فتودیود نوری

کاربرد

نوری که روی دیود نوری می افتد باعث می شود جریان بسیار کمی تولید کند . اغلب به این حالت اثر فتوولتائیک گفته می شود . این قطعه مانند یک پنل خورشیدی عمل می کند . در واقع ، یک پنل خورشیدی را می توان آرایه ای از دیود های نوری زیاد تعریف کرد .

اغلب ، یک منبع تغذیه DC برای اعمال بایاس معکوس به دیود نوری استفاده می شود . این باعث می شود که این قطعه بتواند جریان بیشتری ارائه کند . اکنون این قطعه در حالت هدایت نوری عمل می کند .

نماد شماتیک

نماد های شماتیک دیود نوری در شکل زیر آمده است . فلش های موج دار اغلى ( اما نه همیشه ) برای نمایش نور مادون قرمز مورد استفاده قرار می گیرد .

نماد های نشان دهنده دیود نوری

موارد استفاده

واکنش سریع دیود های نوری باعث می شود که برای درایورهای دیسک نوری ، ارتباطات از راه دور ، انتقال دادهی مادون قرمز ، دوربین دیجیتال و سوئیچ نوری مناسب باشند . اکثر سنسور های موجود در این دانشنامه دیود نوری هستند . سنسور های مجاورت ، انکودر های نوری و نورسنج ها چند مثال هستند .

عملكرد

هنگامی که نور روی نیمه هادی می تابد ، می تواند الکترون ها را به وضعیت انرژی بالاتر تحریک کند . سپس این الکترون متحرک می شود و یک حفره ی الکترونی به جای می گذارد .

در حالت فتوولتائیک ، نور تابشی باعث ایجاد جفت های الکترونی و حفره های الکترونی در ماده ی نیمه هادی می شود . الکترون ها به سمت کاتد دیود و حفره نیز به سمت آند حرکت می کنند و بین این دو ولتاژ ایجاد می شود . توجه داشته باشید که حتی در صورت نبود نور مرئی نیز این اتفاق رخ می دهد . زیرا دیود نوری ممکن است به تابش های مادون قرمز نیز واکنش نشان دهد . مقدار جریان بسیار کمی که بدون نور مرئی تولید می شود جریان تاریکی نامیده می شود .

در حالت هدایت نوری ، نوری که روی دیود نوری می تابد . باعث ایجاد جفت های الکترونی و حفره های الکترونی در ماده ی نیمه هادی می شود . به دلیل ولتاژ بایاس این دو در جهت عکس هم حرکت می کنند ، که یعنی جریان کمی از دیود عبور می کند

حالت هدایت نوری باعث می شود واکنش نسبت به حالت فتوولتائیک سریع تر باشد ، زیرا ولتاژ بایاس معکوس باعث میشود لایهی تهی عریض تر شود ، که باعث کاهش ظرفیت خازنی می شود . در دیود های خازنی نیز همین اثر استفاده می شود ) .

مدار ساده شدهای قطعه را در حالت فتوولتائیک و حالت هدایت نوری در شکل زیر نشان می دهد .

دو حالتی که در آن ممکن است از دیود نوری استفاده شود.

انواع مدل ها

دیودهای نوری PIN

مانند دیودهای PIN ، دیودهای نوری PIN دارای یک لایه ی نیمه هادی ( ذاتی ) بدون ناخالصی بین لایه های n و p می باشد . حساسیت آن ها بیشتر بوده و واکنش سریع تری نسبت به دیودهای نوری PN در آن ها دیده می شود . دیودهای نوری بسیاری از نوع PIN موجود هستند .

دیود بهمنی

هنگامی نور وارد منطقه ی بدون ناخالصي دیود نوری بهمنی می شود ، باعث ایجاد جفت های الكترون – حفره می شود .

هنگامی که الکترون ها به سوی منطقه ی بهمنی دیود حرکت می کنند ، قدرت میدان انباشته باعث افزایش سرعت می شود تا وقتی که تصادم با توری کریستال باعث ایجاد جفته های الکترون -حفره ی بیشتری می شود .

 این رفتار باعث می شود که دیود بهمنی حساس تر از دیود های نوری PIN باشد . با این همه ، این حساسیت همچنین باعث می شود نسبت به نویز الکتریکی آسیب پذیر باشد و بسیار تحت تأثیر گرما قرار می گیرد . به دور اتصال p – n یک حلقه ی محافظ متصل شده و اغلب از یک گرما گیر استفاده می شود .

بسته بندی ها

نسخه های نصب سطحی و سوراخی بسیاری موجود هستند . با این که دیود نوری سوراخی ممکن است از یک LED سوراخی 3mm یا ۵mm تمییز داده و نشود ، ، اما نسخه های بدون لنزی نیز موجود هستند و برخی دیگر نیز نسبت به نور ورودی از پهلو حساس هستند ( که اغلب به آن ها انواع نمای پهلو یا کتاری گفته می شود ) .

بازه ی طول موج

برای اینکه فوتون توسط دیود نوری شناسایی شود ، باید انرژی کافی داشته باشد تا بتواند جفت الكترون – حفره ایجاد کند . این انرژی نسبت به ماده ی نیمه هادی مشخص می شود و به آن حفره ی باند گفته می شود ، به علاوه ، بسته بندی اپوکسی دیود نوری می تواند طوری طراحی شود تا برخی از طول موج های نور را بلوکه کند . اغلب ، یک کاربرد نیازمند این خواهد بود که قطعه تنها به نور مادون قرمز واکنش دهد ، نه نور مرئی .

آرایه های دیود نوری

آرایه ی دیود نوری دارای چندین دیود نوری است که به صورت ردیفی در یک شبکه برای کاربرد های تصویری یا اندازه گیری متصل شده اند . ردیفی از دیود های نوری را می توان به صورت اسکنر پویشگر مسطح به کار برد ، که با توجه به شیء منعکس کننده ای که در حال اسکن است حرکت می کند .

در برخی از آرایه ها ، دیودهای نوری دارای فیلتر های نوری از پیش نصب شده هستند ، تا اسکن رنگ کامل با استفاده از رنگ های اصلی در آن امکان پذیر شود .

گزینه های خروجی

چون خروجی دیود نوری باید برای قابل استفاده شدن پردازش شود ، روشهایی برای تبدیل آن به شکلی آسان تر موجود است . مانند استفاده از بازه ی وسیع تری از ولتاژها ، یک سیگنال مربعی که در آن فرکانس با ورودی نوری نسبت دارد و یا به صورت یک مقدار باینری که توسط میکروکنترلر و باس سریال مانند 12C در دسترس است .

منبع: