Mikä on valodiodi? (Osa 1)

Valodiodion puolijohdelaite, joka muuntaa valon virraksi, ja p (positiivinen) ja n (negatiivinen) kerroksen välissä on sisäinen kerros. Valodiodi vastaanottaa valoenergiaa sähkövirran tuottamiseksi. Valodiodit tunnetaan myös valoilmaisimina, valosähköisinä antureina tai valoilmaisimina.

Valodiodi toimii käänteisessä bias-olosuhteissa, eli valodiodin P-puoli on kytketty akun negatiiviseen elektrodiin (tai virtalähteeseen) ja N-puoli akun positiiviseen elektrodiin. Tyypillisiä valodiodimateriaaleja ovat pii, germanium, indiumgalliumarsenidifosfidi ja indiumgalliumarsenidi.

Valodiodin sisällä on valosuodatin, sisäänrakennettu linssi ja pinta-ala. Kun valodiodin pinta-alaa kasvatetaan, vasteaika lyhenee. Hyvin harvat valodiodit näyttävät valodiodeista (LED). Siinä on kaksi liitintä, kuten alla näkyy. Pienempi liitin toimii katodina ja pidempi liitin toimii anodina.

Valodiodin symboli on samanlainen kuin LEDin symboli, mutta nuoli osoittaa LEDin sisälle eikä ulos. Alla olevassa kuvassa näkyy valodiodin symboli.

1. Valodiodiperiaate

Valodiodit toimivat luomalla parin elektronien reikiä, kun energinen fotoni osuu diodiin. Tämä mekanismi tunnetaan myös sisäisenä valosähköisenä efektinä. Jos absorptio tapahtuu tyhjennysalueen risteyksessä, kantoaineet poistetaan liitoksesta tyhjennysalueen sisäisen sähkökentän vaikutuksesta.

Yleensä, kun valo valaisee PN-liitoksen, kovalenttinen sidos ionisoituu. Tämä luo reikiä ja elektronipareja. Valovirta syntyy elektroni-reikäparien muodostumisen vuoksi. Kun fotonit, joiden energia on suurempi kuin 1,1 eV, osuvat diodiin, muodostuu elektroni-reikäpareja. Kun fotoni tulee diodin ehtymisalueelle, se osuu atomiin suurella energialla. Tämä johtaa elektronien vapautumiseen atomirakenteesta. Kun elektroneja vapautuu, syntyy vapaita elektroneja ja reikiä.

Yleensä elektroneilla on negatiivinen varaus ja aukoilla positiivinen varaus. Käytetyssä energiassa on sisäänrakennettu sähkökenttä. Tämän sähkökentän vuoksi elektroni-reikä-pari on kaukana PN-liitoksesta. Siten reiät liikkuvat kohti anodia ja elektronit liikkuvat kohti katodia tuottaen valovirran.

Fotonien absorption intensiteetti ja fotonienergia ovat verrannollisia toisiinsa. Mitä vähemmän valokuvassa on energiaa, sitä enemmän se imee. Koko tätä prosessia kutsutaan sisäiseksi valosähköiseksi efektiksi.

Sisäinen heräte ja ulkoinen heräte ovat kaksi fotonivirityksen menetelmää. Sisäinen viritysprosessi tapahtuu, kun valenssikaistan elektronit viritetään fotoneilla johtavuuskaistalle.

2. Valodiodin toimintapiiri

Valodiodit toimivat pääasiassa kolmessa eri tilassa, jotka ovat:

(1) Valosähkötila

(2)Valoajohtava tila

(3) Lumivyörydioditila

(1) Valosähkötila

Tätä tilaa kutsutaan myös nollabias-tilaksi. Tämä tila on suositeltava, kun valodiodit toimivat matalataajuisissa sovelluksissa ja superenergiatason valosovelluksissa. Kun salama osuu fotodiodiin, se luo jännitteen. Tuloksena olevalla jännitteellä on hyvin pieni dynaaminen alue ja sillä on epälineaariset ominaisuudet. Kun valodiodi on konfiguroitu OP-AMP:lla tässä tilassa, lämpötilan muutos on hyvin pieni.

