номиналы резисторов или конденсаторов – изменится частота переключения. Изменением частоты можно добиться очень интересных эффектов, от писка в динамике, до паузы на много секунд.. 

Фотореле. 

А это схема простого фотореле. Это устройство с успехом можно применить где Вам угодно, для автоматической подсветки лотка DVD, для включения света или для сигнализации от проникновения в тёмный шкаф. Предоставлены два варианта схемы. В одном варианте схема активируется светом, а другом его отсутствием.

Работает это так: когда свет от светодиода попадает на фотодиод, транзистор откроется и начнёт светиться светодиод-2. Подстроечным резистором регулируется чувствительность устройства. В качестве фотодиода можно применить фотодиод от старой шариковой мышки. Светодиод — любой инфракрасный светодиод. Применение инфракрасного фотодиода и светодиода позволит избежать помех от видимого света. В качестве светодиода-2 подойдёт любой светодиод или цепочка из нескольких светодиодов. Можно применить и лампу накаливания. А если вместо светодиода поставить электромагнитное реле, то можно будет управлять мощными лампами накаливания, или какими-то механизмами. 

На рисунках предоставлены обе схемы, цоколёвка(расположение ножек) транзистора и светодиода, а так же монтажная схема.

При отсутствии фотодиода, можно взять старый транзистор МП39 или МП42 и спилить у него корпус напротив коллектора, вот так:

Вместо фотодиода в схему надо будет включить p-n переход транзистора. Какой именно будет работать лучше – Вам предстоит определить экспериментально.  

Усилитель мощности на микросхеме TDA1558Q. 

Этот усилитель имеет выходную мощность 2 Х 22 ватта и достаточно прост для повторения начинающими радиолюбителями. Такая схема пригодится Вам для самодельных колонок, или для самодельного музыкального центра, который можно сделать из старого MP3 плеера. 

Для его сборки понадобится всего пять деталей:

1. Микросхема — TDA1558Q 

2. Конденсатор 0.22 мкФ 

3. Конденсатор 0.33 мкФ – 2 штуки 

4. Электролитический конденсатор 6800 мкФ на 16 вольт 

Микросхема имеет довольно высокую выходную мощность и для её охлаждения понадобится радиатор. Можно применить радиатор от процессора. 

Всю сборку можно произвести навесным монтажом без применения печатной платы. Сначала у микросхемы надо удалить выводы 4, 9 и 15. Они не используются. Отсчёт выводов идёт слева направо, если держать её выводами к себе и маркировкой вверх. Потом аккуратно распрямите выводы. Далее отогните выводы 5, 13 и 14 вверх, все эти выводы подключаются к плюсу питания. Следующим шагом отогните выводы 3, 7 и 11 вниз – это минус питания, или «земля». После этих манипуляций прикрутите микросхему к теплоотводу, используя теплопроводную пасту. На рисунках виден монтаж с разных ракурсов, но я всё же поясню. Выводы 1 и 2 спаиваются вместе – это вход правого канала, к ним надо припаять конденсатор 0.33 мкФ. Точно так же надо поступить с выводами 16 и 17. Общий провод для входа это минус питания или «земля». 

К выводам 5, 13 и 14 припаяйте провод плюса питания. Этот же провод припаивается к плюсу конденсатора 6800 мкФ. Отогнутые вниз выводы 3, 7 и 11 так же спаиваются вместе проводом, и этот провод припаивается к минусу конденсатора 6800 мкФ. Далее от конденсатора провода идут к источнику питания. 

Выводы 6 и 8 – это выход правого канала, 6 вывод припаивается к плюсу динамика, а вывод 8 к минусу. 

Выводы 10 и 12 – это выход левого канала, вывод 10 припаивается к плюсу динамика, а вывод 12 к минусу. 

Конденсатор 0.22 мкФ надо припаять параллельно выводам конденсатора 6800 мкФ.  

Прежде чем подавать питание, внимательно проверьте правильность монтажа. На входе усилителя надо поставить сдвоенный переменный резистор 100 кОМ для регулировки громкости. 

Принцип действия свето- и фотодиодов

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4 Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED. Краткая история создания светодиодов Светодиоды, или светоизлучающие диоды, являются электрическими источниками света. Первый красный светодиод был создан в 1962г. Ником Холоньяком (Nick Holonyak) в компании General Electric. Монохромные красные светодиоды в 60-е гг. прошлого столетия применялись для производства небольших световых индикаторов, используемых в электронных приборах. Хотя они испускали тусклый свет и имели низкую энергоэффективность, технология оказалась перспективной и стала быстро развиваться. В начале 70-х гг. появились зеленые и желтые светодиоды. Они использовались в наручных часах, калькуляторах, электронных приборах, в светофорах и указателях «Выход». Эффективность светодиодов по световому потоку постоянно увеличивалась, и к 1990 г. световой поток красных, желтых и зеленых светодиодов достиг значения 1 люмен (лм). В 1993 г. Суджи Накамура (Shuji Nakamura), инженер, работающий в компанииNichia, создал первый синий светодиод высокой яркости. Так как красный, синий и зеленый являются тремя главными составляющими света, теперь с помощью светодиодов можно было получить любой цвет освещения, включая белый. Белые люминофорные светодиоды – это светодиоды, объединяющие синий или ультрафиолетовый светодиод с люминофорным покрытием, впервые появились в 1996 г. В конце 90-х гг. светодиоды постепенно заменяют лампы накаливания там, где требуется окрашенный свет. В 2000–2005 гг. уровень светового потока светодиодов достиг значения 100 лм и выше. Появились белые светодиоды с теплыми и холодными оттенками, подобными образуемым лампами накаливания, люминесцентными лампами и схожие с естественным освещением. Постепенно светодиоды составили конкуренцию традиционным источникам света и стали применяться в театральном и сценическом освещении. Как работает светодиод Как и любой диод, светодиод включает в себя один p-n-переход. С помощью процесса, носящего название легирование, материал n-типа обогащается отрицательными носителями заряда, а материал р-типа – положительными носителями заряда. Атомы в материале n-типа приобретают дополнительные электроны, а атомы в материале р-типа приобретают дырки – места на внешних электронных орбитах атомов, в которых отсутствуют электроны. При приложении к диоду электрического поля электроны и дырки в материалах p- и n-типа устремляются к p-n-переходу. Когда носители заряда подходят к p-n-переходу, электроны инжектируются в материал р-типа. При подаче отрицательного напряжения со стороны материала n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал р-типа. Это называется прямым смещением. Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал р-типа и рекомбинируют с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения. Все диоды испускают фотоны, но не все диоды испускают видимый свет. Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам испускаемого света.   Из чего состоит светодиод? Существует два основных типа светодиодов: индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды, например, 5-миллиметровые, обычно являются недорогими, маломощными источниками света, пригодными для использования только в качестве световых индикаторов в индикаторных панелях и электронных приборах, для подсветки дисплеев компьютеров или приборных панелей автомобиля. Осветительные светодиоды, представленные светодиодами поверхностного монтажа (SMD), высокой яркости (HB) и высокой мощности (HP) – это надежные мощные устройства, способные обеспечить нужный уровень освещенности и обладающие световым потоком, равным или превосходящим световой поток традиционных источников света, например, КЛЛ.   Все осветительные светодиоды имеют одинаковую базовую конструкцию. Они включают в себя полупроводниковый чип (или кристалл), подложку, на которую он устанавливается, контакты для электрического подключения, соединительные проводники для подсоединения контактов кристаллу, теплоотвод, линзу и корпус. (В некоторых светодиодах, например, в светодиодах TFFC, разработанных компанией Philips Lumileds, соединительные проводники не требуются.) Так как индикаторные светодиоды являются маломощными, все генерируемое в них тепло рассеивается внутри самих светодиодов. Осветительные светодиоды, напротив, снабжаются корпусом для прямого припаивания к поверхности, что обеспечивает отвод тепла, генерируемого светодиодом. Хороший теплоотвод жизненно важен для обеспечения температурного режима и нормальной работы светодиода. Источник   Фотодиод представляет собой полупроводниковый фотоэлектрический прибор, содержащий p–n переход, и использующий явление внутреннего фотоэффекта. Фотодиоды имеют различную конструкцию, различное назначение и различные параметры, но в большинстве случаев структура фото-диода бывает такой, как показано на рис.6.13, б. На принципиальных схемах фотодиод изображаетсясимволом, показанным на рис. 6.13, в. Фотодиод можно использовать в двух различных включениях: фотодиодном и фотогальваническом. Фотогальваническое включение (рис. 6.14) предполагает использование фотодиода как источника фотоЭДС, поэтому в настоящее время его называют полупроводниковый фотоэлемент. Рассмотрим процесс возникновения фотоЭДС в фотодиоде (рис. 6.15). В отсутствие освещения фотодиода концентрация носителей в его обеих областях будет равновесной, а следовательно никакой разности потенциалов между областями не будет. Если же осветить полупроводник лучами света, то в результате поглощения энергии фотонов будут образовываться пары «электрон – дырка». Дырки в области p являются основными носителями, поэтому поле Ep p–n-перехода будет их отталкивать от границы раздела, а вот образовавшиеся свободные электроны, являясь в области p неосновными носителями, будут переброшены полем через границу раздела в область n, где они являются основными. Аналогично, в области n из образовавшихся носителей «электрон – дырка» только дырки, являясь неосновными носителями, будут переброшены через границу раздела в область p , а образовавшиеся свободные электроны только пополнят количество основных носителей в области n , увеличив их концентрацию. Таким образом, за счёт поглощённой световой энергии в полупроводнике образуются пары носителей; неосновные носители перебрасываются в соседнюю область электрическим полем p–n-перехода, а основные носители остаются в своей области; концентрация носителей возрастает и становится сверх равновесной, т.е. суммарный электрический заряд основных носителей в обеих областях полупроводника уже не уравновешивается противоположным зарядом ионов примеси, и следовательно в области p появляется суммарный положительный заряд, а в области К = lgN – суммарный отрицательный заряд, которые обусловят возникновение разности потенциалов между областью p и областью n . Эту разность потенциалов называют фотоЭДС. Если теперь создать внешнюю электрическую цепь между областями p и n , то по ней потечёт электрический ток – фототок под действием возникшей фотоЭДС. Следует отметить, что из всех образовавшихся в результате поглощения лучистой энергии носителей не все будут участвовать в образовании светового тока, а только те, которые попадают в зону действия электрического поля потенциального барьера, ограниченную областью δ. Остальные неосновные носители, образовавшиеся вне этой зоны, скорее всего, рекомбинируют, снижая эффективность использования световой энергии. Отсюда становится ясной целесообразность конструктивного исполнения фотодиода, когда освещают не обе области полупроводника, а только одну, зато очень тонкую, когда практически все образовавшиеся под действием освещения неосновные носители будут разделены р–n-переходом. Рекомендуемые страницы: Читайте также:

Разница между светодиодом и фотодиодом (со сравнительной таблицей)

Одно из основных различий между светодиодом и фотодиодом связано с принципом их действия. Светодиод — это устройство, которое работает по принципу электросвета. А работа фотодиода зависит от принципа фотопроводимости.

Обычно при наличии внешнего потенциала светоизлучающий диод излучает свет. В то время как в фотодиодах необходимо обеспечить некоторую внешнюю световую энергию, чтобы обеспечить проводимость через устройство.

В этой статье вы познакомитесь с некоторыми другими важными различиями между ними. Но прежде чем приступить к этому, просто взгляните на содержание, которое должно быть рассмотрено в этой статье.

