Fotodioda - janoud.cz

Fotodioda
Fotodioda je plošná polovodičová dioda (součástka) konstrukčně upravená tak, aby do
oblasti PN přechodu pronikalo světlo. Není-li přechod osvětlen, má voltampérová charakteristika
stejný průběh, jako charakteristika běžné diody.
Princip fotodiody je založen na vnitřním fotoelektrickém jevu. Světlo (foton), který dopadá
na přechod PN (světlo je soustředěno na přechod např. čočkou), narazí do elektronu ve valenční
vrstvě atomu a předá mu svoji energii. Elektron energii fotonu absorbuje, čímž získá dostatek
energie k opuštění valenčního pásu a přeskočí do pásu vodivostního – elektron opustí vlastní atom
a pohybuje se prostorem krystalové mřížky, vznikl tím volný elektron, na jeho místě vznikla díra
(defektní elektron). Takto vzniklé volné elektrony jsou volné nosiče náboje, které snižují elektrický
odpor polovodiče, resp. zvyšují elektrickou vodivost polovodiče. Tento fotoelektrický jev nastává
také i u fotorezistoru (fotoodporu).
Vliv osvětlení přechodu tedy můžeme sledovat v polarizaci diody v závěrném směru, kdy
dochází k lineárnímu růstu anodového proudu (anoda) při rovnoměrném zvětšování osvětlení.
Dioda se tedy chová jako pasivní součástka, jejíž elektrický odpor v závěrném směru je závislý na
osvětlení. Fotodioda reaguje na změny osvětlení velmi rychle, řádově 10-6–10-9 s.
Zvláštní konstrukce se používá například u fotodiody PIN, která má mezi vrstvou přechodu
P a N vloženou vrstvu minimálně dotovaného polovodiče s velkou elektrickou pevností (až 500 V).
Proto pracuje s velmi vysokými intenzitami elektrického pole v oblasti přechodu. Tím je dosaženo
náběhu již v řádu 10-12–10-15 s.
VA charakteristika fotodiody prochází
3 kvadranty (I., III. a IV. kvadrantem),
přičemž využíváme jen III. a IV. kvadrant.
Ve III. kvadrantu pracuje fotodioda v tzv.
odporovém (fotovodivostním, pasivním)
režimu a chová se jako rezistor citlivý na
světlo. Ve IV. kvadrantu pracuje dioda v tzv.
hradlovém
(fotovoltaickém,
aktivním)
režimu. Zde se dioda chová jako zdroj
elektrické energie.
Fotodiody používáme k měření osvětlení, v automatizaci, i jako zdroj el. energie. Rychlé
fotodiody se používají v optických spojích, optronech apod. Podle režimu je to:
1. Fotodioda zapojená jako hradlová (aktivní režim - IV. kvadrant):
Na PN přechodu fotodiody je elektrické pole způsobené pohyblivými částicemi
s nábojem. Spojíme-li konce fotodiody přes rezistor (viz obr.), začne rezistorem
protékat proud tvořený těmito volnými částicemi. Na PN přechodu (je-li stále
osvětlen) se přitom generují stále další a další páry elektron-díra a fotodioda se
tedy chová jako zdroj stejnosměrného napětí. Velikost napětí je asi 0,5 V na
jeden článek (jednu fotodiodu). Fotodioda v tomto zapojení se často nazývá
sluneční (solární) článek.
2. Fotodioda zapojená jako odporová (pasivní režim - III. kvadrant):
Používá se stejně a ve stejném zapojení jako fotorezistor. Je součástí optoelektronických členů,
které převádí osvětlení na elektrické napětí, nebo zabezpečovacích zařízení.
Ukázka některých fotodiod:
Zdroje:
http://lucy.troja.mff.cuni.cz, http://cs.wikipedia.org