Фотодиод схема включения. Фотодиод: принцип работы, схемы включения и применение

Как работает фотодиод. Какие существуют режимы работы фотодиода. Какие схемы включения фотодиода применяются на практике. Где используются фотодиоды в электронике и технике.

Принцип работы фотодиода

Фотодиод — это полупроводниковый прибор, который преобразует световой поток в электрический ток. Его работа основана на внутреннем фотоэффекте в полупроводниках. Когда на p-n переход фотодиода падает свет, в нем генерируются дополнительные носители заряда — электроны и дырки. Под действием электрического поля p-n перехода они разделяются: электроны движутся в n-область, а дырки — в p-область. В результате через фотодиод начинает протекать электрический ток, величина которого пропорциональна интенсивности падающего света.

Основные режимы работы фотодиода

Фотодиоды могут работать в двух основных режимах:

• Фотогальванический режим — без внешнего источника напряжения. При освещении на выводах фотодиода возникает фотоЭДС.
• Фотодиодный режим — с внешним источником обратного напряжения. При освещении через фотодиод протекает обратный фототок.

Какой режим предпочтительнее? Это зависит от конкретного применения:

Преимущества фотогальванического режима:

• Отсутствие темнового тока
• Низкий уровень шумов
• Высокая чувствительность при слабом освещении

Преимущества фотодиодного режима:

• Более высокое быстродействие
• Линейная зависимость фототока от освещенности
• Возможность работы при большой освещенности

Основные схемы включения фотодиодов

Рассмотрим наиболее распространенные схемы включения фотодиодов:

1. Фотогальванический режим

В этом режиме фотодиод работает как источник тока:

• Фотодиод подключается напрямую к нагрузке без источника питания
• При освещении на нагрузке возникает напряжение, пропорциональное освещенности
• Применяется в солнечных батареях, фотометрии

2. Фотодиодный режим с нагрузочным резистором

Классическая схема включения в фотодиодном режиме:

• Фотодиод подключен к источнику обратного напряжения через резистор
• При освещении на резисторе возникает падение напряжения
• Простая схема для преобразования освещенности в напряжение

3. Фотодиодный режим с операционным усилителем

Схема с преобразованием фототока в напряжение:

• Фотодиод подключен к инвертирующему входу ОУ
• В цепи обратной связи ОУ включен резистор
• Выходное напряжение пропорционально фототоку
• Обеспечивает высокую чувствительность и линейность

Применение фотодиодов в электронике

Фотодиоды находят широкое применение в различных областях электроники и техники:

Системы передачи данных:

• Волоконно-оптические линии связи
• Инфракрасные пульты дистанционного управления
• Оптические энкодеры

Измерительная техника:

• Фотометры и люксметры
• Колориметры
• Спектрофотометры

Системы автоматики:

• Датчики присутствия и движения
• Системы автоматического включения освещения
• Счетчики предметов на конвейере

Параметры и характеристики фотодиодов

При выборе фотодиода для конкретного применения следует учитывать его основные параметры:

Спектральная характеристика

Показывает чувствительность фотодиода к свету различных длин волн. От чего она зависит?

• Материал полупроводника (Si, Ge, GaAs и др.)
• Конструкция фотодиода
• Наличие оптических фильтров

Темновой ток

Ток, протекающий через фотодиод в отсутствие освещения. Чем он определяется?

• Температура окружающей среды
• Приложенное обратное напряжение
• Качество полупроводникового материала

Быстродействие

Характеризует скорость реакции фотодиода на изменение освещенности. От чего зависит?

• Емкость p-n перехода
• Время жизни носителей заряда
• Схема включения фотодиода

Особенности применения фотодиодов

При разработке устройств с фотодиодами следует учитывать некоторые особенности:

Температурная зависимость

Как температура влияет на работу фотодиода?

• Увеличивается темновой ток
• Смещается спектральная характеристика
• Изменяется чувствительность

Насыщение при большой освещенности

Что происходит при слишком сильном освещении фотодиода?

• Нарушается линейность фототока
• Увеличивается время восстановления
• Возможен выход фотодиода из строя

Шумы фотодиода

Какие виды шумов присущи фотодиодам?

• Дробовой шум
• Тепловой шум
• Фликкер-шум

Заключение

Фотодиоды являются важными компонентами современной оптоэлектроники. Благодаря своим уникальным свойствам они находят применение во многих областях техники — от бытовой электроники до научного оборудования. Понимание принципов работы и особенностей применения фотодиодов позволяет разрабатывать эффективные оптоэлектронные устройства.

