Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 4 Hoofdstuk 1 Paragraaf 1.9 Blz 74 t/m 78

Een fotodiode is een elektronisch onderdeel en een type lichtdetector. Een fotodiode werkt op basis van een P-N-halfgeleiderovergang (PN-junctie) die zo is gemaakt dat er licht op kan vallen. Daartoe hebben ze of een lichtvenster of een glasvezelverbinding om licht op de junctie te kunnen laten vallen.

Algemeen basis en werking van een Fotodiode

Een fotodiode is een diode waarbij de geleiding afhankelijk is van de hoeveelheid licht en wordt vaak gebruikt als fotodetector. Een fotodiode werkt op basis van een PN-halfgeleiderovergang (PN-junctie) die zo is gemaakt dat er licht op kan vallen.

Daartoe hebben ze of een lichtvenster of een glasvezelverbinding om licht op de junctie te kunnen laten vallen. De fotonen (lichtdeeltjes) zorgen ervoor dat de sperlaag minder wordt, doordat meer elektronen van de valentieband in de energieband komen.

De toename van licht op het venster veroorzaakt een lineaire toename van de sperstroom (zie afbeelding hieronder). Fotodiodes kunnen op twee manieren worden gebruikt:

  • In doorlaat-positie (basis van zonnecel) of;
  • Sper-positie (normale fotodiode-opstelling).
Lichtafhankelijke stroom PN fotodiode in tabelvorm

In doorlaat-toestand wordt er door opvallend licht een elektrische spanning over de diode opgewekt, waardoor er een stroom in de doorlaatrichting gaat lopen. Dit heet het fotovoltaísch effect, en is ook de basis van de zonnecel.

In sper-positie heeft de fotodiode, net als andere dioden, een zeer hoge weerstand. Deze wordt echter kleiner als er licht van een geschikt frequentie op de junctie valt. Schakelingen gebaseerd op dit effect zijn gevoeliger voor licht dan schakelingen die op het fotovoltaísch effect reageren.

Typen fotodiodes

Er zijn een aantal typen fotodiodes die hieronder worden benoemd met de werking erbij. De volgende fotodiode ga ik nu behandelen:

  • PN-fotodiode (afbeelding hieronder);
  • PIN-fotodiode (P-materiaal, Intrinsiek materiaal, N-materiaal)
  • APD (Avalanche Photo Diode) -fotodiode
PN fotodiode opbouw en doorsnede

PN-Fotodiode

De PN-overgang is groter dan bij een gewone diode, waardoor de sperlaagcapaciteit hoger wordt. Het licht door het venster (lens) valt op de PN-overgang. Zonder licht vloeit er alleen een temperatuurafhankelijke ‘donkerstroom’ en met licht zal er een stroom lopen afhankelijk van de lichtsterkte.

PIN-Fotodiode

Tussen een zeer dun laagje P-Si en N-Si wordt een laag intrinsiek (I-Si) silicium aangebracht. Het invallend licht kan vanwege de dunne P-Si laag vrijwel direct op het intrinsiek silicium vallen.

De diode is in sper aangesloten en heeft een bepaald elektrisch veld. Door het invallend licht zullen de gaten in het intrinsiek silicium naar het P-Si en de vrije elektronen naar het N-Si (let op: anode aangesloten op minpool en kathode op pluspool). Hierdoor neemt de (foto)stroom toe.

Opbouw van een PIN fotodiode

De APD (Avalanche Phote Diode) Fotodiode

Een Avalanche Photo Diode maakt gebruik van het ”Avalanche-effect”, waardoor een interne stroomversterking ontstaat. Daarom wordt over de diode een hoge sperspanning aangebracht, zodat de door het invallend licht gevormde elektronen en gaten versneld worden.

De versterkingsfactor kan wel oplopen tot 150, dat wil zeggen dat 100 invallende fotonen wel 15000 elektrongatparen veroorzaken. Deze diode geeft een zeer laag ruisniveau en kan dus toegepast worden in het Ghz-gebied (G=Giga hz=Hertz). Nadeel is de noodzakelijke gelijkspanningsvoeding met een hoge spanning.

Opbouw van de APD fotodiode

Toepassing van Fotodiodes

  • PN-fotodiodes worden in dezelfde soort toepassingen gebruikt als lichtgevoelige weerstanden, maar werken niet hetzelfde.
  • Als lichtdetector-ontvanger bij glasvezelkabel ( zie afbeelding 1.89)
  • Fotodiodes worden vaak gebruikt als sensor in het auto-dimming systeem voor de instrumentenverlichting in de cockpit;
  • Afstandsbedieningen: me gebruikt dan een silicium fotodiode omdat ze gevoelig zijn voor infrarood licht.

In de afbeelding hieronder is de karakteristiek te zien als de diode aangesloten wordt op een spanningsbron in een donker situatie en in een situatie met licht. De verschillende werkgebieden van halfgeleider componenten die lichtgevoelig zijn of licht afgeven zijn te zien in de afbeelding hieronder.

Een toepassing van een fotodiode is te zien in afbeelding 1.89. De lichtgevoelige sensor die de lichtsignalen uit een glasvezelkabel ontvangt is een fotodiode.

Een toepassing van een fotodiode is te zien in de afbeelding hieronder. De lichtgevoelige sensor die lichtsignalen uit een glasvezelkabel ontvangt is een diode.

Fotodiode detector als toepassing bij glasvezelkabel-ontvanger

Andere Soorten Diodes

Bent u nou geïnteresseerd geraakt in meerdere Diodes? Kijk dan eens naar de volgende Artikelen:

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 4 Hoofdstuk 1 Paragraaf 1.9 Blz 74 t/m 78

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.