Содержание: светодиод против фотодиода

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия
4. Заключение

Таблица сравнения

Параметр	Светодиод	Фотодиод
Определение	Светодиод — это устройство, преобразующее электрическую энергию в световую.	Фотодиод — это устройство, преобразующее световую энергию в электрическую.
Символ
Принцип работы	Электролюминесценция	Фотопроводимость
Функция	Излучает свет.	Обнаруживает свет.
Тип смещения	Смещение вперед	Смещение назад
Изготовлен из	GaAs, GaAsP, GaP и т. Д.	Si, InGaAs и т. Д.
Ток утечки	Не существует	Есть, и известен как темновой ток.
Применение	В системе электронного дисплея, системе светового дисплея и т. Д.	Солнечная панель, логические схемы и т. Д.

Описание светодиода

LED — это аббревиатура светоизлучающего диода . По сути, это устройство с прямым смещением, которое излучает свет, когда на его выводы подается внешний потенциал.

Работа светодиода основана на принципе электролюминесценции . При наличии внешнего потенциала происходит рекомбинация электронов и дырок. В результате этой рекомбинации выделяется некоторая энергия в виде тепла или света.

Но в светодиодах выделение энергии происходит в форме света. По этой причине эти диоды обладают способностью излучать свет.

Теперь возникает вопрос, какой фактор определяет излучение света через диод?

В основном это зависит от полупроводникового материала, используемого для изготовления диодов.

Когда диоды изготавливаются из кремния или германия, рекомбинация дает энергию в виде тепла. В то время как в случае материалов GaAsP или GaP энергия излучается в виде света.

На рисунке ниже представлена ​​структура светодиода:

Мы знаем, что при прямом смещении отверстия на стороне p отталкиваются положительным полюсом аккумулятора. И электроны, присутствующие на стороне n, отталкиваются отрицательной клеммой аккумулятора.

Эта сила отталкивания заставляет дырки и электроны рекомбинировать после преодоления потенциального барьера.

Более просто мы можем понять это, предположив диаграмму энергетических зон.

Мы знаем, что свободные электроны присутствуют в зоне проводимости, и эта зона находится выше валентной зоны. Валентная зона содержит дырки.

Итак, электроны находятся в более высоком энергетическом состоянии и для объединения с дырками, находящимися в более низком энергетическом состоянии, они должны отдавать некоторую энергию.И такие материалы, как GaAsP или GaP, излучают эту энергию в виде света.

Следовательно, диод излучает свет из-за рекомбинации электронов и дырок, когда к нему подводится внешний потенциал.

Определение фотодиода

Название фотодиод само по себе говорит о его работе. Мы знаем, что фотография означает свет, поэтому это, по сути, устройство, работа которого зависит от освещения.

Фотодиод — это диод с обратным смещением, поскольку он работает в обратном режиме.На рисунке представлен pn-переход с обратным смещением, на котором изображен фотодиод:

Здесь, на рисунке выше, мы видим, что pn переход устройства освещен светом.

Мы знаем, что в условиях обратного смещения на pn переходе существует широкая область обеднения. В обедненной области присутствуют нейтральные атомы, поскольку эта область обеднена носителями заряда.

Даже когда на переходе не предусмотрено внешнее освещение, из-за обратного приложенного потенциала неосновные носители будут течь и генерировать обратный ток утечки.

Этот ток известен как темновой ток .

Но как только на переход поступает внешний свет, тогда из-за повышения температуры перехода электрон и дырка, присутствующие в обедненной области, освобождаются. Таким образом, их движение производит электрический ток.

С увеличением интенсивности света температура перехода также увеличивается. С повышением температуры генерация пары электрон-дырка также будет увеличиваться, что в результате увеличивает ток, протекающий через устройство.

Ключевые различия между светодиодом и фотодиодом

1. Светодиод преобразует электрическую энергию, подаваемую на его выводы, в эквивалентную форму света. Напротив, фотодиод способен преобразовывать подаваемую световую энергию в эквивалентную электрическую форму.
2. Светоизлучающий диод работает только в прямом смещении. В то время как фотодиод — это в основном диод с обратным смещением.
3. Поскольку светодиоды смещены в прямом направлении, в их корпусе отсутствует ток утечки .Принимая во внимание, что из-за обратного приложенного напряжения на выводах фотодиода протекает обратный ток утечки, который известен как темновой ток.

Светодиоды

4. изготовлены из материалов , таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия или фосфид галлия и т. Д.
5. Светодиод может излучать свет, но не может его обнаружить. Однако фотодиод может обнаруживать свет, но не может его испускать.

Светодиоды

6. в основном находят свое применение в электронных системах отображения, освещении в транспортных средствах, в системах световой индикации и т. Д. В то время как фотодиоды находят свое применение в солнечных панелях, в логических схемах, телевидении и т. Д.

Заключение

Итак, из приведенного выше обсуждения, мы можем сделать вывод, что хотя и светодиод, и фотодиод являются типами диодов. Но принципы их работы полностью отличаются друг от друга. Это причина, по которой они находят применение в разных областях.

Фотодиод

— символ, работа и типы

Введение

А
Фотодиод — это p-n-переход или штыревой полупроводниковый прибор, который
потребляет световую энергию для выработки электрического тока. Это также
иногда называют фотодетектором, фотодатчиком или светом
детектор.

Фотодиоды
находятся
специально
предназначен для работы в условиях обратного смещения.Обратное смещение
означает, что сторона p фотодиода подключена к
отрицательная клемма аккумулятора и n-сторона подключена к
положительный полюс аккумуляторной батареи.

Фотодиод
очень чувствителен к свету, поэтому, когда свет или фотоны падают на
Фотодиод легко преобразует свет в электрический ток.
Солнечный элемент также известен как фотодиод большой площади, потому что он
преобразует солнечную или световую энергию в электрическую.Однако солнечная батарея работает только при ярком свете.

строительство
и работа фотодиода почти аналогична нормальному p-n
переходной диод. PIN (p-тип, внутренний и n-тип)
структура в основном используется для построения фотодиода
вместо структуры соединения p-n (p-тип и n-тип), потому что
Структура PIN-кода обеспечивает быстрое время отклика. PIN-фотодиоды
в основном используется в высокоскоростных приложениях.

В
нормальный диод p-n перехода, напряжение
используется как энергия
источник для выработки электрического тока, тогда как в
фотодиоды, как напряжение, так и свет используются в качестве источника энергии
для выработки электрического тока.

Фотодиод
символ

символ фотодиода похож на нормальный p-n переход
диод, за исключением того, что он содержит стрелки, указывающие на диод.В
стрелки на диоде представляют свет или фотоны.

А
фотодиод имеет два вывода: катод и анод.

Цели
и ограничения фотодиода

1. Фотодиод
   всегда должен работать в режиме обратного смещения.
2. Применено
   напряжение обратного смещения должно быть низким.
3. Создать
   низкий уровень шума
4. Высокое усиление
5. Высокая
   скорость отклика
6. Высокая
   светочувствительность
7. Низкий
   чувствительность к температуре
8. Низкая стоимость
9. Малый размер
10. длинный
    срок службы

Как
фотодиод
работает?

А
нормальный диод с p-n переходом допускает небольшое количество электрического
ток в условиях обратного смещения. Для увеличения электрического
ток в условиях обратного смещения, нам нужно генерировать больше
миноритарные перевозчики.

внешнее обратное напряжение, приложенное к диоду p-n перехода
будет поставлять энергию неосновным носителям, но не увеличивать
население миноритарных перевозчиков.

Однако
небольшое количество неосновных носителей генерируется из-за
внешнее обратное напряжение смещения.Неосновные перевозчики создали
на n-стороне или p-стороне будет рекомбинировать в том же материале перед
они пересекают перекресток. В результате отсутствует электрический ток
потоки за счет этих носителей заряда. Например, меньшинство
носители, генерируемые в материале p-типа, испытывают
сила отталкивания от внешнего напряжения и попытаться двигаться
в сторону n. Однако перед пересечением перекрестка
свободные электроны рекомбинируют с дырками внутри одного
материал.В результате не протекает электрический ток.

Кому
преодолеть эту проблему, нам необходимо применить внешнюю энергию
непосредственно к истощению
область для генерации большего количества носителей заряда.

А
специальный тип диода, называемый фотодиодом, предназначен для
генерируют большее количество носителей заряда в области истощения.
В фотодиодах мы используем свет или фотоны в качестве внешней энергии.
для генерации носителей заряда в обедненной области.

типов
фотодиодов

рабочая работа всех типов фотодиодов одинакова.
Различные типы фотодиодов разрабатываются на основе конкретных
применение. Например, фотодиоды с PIN-кодом разработаны для
увеличить скорость отклика. Фотодиоды PIN используются там, где
нужна высокая скорость отклика.

разные
типов фотодиодов

• PN переход
  фотодиод
• PIN
  фотодиод
• Лавина
  фотодиод

Среди
все три фотодиода, фотодиоды с PN переходом и PIN
наиболее широко используется.

PN
переходной фотодиод

PN
переходные фотодиоды — первая разновидность фотодиодов. Oни
являются наиболее широко используемыми фотодиодами до
разработка PIN-фотодиодов. Фотодиод на PN переходе также
просто фотодиод.
В настоящее время фотодиоды с PN-переходом не получили широкого распространения.

Когда
внешний
световая энергия поступает на фотодиод p-n-перехода, валентный
электроны в обедненной области получают энергию.

Если
световая энергия, подаваемая на фотодиод, больше
запрещенная зона полупроводникового материала, валентные электроны получают
достаточно энергии и разорвать связь с родительским атомом. Валентность
электрон, который разрывает связь с родительским атомом, станет
свободный электрон. Свободные электроны свободно перемещаются из одного места в другое.
другое место, проводя электрический ток.

Когда
валентный электрон покидает валентную оболочку пустое пространство
создается в валентной оболочке, на которой ушел валентный электрон.
Это пустое пространство в валентной оболочке называется дырой. Таким образом,
как свободные электроны, так и дырки образуются парами. В
механизм генерации электронно-дырочной пары с помощью света
энергия известна как внутренний фотоэлектрический эффект.

неосновные носители в обедненной области испытывают силу из-за
в область истощения электрического
поле и внешнее электрическое поле. Например, бесплатно
электроны в области обеднения испытывают отталкивание и
сила притяжения от присутствующих отрицательных и положительных ионов
на краю обедненной области на p-стороне и n-стороне.Как
в результате свободные электроны движутся к n-области. Когда
свободные электроны достигают n области, они притягиваются к
положительные клеммы аккумуляторной батареи. Аналогичным образом
отверстия движутся в противоположном направлении.

электрическое поле в области сильного обеднения и внешнее
электрическое поле увеличивает скорость дрейфа свободного
электроны.Из-за этой высокой скорости дрейфа меньшинство
носители (свободные электроны и дырки), образующиеся при обеднении
область пересечет p-n-переход, прежде чем они рекомбинируют с
атомы. В результате ток неосновных носителей увеличивается.

Когда
на фотодиод обратного смещения не подается свет, он несет
небольшой обратный ток из-за внешнего напряжения. Этот маленький
электрический ток при отсутствии света называется темным
текущий.Обозначается I
_λ .

В
фотодиод, обратный ток не зависит от обратного смещения
вольтаж. Обратный ток в основном зависит от света
интенсивность.

В
фотодиоды,
большая часть электрического тока переносится носителями заряда
генерируется в обедненной области, поскольку носители заряда
в области истощения имеет высокую скорость дрейфа и низкую
скорость рекомбинации, тогда как носители заряда на n-стороне или
p-сторона имеет низкую скорость дрейфа и высокую скорость рекомбинации.В
электрический ток, генерируемый в фотодиоде из-за
применение света называется фототоком.

полный ток через фотодиод — это сумма темновых
ток и фототок. Темновой ток необходимо уменьшить
для увеличения чувствительности устройства.

электрический ток, протекающий через фотодиод, напрямую
пропорциональна количеству падающих фотонов.

PIN
фотодиод

PIN
Фотодиоды разработаны на основе фотодиодов с PN переходом.
PIN-фотодиод работает аналогично PN-переходу.
фотодиод, за исключением того, что фотодиод PIN производится
иначе улучшить его производительность.

Фотодиод PIN разработан для увеличения неосновной несущей
ток и скорость отклика.

PIN
фотодиоды генерируют больше электрического тока, чем PN
переходные фотодиоды с таким же количеством световой энергии.

слоев
ПИН-фотодиода

А
Фотодиод на PN переходе состоит из двух слоев: p-типа и
полупроводник n-типа, тогда как фотодиод PIN состоит из трех
слои, а именно p-тип, n-тип и собственный полупроводник.

В
PIN-фотодиод, дополнительный слой, называемый внутренним
полупроводник помещается между p-типом и n-типом
полупроводник для увеличения тока неосновных носителей.

P-типа
полупроводник

Если
трехвалентные примеси добавляются к собственному полупроводнику,
р-тип
полупроводник.

В
Полупроводники p-типа, количество свободных электронов в
зона проводимости меньше, чем количество отверстий в
валентная полоса.
Следовательно, дырки являются основными носителями заряда и свободными
электроны являются неосновными носителями заряда. В р-типе
В полупроводниках через отверстия проходит большая часть электрического тока.

тип N
полупроводник

Если
пятивалентный
примеси добавляются к собственному полупроводнику, n-тип
полупроводник.

В
Полупроводники n-типа, количество свободных электронов в
зона проводимости больше, чем количество дырок в
валентная полоса.
Таким образом, свободные электроны являются основными носителями заряда и
дырки являются неосновными носителями заряда. В n-типе
полупроводники, свободные электроны несут большую часть электрического
текущий.

Внутренний
полупроводник

Внутренний
Полупроводники — это чистая форма полупроводников.В
собственный полупроводник, количество свободных электронов в
зона проводимости равна количеству дырок в валентной
группа. Следовательно, собственный полупроводник не имеет заряда.
носители для проведения электрического тока.

Однако
при комнатной температуре небольшое количество носителей заряда
генерируется. Это небольшое количество носителей заряда будет нести
электрический ток.

PIN
работа фотодиода

А
PIN-фотодиод состоит из p-области и n-области, разделенных
внутренний слой с высоким сопротивлением. Собственный слой
помещается между областью p и областью n для увеличения ширины
области истощения.

Полупроводники p-типа и n-типа сильно легированы.Следовательно,
p-область и n-область фотодиода PIN имеют большие
количество носителей заряда для проведения электрического тока. Однако,
эти носители заряда не будут проводить электрический ток под
условие обратного смещения.

Вкл.
с другой стороны, собственный полупроводник — нелегированный
полупроводниковый материал. Следовательно, внутренняя область
не иметь носителей заряда для проведения электрического тока.

Менее
обеспечить регресс
условие смещения, основные носители заряда в области n и p
регион удаляется от стыка. В результате ширина
область истощения становится очень широкой. Поэтому большинство
носители не будут проводить электрический ток при обратном смещении
состояние.

Однако
неосновные носители будут переносить электрический ток, потому что они
испытывают силу отталкивания от внешнего электрического поля.

В
PIN-фотодиод, носители заряда, генерируемые при истощении
по региону проходит большая часть электрического тока. Носители заряда
генерируемые в области p или n, несут лишь небольшой
электрический ток.

Когда
к PIN-диоду прикладывается энергия света или фотона, большая часть
энергии наблюдается внутренней или обедненной областью
из-за большой ширины истощения.В результате большой
количество электронно-дырочных пар.

Бесплатно
электроны, генерируемые в собственной области, движутся в сторону
n-сторону, в то время как дыры, образованные во внутренней области, перемещаются
в сторону p. Свободные электроны и дырки переместились из одного
от региона к другому региону проводят электрический ток.

Когда
свободные электроны и дырки достигают n области и p области, они
привлечены к положительным и отрицательным клеммам
батарея.

численность населения
неосновных носителей в фотодиоде PIN очень велико по сравнению с
к фотодиоду PN перехода. Поэтому ПИН-фотодиод несут
больший ток неосновных носителей, чем у фотодиода с PN переходом.

Когда
на фотодиод PIN подается напряжение прямого смещения,
ведет себя как резистор.

ср
знайте, что емкость прямо пропорциональна размеру
электродов и обратно пропорционально расстоянию между
электроды.В фотодиоде с PIN-кодом действуют области p и n.
как электроды и внутренняя область действует как диэлектрик.

расстояние разделения между p областью и n областью в PIN
фотодиод очень большой из-за большой ширины обеднения.
Таким образом, PIN-фотодиод имеет низкую емкость по сравнению с
Фотодиод с PN переходом.

В
PIN-фотодиод, большая часть электрического тока проходит через
носители заряда, генерируемые в обедненной области. Заряд
носители, генерируемые в области p или n, несут лишь небольшой
электрический ток. Следовательно, увеличивая ширину истощения
область увеличивает электрический ток неосновных носителей.

Преимущества
из
PIN фотодиод

1. широкий
   полоса пропускания
2. Высокий квант
   эффективность
3. Высокая
   скорость отклика

Лавина
фотодиод

операция
лавинного фотодиода похож на PN переход и PIN
фотодиод, за исключением того, что прикладывается высокое обратное напряжение смещения
в случае лавинного фотодиода для схода лавины
умножение.

Применение
высоко
напряжение обратного смещения на лавинный фотодиод не будет
напрямую увеличивают генерацию носителей заряда. Однако,
он обеспечивает энергией электронно-дырочные пары, генерируемые
падающий свет.

Когда
на лавинный фотодиод подается световая энергия,
электронно-дырочные пары генерируются при обеднении.В
генерируемые электронно-дырочные пары испытывают силу из-за
электрическое поле обедненной области и внешнее электрическое поле.

В
лавинный фотодиод, очень высокое напряжение обратного смещения
большое количество энергии к неосновным носителям (электронно-дырочные
пары). Неосновные перевозчики, которые получают большое количество
энергия ускоряется до больших скоростей.

Когда свободные электроны
движущиеся на большой скорости сталкиваются с атомом, они сбивают
больше свободных электронов. Вновь образованные свободные электроны
снова ускоряется и сталкивается с другими атомами. Из-за
это непрерывное столкновение с атомами, большое количество
создаются неосновные носители. Таким образом, лавинные фотодиоды
генерирует большее количество носителей заряда, чем PN и PIN
фотодиоды.

Лавина
фотодиоды
используются в приложениях, где высокий коэффициент усиления важен
фактор.

Преимущества
из
лавинный фотодиод

1. Высокая
   чувствительность
2. Больше прирост

Недостатки
из
лавинный фотодиод

генерирует
высоко
уровень шума, чем у фотодиода PN

Фотодиод
операция
режимы

А
Фотодиод может работать в одном из двух режимов:
фотоэлектрический режим или фотопроводящий режим.

Эксплуатация
Режим
выбор фотодиода зависит от скорости
требования приложения и количество темнового тока
это терпимо.

Фотоэлектрические
режим

В
фотоэлектрический режим, фотодиод несмещен. В другом
словами, на фотодиод не подается внешнее напряжение.
фотоэлектрический режим.

В
фотоэлектрический
режим темновой ток очень низкий. Фотодиоды работали в
фотоэлектрический режим имеет низкую скорость отклика.

фотодиоды
работают в фотоэлектрическом режиме, обычно используются для низкой скорости
приложений или для обнаружения низкого уровня освещенности.

Фотопроводящий
режим

В
фотопроводящий
в режиме внешнего обратного смещения
фотодиод.

Применение
напряжение обратного смещения увеличивает ширину обедненной области
и уменьшает емкость перехода, что приводит к
повышенная скорость отклика. Обратное смещение также увеличивает
темное течение.

Фотодиоды
при работе в фотопроводящем режиме имеет высокий ток шума. Этот
возникает из-за обратного тока насыщения, протекающего через
фотодиод.

Темное течение

Темный
ток — это ток утечки, который протекает в фотодиоде в
отсутствие света. Темновой ток в фотодиоде
увеличивается при повышении температуры. Материал, используемый для
Построенный фотодиод также влияет на темновой ток.

разные
материалы, используемые для изготовления фотодиодов: кремний (Si),
Германий, (Ge), фосфид галлия (GaP), индий галлий
Арсенид (InGaAs), антимонид арсенида индия (InAsSb),
Арсенид индия-галлия (InGaAs), ртуть
Теллурид кадмия (MCT, HgCdTe).

Германий,
Антимонид арсенида индия, арсенид галлия индия и
Теллурид кадмия ртути генерирует большой темновой ток, потому что
они очень чувствительны к температуре.

скорость отклика кремния, фосфида галлия, индия галлия
Арсенид и арсенид галлия индия с расширенным диапазоном
высоко.

Производительность
параметры
фотодиода

Ответственность

Отзывчивость
является
отношение генерируемого фототока к падающему свету
сила.

Квантовая эффективность

Квантовая
эффективность
определяется как отношение количества электронно-дырочных пар
(фотоэлектроны) генерируются падающими фотонами.

Время отклика или
время в пути

время отклика фотодиода определяется как время, которое требуется
для световых носителей заряда, чтобы пересечь p-n переход.

Фотодиод
приложения

различные применения фотодиодов

1. Компакт-диск
   игроков
2. Дым
   детекторы
3. Космос
   приложения
4. Фотодиоды
   используются в медицинских приложениях, таких как вычисленные
   томография, инструменты для анализа проб и пульс
   оксиметры.
5. Фотодиоды
   используются для оптической связи.
6. Фотодиоды
   используются для измерения очень низкой интенсивности света.

Типы
диодов

различные типы диодов следующие:

1. стабилитрон
   диод
2. Лавинный диод
3. Фотодиод
4. Свет
   Излучающий диод
5. Лазер
   диод
6. Туннель
   диод
7. Шоттки
   диод
8. Варактор
   диод
9. П-Н
   переходной диод

Прибор для определения характеристик светодиодов, лазерных и фотодиодов

Заказы на закупку: Заказы на закупку принимаются в письменной форме, по факсу и электронной почте. Все заказы требуют немедленного письменного подтверждения.

Гарантия на продукцию: Наша гарантия на все наши механические компоненты и системы составляет ОДИН год с даты отгрузки. Ремонт или замена будут производиться бесплатно для продуктов с дефектами материалов и изготовления в течение этого периода. Гарантия на наши оптические компоненты составляет 30 дней с даты отгрузки. Неисправные элементы будут заменены бесплатно. Заказчик должен сообщить о любом дефекте оптических компонентов в течение 48 часов с момента получения.При замене по гарантии к возвращенным деталям требуется письменное заявление с авторизованной подписью с указанием причины отказа с приложением отчетов об испытаниях. Все дефектные товары должны быть возвращены в оригинальной транспортной таре в течение 10 дней с даты отгрузки.

Предложения: Все расценки действительны в течение 90 дней с даты выставления.

Оплата: 100% предоплата до отгрузки. Клиенты, осуществляющие платежи посредством международного банковского перевода, должны предоплатить все банковские сборы, включая все сборы, взимаемые банками-корреспондентами или посредниками.

Отгрузка и доставка: Стоимость доставки, таможенных пошлин и любых (если) сборов за посадку и т. Д. Будет дополнительной. Дата доставки является приблизительной, и мы не несем ответственности за несвоевременную или частичную доставку. мы можем отказать в любом заказе по любой причине. Элементы каталога обычно отправляются сразу со склада. В случае, если товара нет на складе, предполагаемая дата доставки указывается во время заказа. Большинство товаров могут быть отправлены в течение 45 дней.

Установка: Возможна установка нашего оборудования на месте за счет покупателя.

Технические характеристики: HOLMARC оставляет за собой право изменять, изменять или иным образом улучшать все элементы в спецификациях каталога без предварительного уведомления.