Схемы включения фотодиодов

В фотодиодном режиме p-n переход смещается обратным напряжением величина которого зависит от конкретного фотодиода от единиц до сотни вольт, чем больше смещение тем быстрее он будет работать, и больше токи через него будут течь. Недостаток фотодиодного режима в том, что с ростом обратного тока, в последствии увеличения напряжения или освещения, увеличивается уровень шумов, а уровень полезного сигнала в целом остается постоянным, считается, что в этом режиме диод имеет меньшую постоянную времени. В фотогальваническом режиме к диоду не прикладывается ни какое напряжение, он сам становится источником ЭДС с большим внутренним сопротивлением. Недостаток фотогальванического режима заключается в ослаблении полезного сигнала с ростом уровня паразитной засветки но уровень шумов не растет, остается постоянным.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Схемы включения фотодиодов
• Схема включения фотодиода
• Фотодиоды свойства, схемы включения, применение
• Электронный учебно-методический комплекс по ТМ и О ЦВОСП
• Open Library — открытая библиотека учебной информации. Схема включения фотодиода
• 58. Фотодиод, устройство, принцип действия, схема включения.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 🌑 ФОТОДАТЧИК на ФОТОРЕЗИСТОРЕ

Схемы включения фотодиодов

Фотодиоды свойства, схемы включения, применение. На рис. Уравнение, определяющее световые и вольт-амперные характеристики фотогальванических элементов, может быть представлено в следующем виде:. A — коэффициент, зависящий от материала фотоэлемента и имеющий значение от 1 до 4 для германиевых фотодиодов он равен 1 ;. Вольт-амперная характеристика фотодиода. Квадрант I-это нерабочая область для фотодиода, в этом режиме фотоуправление током через диод невозможно. Если цель разомкнута, то концентрация электронов в n-области и дырок в p-области увеличивается, поле объемного заряда атомов примеси в переходе частично компенсируется и потенциальный барьер снижается.

Это снижение происходит на величину фотоЭДС, называемую напряжением холостого хода фотодиода Uxx. При заданном значении тока по ВАХ ФД можно выбрать оптимальный режим работы фотодиода, при котором в нагрузку будет передаваться наибольшая электрическая мощность.

Как видно из рис. Характеристики ФД в сильной степени зависят от температуры. Для кремниевых ФД Uxx падает на 2. Световые характеристики фотодиода. Квадрант III-это фотодиодная область работы ФД, при которой к p-n переходу прикладывается обратное напряжение рис. Фотодиод и нагрузочный резистор соединены последовательно, то есть через них протекает один и тот же ток. Этот ток можно определить по точке пересечения ВАХ фотодиода и нагрузочного сопротивления.

Информатика и выч. Скачать файл. Унифицированные сигналы ИП 3. Назначение обратных ИП 1. Световые характеристики фотодиода Квадрант III-это фотодиодная область работы ФД, при которой к p-n переходу прикладывается обратное напряжение рис.

Назначение обратных ИП. Уважаемый посетитель! Чтобы распечатать файл, скачайте его в формате Word. Ссылка на скачивание — внизу страницы.

Схема включения фотодиода

Добавить в избранное. Ру — Все права защищены. Публикации схем являются собственностью автора. Схема устройств на фотодиоде. Категория: Другие , Управление устройствами Фотодиоды применяются в различных устройствах автоматики, в системах дистанционного управления.

Типовая схема включения фотодиода в режиме фотопреобразователя. Обратите внимание на то, как он подключен – в обратном направлении по.

Фотодиоды свойства, схемы включения, применение

Схема включения фотодиода приведена на рис. При отсутствии светового потока в цепи проходит небольшой тем-новой обратный ток. При освещении фотодиода ток резко возрастает. Напряжение источника питания приложено к фотодиоду в обратном направлении. Схема включения фотодиода показана на рис. Последовательно с диодом включаются нагрузочный резистор и источник обратного напряжения. При отсутствии света через диод протекает темновой ток, обусловленный перемещением неосновных носителей заряда. Па рис.