(2)Valoajohtava tila

Tässä tilassa valodiodi toimii käänteisessä bias-olosuhteissa. Katodi on positiivinen ja anodi negatiivinen. Kun käänteinen jännite kasvaa, myös tyhjennyskerroksen leveys kasvaa. Tämän seurauksena vasteaika ja liitoskapasitanssi pienenevät. Sitä vastoin tämä toimintatapa on nopea ja tuottaa elektronista kohinaa.

(3) Lumivyörydioditila

Lumivyörydiodit toimivat korkean käänteisen esijännityksen olosuhteissa, mikä mahdollistaa lumivyöryjen hajoamisen moninkertaistuvan jokaiseen fotosähkön tuottamaan elektroni-reikäpariin. Tuloksena on valodiodin sisäinen vahvistus, joka lisää hitaasti laitteen vastetta.

(4) Fotodiodipiiri

Valodiodin kytkentäkaavio on esitetty alla. Piiri voidaan rakentaa 10k vastuksella ja valodiodilla. Kun valodiodi havaitsee valon, se päästää jonkin verran virtaa kulkemaan sen läpi. Diodin läpi syötettävän virran summa voi olla verrannollinen diodin läpi havaittavan valon summaan.

3. Liitä valodiodi ulkoiseen piiriin

Valodiodi toimii käänteisessä esijännitepiirissä. Anodi on kytketty piirin maahan ja katodi kytketty piirin positiiviseen syöttöjännitteeseen. Kun valo valaisee, sähkövirta kulkee katodista anodille.

Kun valodiodeja käytetään ulkoisen piirin kanssa, ne kytketään piirin virtalähteeseen. Valodiodin tuottama virta on hyvin pieni. Tämä virta-arvo ei riitä elektronisen laitteen ohjaamiseen. Siksi, kun ne on kytketty ulkoiseen virtalähteeseen, se antaa enemmän virtaa piiriin. Akkua käytetään siis virtalähteenä. Akkulähde auttaa nostamaan virta-arvoa, mikä parantaa ulkoisten laitteiden suorituskykyä.

4. Valodiodin valmistusprosessi

Valodiodin materiaali

Valodiodin materiaali määrää monet sen ominaisuudet. Avainominaisuus on valon aalto, johon fotodiodi reagoi, ja toinen on kohinataso, jotka molemmat riippuvat pitkälti valodiodissa käytetystä materiaalista.

Erilaisia ​​vasteita aallonpituuksiin syntyy eri materiaalien käytöstä, koska vain fotonit, joilla on tarpeeksi energiaa elektronien virittämiseen materiaalin kaistavälissä, tuottavat merkittävää energiaa virran tuottamiseen fotodiodista.

Vaikka materiaalin aallonpituusherkkyys on erittäin tärkeä, toinen parametri, jolla voi olla merkittävä vaikutus valodiodin suorituskykyyn, on syntyvän kohinan taso.

Suuremman kaistavälinsä vuoksi piivalodiodit tuottavat vähemmän kohinaa kuin germaniumvalodiodit. Kuitenkin on myös otettava huomioon tarvittavan fotodiodin aallonpituus, ja germaniumvalodiodeja on käytettävä yli noin 1000 nm:n aallonpituuksilla.

Siirry osaan 2 saadaksesi lisätietoja.

Yhteystiedot:

Jos sinulla on ideoita, ota rohkeasti yhteyttä. Riippumatta siitä, missä asiakkaamme ovat ja mitkä ovat vaatimuksemme, noudatamme tavoitettamme tarjota asiakkaillemme korkeaa laatua, edullisia hintoja ja parasta palvelua.