Налоги: Мы взимаем общий налог с продаж с поставок, если покупатель не предоставит нам подписанный официальный сертификат освобождения от уплаты налога с продаж вместе с заказом. Покупки, совершенные за пределами нашего региона, облагаются государственным или местным налогом с продаж / использования, если таковой имеется, и другими налогами, подлежащими уплате в связи с этой транзакцией.

Ремонт: Если у вашего устройства нет гарантии, но он нуждается в ремонте, пожалуйста, свяжитесь с нами и сообщите подробности о повреждении.

фотодиодов и других световых датчиков [Analog Devices Wiki]

Джеймс Брайант

Эта статья была написана, чтобы ответить на ряд вопросов, с которыми автор столкнулся, как инженер по аналоговым приложениям, относительно характеристик фотодатчиков и схем интерфейса фотодатчиков — как для приложений переменного, так и постоянного тока. За исключением того, что все они используют фотосенсоры и схемы их интерфейса, речь идет не о цифровой фотографии, спектрофотометрии, оптической сигнализации, системах безопасности, робототехнике или любой другой системе, зависящей от фотодатчиков — это просто интерфейс от оптического сигнала к электронному.В основном тексте обсуждается принцип работы большинства фотоэлементов в не слишком требовательных приложениях — в многочисленных сносках упоминаются эффекты второго и третьего порядка, которые иногда могут быть важны, но обычно их можно проверить, а затем проигнорировать.

Для целей этой статьи свет состоит из электромагнитного излучения видимого диапазона (длины волн приблизительно 400-800 нм), ближнего инфракрасного диапазона ^[1] (IR-A: 800-1400 нм или, возможно, немного больше) и ближнего ультрафиолетового диапазона. ^[1] (УФ-A: 320-400 нм или, опять же, возможно, немного больше) области.Не все датчики света реагируют на все длины волн в этом диапазоне, и при выборе одного из них важно знать, как его чувствительность зависит от длины волны.

В основном мы будем обсуждать фотодиоды, поскольку они являются самыми дешевыми датчиками света и, как правило, самыми простыми в использовании, но есть несколько других датчиков света, о которых инженеры-аналоговые инженеры должны знать.

Вакуумные фотоэлементы

Рис. 1A Фототрубка — первый фотосенсор

Первым таким датчиком была «фототрубка» или «фотоэлектрический элемент» (рис. 1A), который состоит из фоточувствительного катода в вакуумной (или, иногда, газовой) трубке, которая при освещении испускает электроны, которые движутся к положительно смещенному аноду, позволяя течь току, пропорциональному силе света.Простые вакуумные фотоэлементы сегодня используются редко, но фотоэлементы, которые используют вторичное излучение от нескольких электродов (динодов) со ступенчатыми потенциалами (рис. 1B) для умножения каждого электрона от фотокатода на величину до 160 дБ , являются важными фотодатчиками в ядерных и элементарных системах физика, астрономия, медицинская визуализация, сканирование кинофильмов, радиолокационные контрмеры и высококачественные сканеры изображений, известные как барабанные сканеры. Их сочетание высокого усиления, низкого уровня шума, очень быстрого отклика и большой площади светосбора в настоящее время не может сравниться ни с одной твердотельной схемой, а фотоумножители представляют собой применение технологии электронных ламп, которая все еще находится на переднем крае ценных электронных технологий.Технология также используется в приборах ночного видения.

Рис. 1B Фотоумножитель — упрощенная схема и реальное устройство

Фоторезисторы

Другой тип светового датчика использует изменение электрического сопротивления в зависимости от освещенности некоторых материалов (наиболее распространенными являются сульфид кадмия [CdS] и селенид / сульфид кадмия [Cd ₂ SeS]) для создания «фоторезисторов ^[2] » . До недавнего времени такие фоторезисторы были самой распространенной формой фотосенсоров, несмотря на их медленную реакцию на изменение светового потока, но комбинированное воздействие более низких цен на фотодиоды и юридических ограничений на использование кадмия из-за его токсичности ^[3] привело к сокращению их использования в последнее время. лет.

Рис 2 Недорогой фоторезистор CdS

Фоторезисторы по-прежнему широко используются в сочетании с переменным источником света (первоначально лампа накаливания — теперь почти всегда светодиод) в качестве изолированных переменных резисторов ^[4] — поскольку они являются резисторами, они не поляризованы (они могут быть подключены любым способом. ) и будет работать с переменным током.

Рис.3 Регулировка усиления фоторезистора

Фоторезисторы, использующие более экзотические материалы (сульфид свинца [PbS], антимонид индия [InSb] и германий, легированный медью), неоценимы и в настоящее время незаменимы в качестве фотоприемников в средней и дальней инфракрасной области.

Проводимость ^[5] фоторезистора пропорциональна интенсивности падающего на него света. Это означает, что ток в фоторезисторе с фиксированным напряжением на нем пропорционален падающему свету (постоянная пропорциональности будет зависеть от длины волны и температуры устройства — подробности см. В техническом паспорте ^[6] устройства) .

В дополнение к их фотоустойчивости существует также очень высокая (мегом или десятки мегомов) «утечка» или «темновое сопротивление» параллельно с ним, что позволяет протекать очень небольшому току, когда устройство не освещено.В некоторых устройствах CdS это темновое сопротивление может зависеть от того, освещалось ли устройство в течение последних нескольких часов или даже дней, что делает такие фоторезисторы непригодными для очень точных измерений, поскольку их утечка зависит от их недавней истории освещения.

Фотодиоды и фототранзисторы

Большая часть статьи касается фотодиодов. Полупроводниковый диод — это кристаллический кусок полупроводникового материала, содержащий p-n-переход с подключениями к P- и N-областям — его работа обсуждается в Приложении A.Все полупроводниковые диоды в некоторой степени являются фотодиодами, но некоторые из них намного более чувствительны, чем другие.

В целях упрощения анализа мы можем смоделировать фотодиод как идеальный (нефоточувствительный) диод, подключенный параллельно светозависимому источнику тока. Этот источник тока является довольно линейным — ток более или менее пропорционален падающему свету в диапазоне 1000: 1 или лучше — но диапазон длин волн, к которому он чувствителен, зависит от материала, из которого изготовлен диод.

(Его обратный ток утечки слишком мал, чтобы быть очевидным.)

Идеальный диод с обратным смещением (, т.е. , его анод отрицательный по отношению к катоду) действует как изолятор, но имеет небольшой температурно-зависимый ток утечки, в значительной степени не зависящий от напряжения обратного смещения ^[7] , которое удваивается с каждые 10 ° C повышение температуры устройства. Параллельно диоду имеется небольшая емкость, которая уменьшается по мере увеличения обратного смещения.

При прямом смещении (положительный анод) ток диода экспоненциально возрастает с увеличением напряжения (уравнения см. В Приложении A), но с практической точки зрения ток слишком мал, чтобы иметь значение, пока не будет достигнуто «пороговое» или «изломанное» напряжение. Это напряжение зависит от материала диода и может варьироваться от 200 мВ для кремниевых диодов Шоттки до примерно 4 В для синих светодиодов с использованием нитрида галлия — нормальные кремниевые диоды имеют пороговое значение около 700 мВ .Пороговое напряжение уменьшается с увеличением температуры устройства, а параллельная емкость диода с прямым смещением увеличивается с увеличением напряжения смещения.

Рис.5 Идеальный полупроводниковый фотодиод

Фотодиод с подсветкой содержит идеальный диод и источник тока, зависящий от света (и некоторую переменную емкость по напряжению). Фототок — это KL, где K — постоянная величина, зависящая от фотодиода и длины волны света, а L — интенсивность света (обратите внимание, что K является характеристикой конкретного фотодиода, а не k , что — постоянная Больцмана — 1.3806E-23 JK ^-1 ). Если фотодиод разомкнут или нагружен только с очень высоким сопротивлением, анод будет достаточно положительным, чтобы фототок протекал в диоде, а напряжение на фотодиоде будет пропорционально логарифму интенсивности света. Это поведение можно измерить, используя операционный усилитель электрометра с очень низким током смещения, такой как AD549 (I _b ~ 40 фА), но фотодиоды редко используются именно таким образом.

Существует два практических режима работы фотодиода — фотопроводящий режим и фотоэлектрический режим.

Рис.6 Фотодиод в фотопроводящем режиме

Если фотодиод смещен в обратном направлении, его ток будет суммой его утечки и фототока, а его емкость будет меньше, чем при прямом смещении, что удобно при измерении модулированного ВЧ света. Соответствующая схема предназначена для усиления этого тока. Это светопроводящий режим работы. (Можно усилить фототок несмещенного фотодиода, введя его в суммирующий переход операционного усилителя, но его емкость немного выше в этом «режиме фотоэлектрического тока».)

Мало того, что диоды светочувствительны — большинство транзисторов, которые, в конце концов, также содержат P-N переходы, также являются светочувствительными. Полвека назад электронным экспериментаторам-любителям было хорошо известно, что если удалить черную краску со стеклянного корпуса германиевого транзистора Mullard ^[8] OC71, он станет светочувствительным — фактически он будет иметь почти такие же характеристики, как и фототранзистор OCP71, который стоит в пять раз дороже! Мало кто покупал более дорогую деталь, пока в конце концов Маллард не изменил дизайн корпуса OC71, так что удаление краски по-прежнему не позволяло свету достигать структуры транзистора.

Фототранзистор — это транзистор, переход база-коллектор которого намеренно сделан более светочувствительным. Часто он не имеет подключения к внешней базе. Фототок диода протекает в цепи база-эмиттер и усиливается коэффициентом усиления транзистора по току ß. Таким образом, чувствительность фототранзистора в ß (~ 30-200) раз больше, чем у аналогичного диода. Однако времена переключения фототранзисторов с неподключенной базой медленные (типичные фототранзисторы имеют время нарастания и спада порядка 10-20 мкс, а самые быстрые — всего 500-1000 нс ).Они всегда используются в режиме фотопроводимости, описанном выше, и могут быть удобны, когда для работы реле требуется одно светочувствительное устройство. Если доступно соединение с базой, подключение резистора от базы к эмиттеру снижает светочувствительность и увеличивает порог включения, но улучшает время десатурации и, следовательно, ускоряет выключение транзистора.

Рис.8 Фотодиод, используемый в режиме (фотоэлектрической) напряжения

Если фотодиод зашунтирован с резистором, выбранным таким образом, чтобы при протекании максимального ожидаемого фототока ^[9] в нем напряжение было на 20% ниже порогового напряжения диода, схема будет иметь выходное напряжение, пропорциональное падающему свету. и выходной импеданс, равный величине резистора (шунтированного емкостью диода).В этой фотоэлектрической конфигурации соответствующая схема управляется напряжением.

Если мы зайдем на веб-сайты основных дистрибьюторов электронных компонентов, то обнаружим, что самые дешевые фотодиоды стоят около 15 центов и являются чувствительными к инфракрасному излучению (ИК) кремнием с пороговым напряжением около 700 мВ , тогда как самые дешевые светодиоды стоят менее 4 центов. и имеют порог в 2-5 раз больше. Эти недорогие светодиоды чувствительны к видимому свету и во многих случаях столь же чувствительны, как и специализированные фотоэлементы, когда используются как таковые.Конечно, специализированные фотодиоды охарактеризованы и испытаны на соответствие спецификациям фотодиодов и, вероятно, будут иметь более быстрое время отклика, чем светодиоды, но светодиоды нетрудно охарактеризовать, их можно выбрать по определенным спектральным характеристикам и часто они могут служить двойной цели в системе. , действующий как световой индикатор и измеритель внешней освещенности, или как оптический передатчик и приемник. Микроконтроллер ATMega328, используемый в Arduino (и ADuC7023 от Analog Devices и многие другие их аналоговые микроконтроллеры, включая их последние ^[10] ADuCM320), имеет некоторые порты, которые можно настроить как как цифровые входы / выходы, так и как аналоговые с очень высоким импедансом. входы цифрового преобразователя (АЦП).Светодиод и два резистора на таких портах позволяют одному выводу управлять индикатором и измерять внешнюю освещенность.

Светодиоды, используемые в качестве фотодиодов, нечувствительны к длинам волн, превышающих их собственную пиковую выходную длину волны. Конечно, если они заключены в цветной пластик, это повлияет на их реакцию, но светодиоды из прозрачного пластика ^[11] часто, но далеко не всегда (проверьте устройство, которое вы собираетесь использовать), имеют довольно широкий отклик на длины волн короче собственных ^[12] .Кремниевые фотодиоды более чувствительны в ближнем ИК-диапазоне до 1000 нм и менее чувствительны к видимым длинам волн ^[13] .

Одноцветные светодиоды представляют собой простые диоды и имеют более или менее монохроматический световой поток ^[14] и, конечно же, многоцветные светодиоды представляют собой просто массивы из двух или более одноцветных светодиодов. Белые светодиоды изготавливаются разными способами и довольно сложны. Большинство из них действуют как фотодиоды, но их характеристики, вероятно, также будут более сложными — это не означает, что они не могут использоваться в качестве фотодиодов, но предупреждение о том, что их спектральная чувствительность и их электронные характеристики могут нуждаться в тщательной проверке, когда делать это.Само собой разумеется, что сложные устройства, содержащие светодиоды и другие схемы ^[15] , непригодны для использования в качестве фотодиодов.

В Приложении B содержится краткое обсуждение методов измерения фотоэлементов, которые позволяют просто определить характеристики светодиода как фотодиода.

Лабораторная деятельность: светодиоды как датчики света

Приложения фотоэлементов

В этом разделе мы обсудим интерфейс между фотосенсором и связанной с ним электроникой.На самом деле существует всего два применения фотоэлементов — измерение света и прием модулированного света.

Когда мы измеряем свет, мы можем измерять его интенсивность или просто определять, присутствует ли он. Мы видели, что фотодиоды имеют фототок, а фоторезисторы имеют проводимость, пропорциональную падающему на них свету (в этом разделе мы не будем обсуждать изменение спектральной чувствительности). Если мы измеряем фототок (в случае фоторезистора с определенным напряжением смещения), мы можем измерить падающий свет.

Для фотометрии (люксметры, экспонометры, системы управления освещением с обратной связью и т. Д.) Мы, возможно, захотим сделать это точно, для многих приложений с фотоэлементами нам просто нужно знать, присутствует ли свет или нет — хотя почти всегда «присутствует» «На самом деле означает присутствие выше некоторого низкого уровня окружающей среды. Если свет, который мы обнаруживаем, является выходом светодиода, и может присутствовать другой свет, обычно лучше модулировать выход светодиода и различать модулированный свет и фоновое освещение.Мы обсудим это позже.

В классическом фотодетекторе используется фотоэлемент (фотодиод в токовом режиме или фоторезистор), включенный последовательно с резистором R _s и транзистором. Резистор выбирается таким образом, чтобы при достаточно большой интенсивности света транзистор включался или выключался.

Транзистор может быть биполярным переходным транзистором (BJT), транзистором Дарлингтона или полевым МОП-транзистором. В прошлом BJT часто использовались как более дешевые, чем MOSFET, но теперь это уже не так, и лучшим выбором на самом деле является MOSFET.Его выходом может быть реле или резистор с логическим выходом, взятым со стока / коллектора, или сток / коллектор с разомкнутой цепью, предназначенный для логического соединения «проводное ИЛИ». Можно использовать устройства N-канал / NPN или P-канал / PNP, но поскольку задействованная схема одинакова для обоих, за исключением обратной полярности, все примеры и расчеты в этой статье предполагают использование N-канальные / NPN устройства.

Достаточно сложно написать алгоритм для определения значения R _s , поэтому оно часто определяется экспериментально (или даже регулируется потенциометром в каждой отдельной системе!). Это потому, что обычно трудно предсказать интенсивность света на фотоэлементе в данной системе, и во многих случаях также трудно определить чувствительность фотоэлемента к фактическому цвету используемого света.

Пороговое напряжение, В, , _-й, , транзистора — это входное напряжение (затвор-исток или база-эмиттер), при котором его выход (сток или коллектор) начинает проводить. У разных производителей используются разные символы ( V _{gs (th)} , V _gs0 и т. Д.). Значения порогового тока для «начала проведения» будут варьироваться от устройства к устройству, но поскольку небольшие изменения входного напряжения в этой области вызывают большие изменения выходного тока, обычно для наших расчетов не имеет большого значения, какое значение порогового тока выбрано.

Биполярный транзистор включается, когда его напряжение база-эмиттер составляет около 700 мВ , биполярный транзистор Дарлингтона около 1300 мВ и малосигнальный МОП-транзистор обычно имеет В _th в диапазоне 900-2400 мВ (RTFDS ⁶⁾ Полевые МОП-транзисторы высокого напряжения могут иметь более высокие значения, но не часто используются в схемах фотоэлементов.

Рис.9 Классический фотодетектор — транзистор проводит при наличии света
(на схеме показаны возможные устройства, которые можно использовать)

В обычной схеме транзистор проводит в присутствии света, включает нагрузку реле или создает логический 0 на N-канальном / NPN стоке / коллекторе.Падение напряжения на R _s должно быть равно V _th , когда в нем протекает I _t (ток фотоэлемента на пороге переключения). С фотодиодом I _t более или менее не зависит от его напряжения смещения, поэтому

[1]

но с фоторезистором

[2]

или

[3]

где В _s — напряжение питания, а R _t — пороговое сопротивление (или G _t — пороговая проводимость) фоторезистора.Это дает значение R _s , определяемое уравнениями

[4]

или

[5]

Рис. 10 Классический инвертирующий фотодетектор — транзистор ведет себя при отсутствии света
(на схеме показаны возможные устройства, которые можно использовать)

В другом устройстве (инвертирующий фотодетектор) транзистор выключен при наличии света, отключая релейную нагрузку или создавая логическую 1 на N-канальном / NPN стоке / коллекторе.В этом случае падение напряжения на R _s должно быть равно ( V _s — V _th ) при протекании в нем I _t (ток фотоэлемента на пороге переключения). Опять же, уравнение фотодиода простое

[6]

но с фоторезистором

[7]

или

[8]

где В _s — напряжение питания, а R _t — пороговое сопротивление (или G _t — пороговая проводимость) фоторезистора.Это дает значение R _s , определяемое уравнениями

[9]

или

[10]

Фотодиод, работающий в фотоэлектрическом режиме, также будет действовать как фотодетектор. Его шунтирующий резистор R _s выбран так, что, когда в нем протекает I _t , напряжение равно В, , _-й, устройства, которым он управляет.

[11]

Очевидно, что материал фотодиода, выбранный для этого приложения, должен иметь пороговое напряжение проводимости, превышающее В, , _и .Обычно это означает, что фотодиод, используемый таким образом, не будет кремниевым устройством ^[16] .

Рис. 11 Фотодетектор с использованием фотодиода в фотоэлектрическом режиме
V _{th (фотодиод)} > V _{th (транзистор)}
(На схеме показаны возможные устройства, которые могут быть использованы — он не работает с фоторезистором.)

Если биполярное устройство — BJT или даже Дарлингтона — используется в любой из схем на рисунках 9-11, его минимальный базовый ток при полностью включенной нагрузке не должен превышать 20% от I _t .Если сопротивление нагрузки коллектора (резистор или реле) равно R _L , а напряжение питания В _с , ток коллектора будет В _с / R _L , а минимальный базовый ток I _{b (мин)} , В _с / ßR _L , где ß — текущий коэффициент усиления биполярного устройства. Так

и поэтому [12]

в противном случае базовый ток, необходимый для переключения биполярного устройства, может быть слишком большим для питания сети, образованной фотоэлементом и R _s .Если нагрузка представляет собой реле и невозможно использовать реле с достаточно большим R _L , биполярное устройство следует заменить на MOSFET. (Разумно предположить, что в наихудшем случае минимальное значение ß для простого BJT равно 30, а для слабосигнального Дарлингтона — 500.)

Проблема со всеми этими схемами заключается в том, что если значение освещенности близко к пороговому значению, транзистор действует как (достаточно) линейный усилитель и производит небольшие изменения выходного сигнала в ответ на электрический или оптический шум.Если в оптической части системы наблюдается большое изменение освещенности и нет задержек, близких к пороговому значению, это вряд ли будет проблемой, но в противном случае необходима другая схема.

В простейшей схеме используется логический вентиль входа триггера Шмитта. Это логические схемы с аналоговой положительной обратной связью на их входных каскадах, так что когда входное напряжение на логическом входе увеличивается с нуля, логический выход не изменяется до тех пор, пока на входе не будет (очень грубо) около 50-60% напряжения питания, когда выход меняет свое логическое состояние.Многие логические элементы имеют линейную область, где они действуют как усилители (плохого качества), но эти устройства очень быстро переключаются из одного состояния в другое, когда входной сигнал достигает порогового значения. Если теперь входной сигнал уменьшен, выход не изменится обратно, пока входной сигнал не уменьшится примерно на 30% от напряжения питания. (Обратите внимание, что эти значения довольно широко варьируются в зависимости от типов устройств, используемого напряжения питания и даже от устройства к устройству — эти устройства имеют отличный гистерезис, но не являются точными датчиками уровня.)

Рис. 12. Фотодетекторы с гистерезисом
(На этой схеме показаны возможные конфигурации входных устройств и дополнительный драйвер реле.)

Такие входные логические вентили Шмитта доступны с диапазонами питания от 2 В до 18 В (ни одна деталь не имеет такого широкого диапазона, но доступны детали, которые могут использоваться с любым источником питания от 3 В до 18 В. ). Они доступны в традиционных пакетах DIL и SOT с 4 или 6 затворами в упаковке (например, «серия 4000» 4093 и 40106) или в виде одиночных или двойных буферов или инверторов в крошечном корпусе SO-23 всего за 6 центов. в большом количестве (Toshiba TC4S584F и многие другие).

Диапазон пороговых напряжений для различных источников питания будет указан в листе технических данных и может использоваться в уравнениях [1] [4] [5] [6] [9] [10] и [11]] для расчета подходящих значений R _{. с} .

Эти ворота Шмитта недороги, удобны и просты в использовании, но не очень точны. Тем не менее, они достаточно точны для многих операций по определению порога освещенности и, вероятно, являются идеальным выбором для большинства приложений, не связанных с измерением освещенности.Мы могли бы заменить его на триггер Шмитта, построенный из дискретных компонентов, но это будет стоить дороже, потреблять больше компонентов и площади платы и почти наверняка потреблять больше энергии. Выход этих входных вентилей Шмитта представляет собой логический уровень (некоторые из них являются инверторами, некоторые — буферами — убедитесь, что вы знаете, что используете — тот, который показан на рис. 12, является неинвертирующим буфером). Если требуется срабатывание реле, запустите его с помощью полевого МОП-транзистора, подключенного к выходу Шмитта. Это также показано на рис. 12 в качестве опции.

Там, где нам нужна более высокая точность, необходим компаратор (или АЦП — см. Ниже). Компаратор — это устройство с двумя входами и логическим выходом ^[17] . Выход указует, какой из двух входов более положительная, чем другие, так что, если мы подключить фотоэлемент последовательно с сопротивлением по напряжению V _х и центрального кран на один вход компаратора и опорное напряжение ( V исх) к другому логика будет указывать достаточно точно или нет больше или меньше, чем опорное напряжение, напряжение сигнала в цепи фотоэлемента.При соответствующей калибровке это позволяет нам проводить точные сравнения освещенности. Компаратор также может управляться фотодиодом, работающим в фотоэлектрическом режиме.

Компараторы иногда имеют встроенный гистерезис и почти всегда могут иметь гистерезис, добавленный простой дополнительной схемой. На рис. 13 показано, как это делается с двумя резисторами (которые можно не использовать, если гистерезис не нужен). В статьях, упомянутых в сноске ^[17] , более подробно обсуждаются правильные номиналы резисторов и другие вопросы, касающиеся компараторов.

Рис.13 Точный фотодетектор с использованием компаратора
(на схеме показаны возможные конфигурации, которые могут быть использованы)

Уравнения, связывающие характеристики фотоэлементов, В _ref и R _s очень похожи на уравнения [1] — [10], за исключением того, что V _th становится опорным напряжением V _ref .

Лучший способ точно измерить диапазон выходных сигналов фотоэлементов — это использовать схему аналогового интерфейса, используя операционный усилитель или управляя подходящим аналого-цифровым преобразователем (АЦП) непосредственно с фотоэлемента.

Рис.14.Цепи фотодиодов с выходом напряжения

Выходы схем фотодиодов на рис. 14 представляют собой напряжения, пропорциональные падающему свету, которые могут усиливаться операционным усилителем или подаваться непосредственно на вход АЦП с достаточно большим Z _в , чтобы он не загружал схему управления. Это.

Рис.15 Цепи фоторезистора с выходным напряжением (нелинейные)

Выходные напряжения схем фоторезисторов на рис. 15, хотя и вполне предсказуемы, не просто пропорциональны падающему свету и требуют линеаризации — что является одной из причин, почему лучше использовать фотодиоды, чем фоторезисторы.

Рис.16 Упрощенная схема входа АЦП с коммутируемым конденсатором

Вход многих, если не большинства, АЦП содержит коммутируемые конденсаторы, которые потребляют токи высокой частоты (ВЧ). Поэтому на входе должен быть небольшой конденсатор для заземления в непосредственной близости от АЦП, чтобы гарантировать, что эти ВЧ-токи протекают на местную землю, а не на фотоэлемент, буферный усилитель или другое место в системе.

Рис.17 Разделение аналоговых входов АЦП

Прочтите техническое описание АЦП и любые примечания по применению, чтобы обсудить подходящие значения и их влияние на производительность АЦП и системы, в которой он используется.

Лучшим интерфейсом между фотодиодом и операционным усилителем является преобразователь тока в напряжение, который также работает с фоторезистором, при условии, что напряжение смещения фоторезистора поддерживается постоянным. Это показано на рис. 18.

Рис.18 Схема преобразователя ток-напряжение от фотоэлемента

Ток от фотоэлемента течет в суммирующий переход на инвертирующем входе операционного усилителя. Отрицательная обратная связь поддерживает одинаковое напряжение на инвертирующем и неинвертирующем входах, поэтому выходное напряжение на R _fb приводит к тому, что ток в нем равен току фотоэлемента.Очевидно, что для этой схемы требуется операционный усилитель с током смещения, намного меньшим, чем фототок, поэтому в таких схемах обычно используются операционные усилители с полевым транзистором.

Если мы хотим измерить фототок переменного тока, но не интересуемся постоянным током или случайно изменяющимся фототоком из-за окружающего света, есть два возможных метода. Самый простой — ограничить усиление усилителя на рис. 18, уменьшив R _fb , чтобы усилитель не был перегружен максимально возможным фототоком AC + DC, с которым, как ожидается, может столкнуться система.Затем переменная составляющая сигнала емкостно связана со вторым усилителем с коэффициентом усиления, достаточным для данного приложения.

Или мы можем подключить фотоэлемент последовательно с подходящей катушкой индуктивности, которая будет заземлять постоянную составляющую его сигнала. Затем мы подключаем сигнал переменного тока к усилителю. Если полоса пропускания сигнала мала, индуктор можно зашунтировать с помощью конденсатора, чтобы создать параллельную LC-цепь с подходящей добротностью, чтобы получить узкую полосу пропускания и высокое внутриполосное усиление. Если используется настроенная схема, она должна управлять усилителем напряжения с высоким входным сопротивлением, чтобы не ухудшать добротность.Этот усилитель не должен приводить в действие индуктивную нагрузку, иначе взаимодействие нагрузки и емкости обратной связи («Миллера») может вызвать нестабильность.

Рис.19.Нагрузка фотоэлемента с настроенной узкой схемой и усилителем переменного тока.

Если ненастроенная катушка индуктивности используется в качестве простого импеданса с высоким переменным током / низким постоянным током, изменения импеданса с частотой можно избежать, используя преобразователь переменного тока в напряжение (трансимпедансный усилитель), а не усилитель напряжения. Это эффективно замыкает катушку индуктивности на переменном токе (поэтому она не работает с настроенной схемой), поскольку переменный ток от фотоэлемента течет к виртуальной земле инвертирующего входа усилителя.

Рис.20 Индуктивная нагрузка фотоэлемента с преобразователем переменного тока в напряжение

Индукторы для приложений, показанных на рис. 19 и 20, должны быть выбраны так, чтобы они могли выдерживать максимальный ожидаемый фототок без насыщения — это маловероятно, но не следует упускать из виду.

Фотодетекторы, использующие источник модулированного сигнала, о котором я упоминал ранее в этой статье, могут обнаруживать модуляцию, используя одну из вышеупомянутых схем усилителя и своего рода частотный детектор.Если сигнал оцифрован, доступно множество программ для обнаружения тонов, но простая микросхема NE567 PLL , впервые произведенная почти сорок лет назад компанией Signetics и все еще доступная от ряда производителей (префиксы меняются, но 567 постоянен) это все, что нужно для этого приложения.

Рис.21 Тональный детектор для систем с модулированным лучом, использующий 567 PLL

Значения C1 и C2 на приведенной выше диаграмме зависят от частоты тонального сигнала, которую необходимо обнаружить.Для получения более подробной информации обратитесь к листу данных 567, но при входном переменном токе = 200 мВ среднеквадратичное значение частота тона F определяется параметром C1, а ширина полосы обнаружения — параметром C2. Уравнения следующие:

[13]

[14]

(BW рассчитывается как процент от F.)

Существует бесчисленное множество других применений фотосенсоров, но эта статья предназначена только для обсуждения их характеристик и способов их использования, а не для рассмотрения систем, в которых они используются.

Джеймс Брайант
Калшот — Англия
августа 2014 г.

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

ПРИЛОЖЕНИЕ A — Полупроводниковые диоды

В полупроводниковом P-N-переходе подвижные электроны (электроны зоны проводимости) из N-области диффундируют в P-область и «рекомбинируют» с дырками там, в результате чего область вокруг перехода обедняется носителями заряда и, по сути, изолятором.Этот процесс ограничен, поскольку положительные ионы-доноры в области N (оставленные диффундирующими электронами) и отрицательные ионы-акцепторы в области P (образующиеся при заполнении дырок) создают электрическое поле в зоне обеднения, которое предотвращает дальнейшее распространение электронов. диффузия. При комнатной температуре потенциал, вызванный этим механизмом, составляет примерно 700 мВ для простых кремниевых переходов, 300 мВ для германиевых диодов, 200 мВ для кремниевых диодов Шоттки и между 1.8 V (ИК и красный) и 4 V (синий и УФ) для светодиодов разных цветов.

Если отрицательное внешнее напряжение смещения (часто называемое обратным смещением , ) прикладывается к области P, оно усиливает зону обеднения, которая остается изолятором, но положительное напряжение смещения ( прямое смещение ) позволяет продолжаться рекомбинации и течет ток. на стыке. Уравнение ^[19] , связывающее этот ток ( I ) с напряжением смещения ( В, ), имеет вид

[15]

где I _s — это «ток шкалы» или «ток насыщения обратного смещения», k — постоянная Больцмана (1.3806E-23 JK ^-1 ), T — абсолютная температура, q — заряд электрона (-1,602E-19 C).

это не единственный член в уравнении, который зависит от температуры — ток шкалы, I _s , также удваивается при повышении температуры на 10 ° C.

При отрицательном (обратном) смещении (, т. Е. — V положительное, а заряд электрона отрицательный, поэтому показатель степени большой и отрицательный) экспоненциальный член очень мал и.Однако обратный ток большинства диодов на самом деле намного больше, чем ток шкалы из-за производственных дефектов в PN-переходе, поэтому уравнение не очень точное для реальных диодов и обратного смещения — тем не менее, полный обратный ток обычно ведет себя примерно так же как ток шкалы в том смысле, что он практически постоянен с напряжением смещения и удваивается на каждые 10 ° C повышения температуры. (Конечно, если обратное смещение приближается к напряжению пробоя диода или превышает его, его поведение становится намного более сложным — мы не будем обсуждать такое поведение в этой статье.)

Поскольку показатель степени намного больше единицы, уравнение для прямого тока можно упростить до

[16]

Таким образом, прямой ток экспоненциально связан с прямым напряжением — довольно небольшие изменения напряжения вызывают большие изменения тока. На практике это означает, что падение напряжения на обычном небольшом диоде или светодиоде при рабочих токах от 50 мкА до 20 мА будет увеличиваться с увеличением тока, но останется достаточно близким к потенциалу в зоне истощения, как упоминалось выше, i.е. 700 мВ для простых кремниевых переходов, 300 мВ для германиевых диодов, 200 мВ для кремниевых диодов Шоттки и между 1,8 В (ИК и красный) и 4 В (синий и УФ) для светодиодов разных цветов. При высоких токах, конечно, омическое сопротивление полупроводника и его соединений увеличивает ожидаемое для данного тока напряжение выше, чем предсказывается уравнением.

ПРИЛОЖЕНИЕ B — Измерительные фотодиоды

Основной принцип измерения характеристик фотодиода состоит в том, чтобы подвергнуть его воздействию света известной интенсивности на нескольких разных длинах волн, измерить фототок на каждой длине волны и построить кривую отклика.Это легко сделать, если у вас есть доступ к дорогостоящему спектрофотометру, но в противном случае получить точно настраиваемый источник света довольно сложно.

Но некоторые фотоэлементы достаточно хорошо охарактеризованы, и можно сравнить отклик неизвестного фотоэлемента с откликом хорошо охарактеризованного на те же источники света. Это дешево и легко получить светодиоды высокой интенсивности различных цветов от УФ до ИК, и в технических паспортах некоторых производителей очень хорошо описаны спектры их светодиодов.Если мы получим хорошо охарактеризованный (с точки зрения спектрального изменения чувствительности, не обязательно абсолютной чувствительности) фотоэлемент, охватывающий интересующий нас диапазон длин волн, и выберем шесть или семь 5-миллиметровых светодиодов с пиковыми длинами волн, достаточно равномерно распределенными в этом диапазоне, мы может выполнить довольно хороший спектральный анализ и анализ чувствительности характеристик неизвестного фотодиода, сравнив его отклик с откликом фотодиода с известными характеристиками в стандартных условиях.

Если калибровочный и проверенный фотоэлементы также находятся в 5-миллиметровой упаковке, это легко сделать: просверлите 5-миллиметровое отверстие в небольшом куске черного дерева, черного АБС, блока из углеродного волокна или другого темного материала.Вставьте по очереди светодиоды с одного конца и фотоэлементы с другого и сравните. Если ваш тестируемый фотодиод имеет другой диаметр, попробуйте найти калибровочный фотодиод того же диаметра и просверлите отверстие подходящего диаметра глубиной 10 мм в коаксиальное отверстие для светодиода глубиной 10 мм и 5 мм.

Рис.22 Испытательные стенды для использования светодиодов для измерений фотоэлементов

Помимо измерения спектральной чувствительности, может быть целесообразно измерить ток утечки, пороговое напряжение и, возможно, скорость переключения.Все это можно сделать с помощью цифрового вольтметра среднего диапазона, генератора быстрых импульсов, светодиода с быстрым временем переключения и осциллографа с частотой 100 МГц. Процедуры оставлены в качестве упражнения для студента.

[1] Международная комиссия по освещению (CIE) рекомендует разделить инфракрасное и ультрафиолетовое излучение на следующие шесть диапазонов:
Инфракрасное
• IR-A: 700 нм — 1400 нм (215 ТГц — 430 ТГц)
• ИК -B: 1400 нм — 3000 нм (100 ТГц — 215 ТГц)
• IR-C: 3000 нм — 1 мм (300 ГГц — 100 ТГц)
Ультрафиолетовый
• УФ-A: 315 нм — 400 нм (750 ТГц — 950 ТГц)
(Подразделяется на УФ-A1 (315–340 нм) и УФ-A2 (340–400 нм)
• УФ-B: 280– 315 нм (950–1070 ТГц)
• УФ-C: 100 нм — 280 нм (1070 ТГц — 3000 ТГц)

[2] Характеристики фоторезисторов подробно обсуждаются на веб-сайте Selco Products по адресу
http: // www.selcoproducts.com/pdfs/CdS-Photocells%20Catalog.pdf

[3] Существует ряд фотоэлементов CdS и Cd2SeS, совместимых с ROHS, но многие старые типы не соответствуют требованиям.

[4] Такое же устройство когда-то использовалось и для цифровых изоляторов, но сегодня они почти всегда используют фотодиоды или фототранзисторы.

[5] Электропроводность проводника — это легкость, с которой электрический ток проходит через этот проводник. (Обычной) обратной величиной является его сопротивление — сопротивление прохождению электрического тока.Официальная единица измерения проводимости в системе СИ — Сименс (S), но старое название «mho» и символ (Ʊ) все еще довольно широко используются, потому что старый символ с меньшей вероятностью будет перепутан с символом на секунду (ы). . Единицей измерения сопротивления является ом (Ом). Соотношения между напряжением ( В, ), током (I), сопротивлением (R) и проводимостью (G) следующие: —

[6] Прочтите Friendly Data Sheet (RTFDS). RAQ по этой теме можно найти по адресу
http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/RAQ_caveat.pdf
и более длинные обсуждения на
http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_datasheet.html
http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_mpestions/moreInfo_raq_raq_. html
http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_opampbiasCurrents.html
http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_dcS

[7] Иногда параллельно с источниками тока имеется очень высокое сопротивление, так что утечка незначительно изменяется в зависимости от приложенного напряжения, но эффект обычно незначителен.

[8] Mullard была компанией, производящей термоэмиссионные клапаны («трубки») в Англии в 1920-х годах. Она стала частью Philips в 1927 году, но продолжала использовать торговую марку Mullard для своих ламп и (с 1950-х годов) полупроводников до 1980-х годов.

[9] Или, при некоторых обстоятельствах, максимально желаемый — , то есть , максимально возможный свет иногда (довольно часто) может быть больше, чем нам нужно для измерения, поэтому проводимость диода при высоких уровнях освещения не важна.

[10] Август 2014 г.

[11] Пластик, который кажется прозрачным для глаза, не может пропускать волны вне видимого спектра (УФ или ИК).Если это имеет значение для вашего приложения, прочтите лист данных (или, при необходимости, проведите простой эксперимент или два), чтобы узнать, так ли это.

[12] Я провел несколько онлайн-исследований по этому поводу и получил противоречивые «факты». Кажется, нет никаких сомнений в том, что некоторые светодиоды имеют довольно широкую спектральную чувствительность в качестве фотодиода, а другие чувствительны в довольно узком диапазоне (не по гауссову — есть довольно резкий переход на более низких частотах (более длинная длина волны) и более постепенный спад при длина волны уменьшается).Я подозреваю, что современные светодиоды высокой яркости имеют более широкую полосу пропускания, но имеют лишь несколько домашних измерений, подтверждающих эту гипотезу.

Я намереваюсь провести больше измерений и изменю эту сноску, когда сделаю это. Пожалуйста, напишите мне [A], если вы устали ждать, или [B], если у вас есть хорошие измерения спектральной характеристики одного или нескольких типов светодиодов.

[13] В RAQ 45 «Стеклянные диоды могут видеть свет и шум» упоминается светочувствительность небольших стеклянных кремниевых диодов, таких как 1N914 / 1N4148.При ярком солнечном свете они имеют фототок порядка 10 нА, но при освещении ближайшей (30 см / 1 фут) лампой накаливания мощностью 60 Вт фототок составляет около 30 нА, а примерно 2 нА среднеквадратичное значение 100 Гц рябь на нем, тем самым демонстрируя их большую чувствительность в ближнем инфракрасном диапазоне и примерно 100 Гц модуляцию света лампы накаливания мощностью 60 Вт.

[14] Выходной спектр простого светодиода представляет собой не одну узкую линию, как спектральные линии в газовом разряде, а довольно широкую (но все же относительно узкую — ширину полосы в несколько процентов от пика) полосу длин волн с гауссовым распределением вокруг номинальная пиковая длина волны.

[15] Простой интегральный последовательный резистор в светодиоде не влияет на его использование в качестве фотодиода, в отличие от большинства других встроенных схем. Сюда входят ограничители тока с активными устройствами, диодные мосты, встроенные диммеры и мигалки.

[16] Кремниевый фотодиод с порогом 700, мВ, , используемый таким образом, может управлять МОП-транзистором с исключительно низким порогом или входным затвором Шмитта, используя очень низкое напряжение питания.

[17] Характеристики компаратора обсуждаются в статье, прилагаемой к RAQ 11 «Компараторы и операционные усилители — они могут никогда не встретиться» (или хороший совет от г.Punch) «
http://www.analog.com/en/all-operational-amplifiers-op-amps/operational-amplifiers-op-amps/product/raq_jbryant_comparators_opamps_may_issue11/resources/faq.html?display=popup.
Статья находится по адресу
http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/op-AmpsAsComparatorsv1.ppt.
В качестве компаратора можно использовать операционный усилитель, но есть проблемы, которые также обсуждаются в этой статье. Несмотря на то, что он написан для обсуждения конкретной проблемы приложения, это полезная краткая справочная информация о свойствах и использовании компараторов.

[18] Считайте RAQ 22 на входах АЦП.
http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/RAQ_highfrequency.pdf

[19] Это уравнение часто записывается относительно смещения в области N, и в этом случае полярность V меняется на противоположную, и уравнение принимает вид

университет / курсы / электроника / текст / световые датчики-photodiodes.txt · Последнее изменение: 09 августа 2014 г., 16:37, автор: dmercer

Что такое фотодиод? Определение, принцип, конструкция, работа, характеристики, преимущества, недостатки и применение фотодиода

Определение : специальный тип устройства с PN-переходом, который генерирует ток при воздействии света, известен как фотодиод.Он также известен как фотодетектор или фотосенсор. Он работает в режиме обратного смещения, и преобразует световую энергию в электрическую энергию .

На рисунке ниже показано символическое изображение фотодиода:

Принцип фотодиода

Работает по принципу Фотоэлектрический эффект .

Принцип работы фотодиода таков, что когда светится переход этого двухконтактного полупроводникового прибора, через него начинает течь электрический ток.Только неосновной ток течет через устройство, когда к нему приложен определенный обратный потенциал.

Конструкция фотодиода

На рисунке ниже показаны детали конструкции фотодиода:

PN-переход устройства помещен в стеклянный материал. Это делается для того, чтобы световая энергия могла проходить через него. Поскольку излучению подвергается только переход, другая часть стеклянного материала окрашивается в черный цвет или металлизируется.

Весь блок имеет очень маленькие размеры около 2,5 мм .

Примечательно, что ток, протекающий через устройство, составляет мкА и измеряется амперметром.

Режимы работы фотодиода

Фотодиод в основном работает в двух режимах:

• Фотоэлектрический режим : Он также известен как режим с нулевым смещением, поскольку на устройство не подается внешний обратный потенциал. Однако поток неосновного носителя будет иметь место, когда устройство подвергнется воздействию света.
• Режим фотопроводимости : Когда к устройству прикладывается определенный обратный потенциал, оно ведет себя как фотопроводящее устройство. Здесь видно увеличение ширины обеднения с соответствующим изменением обратного напряжения.

Давайте теперь разберемся с подробным устройством схемы и работой фотодиода.

Работа фотодиода

В фотодиоде через устройство протекает очень небольшой обратный ток, называемый темновым током .Он называется так, потому что этот ток полностью является результатом потока неосновных носителей заряда и, таким образом, течет, когда устройство не подвергается воздействию излучения.

Электроны на стороне p и дырки на стороне n являются неосновными носителями. Когда прикладывается определенное напряжение с обратным смещением, а затем неосновная несущая, дырки с n-стороны испытывают силу отталкивания от положительного потенциала батареи.

Точно так же электроны, присутствующие на стороне p, испытывают отталкивание от отрицательного потенциала батареи.Из-за этого движения электрон и дырка рекомбинируют на стыке, в результате чего образуется обедненная область на стыке.

Из-за этого движения через устройство протекает очень небольшой обратный ток, известный как темновой ток.

Комбинация электрона и дырки на стыке порождает нейтральный атом при обеднении. Из-за чего любое дальнейшее прохождение тока ограничено.

Теперь место соединения устройства освещено светом. Когда свет падает на поверхность перехода, температура соединения увеличивается.В результате электрон и дырка отделяются друг от друга.

Когда они разделены, электроны со стороны n притягиваются к положительному потенциалу батареи. Точно так же отверстия на стороне p притягиваются к отрицательному потенциалу батареи.

Это движение вызывает сильный обратный ток через устройство.

С увеличением интенсивности света генерируется больше носителей заряда, которые проходят через устройство. Таким образом, через устройство вырабатывается большой электрический ток.

Этот ток затем используется для управления другими цепями системы.

Итак, мы можем сказать, что интенсивность световой энергии прямо пропорциональна току, протекающему через устройство.

Только положительный смещенный потенциал может отключить устройство от тока в случае фотодиода.

Характеристики фотодиода

На рисунке ниже показана характеристика VI фотодиода:

Здесь вертикальная линия представляет обратный ток, протекающий через устройство, а горизонтальная линия представляет потенциал обратного смещения.

Первая кривая представляет темновой ток, который генерируется неосновными носителями заряда в отсутствие света.

Как мы можем видеть на приведенном выше рисунке, все кривые показывают почти равные промежутки между ними. Это потому, что ток пропорционально увеличивается со световым потоком.

На рисунке ниже показана кривая тока в зависимости от освещенности:

Здесь следует отметить, что обратный ток не показывает значительного увеличения с увеличением обратного потенциала.

Преимущества фотодиода

• Быстро реагирует на свет.

Фотодиод

• обеспечивает высокую скорость работы.
• Обеспечивает линейный отклик.
• Это недорогое устройство.

Недостатки фотодиода

• Это температурно-зависимое устройство. И показывает плохую температурную стабильность.
• При слабом освещении необходимо усиление.

Применение фотодиода

1. Фотодиоды широко используются в счетчиках и схемах переключения.

Фотодиоды

2. широко используются в системах оптической связи.
3. В логических схемах и энкодерах также используется фотодиод.
4. Широко используется в системах охранной сигнализации. В таких системах сигнализации до тех пор, пока не будет прекращено воздействие радиации, течет ток. Поскольку световая энергия не попадает на устройство, оно подает сигнал тревоги.

Нормальный обратный ток обычного фотодиода составляет десятки микроампер.

Как работает диод и светодиод? | ОРЕЛ

С возвращением, капитаны компонентов! Сегодня пришло время повысить уровень своих знаний и перейти от простых пассивных компонентов к области полупроводниковых компонентов. Эти детали оживают, когда соединяются в цепь, и могут управлять электричеством разными способами! Вы будете работать с двумя полупроводниковыми компонентами: диодом и транзистором.Сегодня мы поговорим о диоде, пресловутом уродливом способе управления, который позволяет электричеству течь только в одном направлении! Если вы видели светодиод в действии, значит, вы уже далеко впереди, давайте приступим.

Управляйте потоком

Диод хорошо известен своей способностью контролировать прохождение электрического тока в цепи. В отличие от пассивных компонентов, которые бездействуют, сопротивляясь или накапливая, диоды активно задействуют приливы и отливы тока, протекающего по нашим устройствам.Есть два способа описать, как ток будет или не течь через диод, и они включают:

• С опережением. Если вы правильно вставите батарею в цепь, ток будет проходить через диод; это называется состоянием с прямым смещением.
• Обратно-смещенный. Когда вам удается вставить батарею в цепь в обратном направлении, ваш диод блокирует прохождение любого тока, и это называется состоянием с обратным смещением.

Простой способ визуализировать разницу между состояниями прямого и обратного смещения диода в простой схеме

Хотя эти два термина могут показаться слишком сложными, представьте диод как переключатель.Он либо закрыт (включен) и пропускает ток через него, либо открыт (выключен), и ток не может течь через него.

Полярность диодов и символы

Диоды — это поляризованные компоненты, что означает, что они имеют очень специфическую ориентацию, и для правильной работы их необходимо подключить в цепь. На физическом диоде вы заметите две клеммы, выходящие из формы жестяной банки посередине. Одна сторона — это положительный вывод, который называется анодом . Другой вывод — это отрицательный конец, называемый катодом . Возвращаясь к нашему потоку электричества, ток может течь только в диоде от анода к катоду, а не наоборот.

Вы можете определить катодную сторону физического диода, посмотрев на серебряную полоску рядом с одним из выводов. (Источник изображения)

Вы можете легко обнаружить диод на схеме, просто найдите большую стрелку с линией, проходящей через нее, как показано ниже. У некоторых диодов и анод, и катод помечены как положительный и отрицательный, но простой способ запомнить, в каком направлении течет ток в диоде, — это следовать направлению стрелки.

Стрелка на символе диода указывает направление протекания тока.

В наши дни большинство диодов изготовлено из двух самых популярных полупроводниковых материалов в электронике — кремния или германия. Но если вы знаете что-нибудь о полупроводниках, то знаете, что в своем естественном состоянии ни один из этих элементов не проводит электричество. Так как же заставить электричество проходить через кремний или германий? С помощью небольшого волшебного трюка под названием допинг.

Легирование полупроводников

Странные полупроводниковые элементы.Возьмем, к примеру, кремний. Днем это изолятор, но если вы добавите в него примеси с помощью процесса, называемого допингом, вы придадите ему магическую силу проводить электричество ночью.

Благодаря своим двойным свойствам как изолятор, так и проводник, полупроводники нашли свою идеальную нишу в компонентах, которые должны контролировать прохождение электрического тока в виде диодов и транзисторов. Вот как работает процесс легирования в типичном куске кремния.

• Вырасти.Во-первых, кремний выращивают в строго контролируемой лабораторной среде. Это называется чистой комнатой, то есть в ней нет пыли и других загрязнений.
• Допинг отрицательно. Теперь, когда кремний вырос, пришло время легировать его. Этот процесс может происходить одним из двух способов. Первый — это легирование кремния сурьмой, которая дает ему несколько дополнительных электронов и позволяет кремнию проводить электричество. Он называется кремнием n-типа или кремнием отрицательного типа, потому что в нем больше отрицательных электронов, чем обычно.
• Допинг положительно. Силикон можно легировать и наоборот. Добавляя бор к кремнию, он удаляет электроны из атома кремния, оставляя группу пустых дырок там, где должны быть электроны. Это кремний p-типа или положительного типа.
• Объедините . Теперь, когда ваши кусочки кремния легированы как положительно, так и отрицательно, вы можете соединить их вместе. Соединяя кремний n-типа и p-типа вместе, вы создаете так называемое соединение.

Именно на этом перекрестке, который можно представить как некую нейтральную зону, происходит вся магия диода.Допустим, вы соединяете кремний n-типа и p-типа, а затем подключаете батарею, создавая цепь. Что случится?

В этом случае отрицательная клемма подключена к кремнию n-типа, а положительная клемма подключена к кремнию p-типа. А между двумя кусками кремния — нейтральная зона? Что ж, он начинает сжиматься, и начинает течь электрический ток! Это прямое смещение диода, о котором мы говорили в начале.

Правильное подключение батареи к кремнию n-типа и p-типа позволяет току течь через переход.(Источник изображения)

Теперь предположим, что вы подключаете батарею наоборот: отрицательная клемма подключена к кремнию p-типа, а положительная клемма — к кремнию n-типа. Здесь происходит то, что нейтральная зона между двумя кусками кремния становится шире, и ток вообще не течет. Это состояние с обратным смещением, которое может принять диод.

Подключите батарею в непреднамеренном направлении, и ваш диод не позволит току течь между n-типом и p-типом.(Источник изображения)

Прямое напряжение и пробои

Когда вы работаете с диодами, вы поймете, что для того, чтобы один пропускал ток, требуется очень определенное количество положительного напряжения. Напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (VF). Вы также можете увидеть это как напряжение включения или напряжение включения.

Что определяет это прямое напряжение? Полупроводник , материал и типа . Вот как он распадается:

• Кремниевые диоды.Для использования кремниевого диода потребуется прямое напряжение от 0,6 до 1 В.
• Германиевые диоды. Для использования диода на основе германия потребуется более низкое прямое напряжение около 0,3 В.
• Другие диоды. Специализированные диоды, такие как светодиоды, требуют более высокого прямого напряжения, тогда как диоды Шоттки (см. Ниже) требуют более низкого прямого напряжения. Лучше всего свериться с таблицей данных для вашего конкретного диода, чтобы определить его номинальное прямое напряжение.

Я знаю, что все это время мы говорили о диодах, позволяющих току течь только в одном направлении, но это правило можно нарушить.Если вы подадите на диод огромное отрицательное напряжение, то вы действительно сможете изменить направление его тока! Конкретная величина напряжения, которая вызывает этот обратный поток, называется напряжением пробоя . Для обычных диодов напряжение пробоя находится в диапазоне от -50 В до -100 В. Некоторые специализированные диоды даже предназначены для работы при этом отрицательном напряжении пробоя, о котором мы поговорим позже.

Семейство диодов — наконец вместе

Существует множество диодов, каждый из которых имеет свои собственные особенности.И хотя у каждого из них есть общая основа ограничения потока тока, вы можете использовать эту общую основу для создания множества различных применений. Давайте посмотрим на каждого члена семейства диодов!

Стандартные диоды

Ваш средний диод. Стандартные диоды имеют умеренные требования к напряжению и низкий максимальный ток.

Стандартный диод для повседневного использования, доступный в компании Digi-Key. Обратите внимание на серебряную полоску, которая отмечает катодный конец. (Источник изображения)

Выпрямительные диоды

Это более мощные родственники стандартных диодов, они имеют более высокий максимальный ток и прямое напряжение.В основном они используются в источниках питания.

Более мощные собратья стандартного диода, разница состоит в большем номинальном токе и прямом напряжении.

Диоды Шоттки

Это необычный родственник семейства диодов. Диод Шоттки пригодится, когда вам нужно ограничить величину потери напряжения в вашей цепи. Вы можете идентифицировать диод Шоттки на схеме, посмотрев на свой типичный символ диода с добавлением двух новых изгибов (S-образной формы) на катодном выводе.

Найдите изгибы на катодном конце диода, чтобы быстро определить, что это изгибы Шоттки.

Стабилитроны

Стабилитроны — это черная овца в семействе диодов. Эти парни используются для того, чтобы посылать электрический ток в обратном направлении! Они делают это, используя напряжение пробоя, которое мы обсуждали выше, также называемое пробоем Зенера. Воспользовавшись этой возможностью пробоя, диоды Зенера велики на создание стабильного опорного напряжения в определенном месте в цепи.

Стабилитрон разительно отличается от остальных диодов семейства и может передавать ток от катода к аноду. (Источник изображения)

Фотодиоды

Фотодиоды — это непокорные подростки из семейства диодных. Вместо того, чтобы просто пропускать ток через цепь, фотодиоды улавливают энергию источника света и превращают ее в электрический ток. Вы найдете их для использования в солнечных панелях, а также в оптических коммуникациях.

Фотодиоды принимают все это, улавливая энергию света и превращая ее в электрический ток.(Источник изображения)

Светодиоды (светодиоды)

Яркие звезды семейства диодов. Как и стандартные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении, но с изгибом! При подаче правильного прямого напряжения эти светодиоды загораются яркими цветами. Но вот загвоздка: светодиоды определенного цвета требуют разного прямого напряжения. Например, для синего светодиода требуется прямое напряжение 3,3 В, а для красного светодиода требуется только 2,2 В.

Что делает эти светодиоды настолько популярными?

• КПД .Светодиоды излучают свет с помощью электроники, не выделяя тонны тепла, как традиционные лампы накаливания. Это позволяет им экономить тонну энергии.
• Контроль. Светодиодами также очень легко управлять в электронной схеме. Пока перед ними установлен резистор, они обязательно будут работать!
• Недорого. Светодиоды также очень недорогие и долговечные. Вот почему они так часто используются в светофорах, дисплеях и инфракрасных сигналах.

Светодиоды бывают разных форм и цветов, для каждого из которых требуется разное прямое напряжение! (Источник изображения)

Наиболее распространенное применение диодов

Поскольку диоды бывают самых разных форм, размеров и конфигураций, их использование в наших электронных схемах столь же богато! Вот лишь несколько примеров использования диодов:

Преобразование переменного тока в постоянный

Процесс преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) может выполняться только диодами! Этот процесс выпрямления (преобразования) тока позволяет вам подключить всю вашу повседневную электронику постоянного тока к розетке переменного тока в вашем доме.Есть два типа приложений преобразования, в которых играет свою роль диод:

• Полуволновое выпрямление. Для этого преобразования требуется только один диод. Если вы отправляете сигнал переменного тока в цепь, то ваш единственный диод отсекает отрицательную часть сигнала, оставляя только положительный вход в виде волны постоянного тока.

  Одиночный диод в цепи однополупериодного выпрямителя, отсекающий отрицательный конец сигнала переменного тока. (Источник изображения)

• Полноволновое мостовое выпрямление .В этом процессе преобразования используются четыре диода. И вместо того, чтобы просто отсекать отрицательную часть сигнала переменного тока, такую ​​как полуволновой выпрямитель, этот процесс фактически преобразует все отрицательные волны в сигнале переменного тока в положительные волны для сигнала готовности постоянного тока.

  Двухполупериодный мостовой выпрямитель делает еще один шаг вперед, преобразуя весь положительный и отрицательный сигнал переменного тока в постоянный. (Источник изображения)

Пики напряжения управления

Вы также найдете диоды, которые используются в приложениях, где могут произойти неожиданные скачки напряжения.Диоды в этих приложениях могут ограничить любое повреждение, которое может произойти с устройством, поглощая любое избыточное напряжение, которое попадает в диапазон напряжения пробоя диода.

Защита вашего тока

Наконец, вы также найдете диоды, которые используются для защиты чувствительных цепей. Если вы хоть раз разбили аккумулятор неправильно и ничего не взорвалось, то можете поблагодарить за это свой дружелюбный диод. Размещение диода последовательно с положительной стороной источника питания гарантирует, что ток течет только в правильном направлении.

Пора освободиться

Вот и все, контрольный диод и все его сумасшедшие члены семьи! У диодов есть масса применений, от питания ярких светодиодных ламп до преобразования переменного тока в постоянный. Но почему, несмотря на все эти удивительные применения, диод не получил такой же популярности, как транзистор или интегральная схема? Мы думаем, что дело в том, что на кухне слишком много поваров. Первый диод был открыт почти 150 лет назад, и с тех пор сотни инженеров и ученых приложили свои усилия, чтобы улучшить это открытие.