Электронный учебно-методический комплекс по ТМ и О ЦВОСП

Полупроводниковые диоды формируют, как известно, посредством локального легирования полупроводника, так чтобы образовался т. Электрический ток через такую структуру может свободно протекать только в «прямом» направлении — от «анода» область -типа к «катоду» область -типа. Известно следующее теоретическое выражение , описывающее вольтамперную характеристику ВАХ диода , то есть зависимость протекающего сквозь него тока от приложенного напряжения: 9. Из формулы 9.

Схема включения фотодиода.

Open Library — открытая библиотека учебной информации. Схема включения фотодиода

Предлагаемая схема включения фотодиодов отличается тем, что последовательно с рабочим освен 1 аемым фотодиодом в качестве его нагрузки включен неосвещаемый фотодиод, При условии, что темновой ток неосвещаемого фотодиода во всем рабочем диапазоне температур больше темнового тока рабочего фотодиода, описываемая схема позволяет увеличить отношение полезного сигнала к помехе. Опрашивающие импульсы генерв 1 тора 1 сы. Генератор 1 опрашивающих импульсов синхронизи. Амплитуда опрашивающих импульсов не должна превышать максимально-допустимого напряжения на фотодиоде. В качестве нагрузочного сопротивления рабочего фотодиода 2 последовательно с ним включен неосвещаемый фотодиод 4, темновой ток которого больше темнового тока рабочего фотодиода во всем диапазоне рабочих температур,Если какой-либо из рабочих фотодиодов 2 неосвещен отсутствует отверстие в перфоленте , то, при условии, что темновой ток рабочего фотодиода меньше темнового тока нагрузочного неосвещаемого фото- диода 4, напряжение на выходе 5 равное падению напряжения на нагрузочном фотодиоде 4 незначительно отличается от нуля. Если рабочий фотодиод 2 освещен, то, при условии, что сумма темнового тока и фототока рабочего фотодиода больше темнового тока нагрузочного фотодиода, напряжение на выходе схемы.

58. Фотодиод, устройство, принцип действия, схема включения.

Практическая схемотехника включения фотодиода со смещением. Схема включения фотодиода ФД в каскад с общей базой. За пять минут купить диплом института реально на нашем сайте. Визовый центр Индии. Электромагнитные муфты для станков. О клубе.

1. Фотодиоды свойства, схемы включения, применение. 2. Унифицированные сигналы ИП. 3. Назначение обратных ИП. 1. Фотодиоды свойства.

Умный человек сказал, что нужно использовать сначала посвторитель, а потом ОУ. Зачем, я никак не могу понять. Может кто поскажет? Может чего нужно еще.

Этот эффект иногда используется в стабилизаторах напряжения, когда требуется получить стабильное напряжение в диапазоне 1,5…2,5 В см. Рабочий ток указывается в справочниках. Длительное превышение рабочего тока приводит неисправности светодиода. Светодиоды бывают разных цветов и типов. Они могут испускать как видимое излучение, так и инфракрасное ИК-излучение. Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза.

Фотодиодом называют полупроводниковый фотоэлектрический прибор, в котором используется внутренний фотоэффект Устройство фотодиода аналогично устройству обычного плоскостного диода Отличие состоит в том, что его p-n-переход одной стороной обращен к стеклянному окну, через которое поступает свет, и защищен от воздействия света с другой стороны рис.

By rabit , December 16, in Начинающим. В общем захотелсь поэкспериментировать со схемой. Потом решил переделать схему:поставил базовый делитель Так как его включить? Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6.

На рис. Элементы и образуют входной импеданс усилителя. Изменяющаяся во времени падающая оптическая мощность вызывает изменяющийся ток и напряжение на входе усилителя. Типичная переходная характеристика при длительности оптического импульса

Фотодиоды | Основы электроакустики

Главная » Оптоэлектронные приборы

Фотодиоды

Фотодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, в которых используется зависимость обратного тока от светового потока.   Такой режим работы называется фотодиодным 

Схема включения фотодиода для работы в фотодиодном режиме

 

 

 

 

 

Вольт-амперные характеристики фотодиода для фотодиодного режима

Если светового потока нет, то через фотодиод протекает начальный ток I0, который называют темновым. Под действием светового потока ток в диоде возрастает и характеристика располагается выше. Чем больше световой поток, тем больше ток. Повышение обратного напряжения на диоде незначительно увеличивает ток. При некотором напряжении возникает электрический пробой (штриховые участки характеристик). Энергетические характеристики фотодиода линейны и мало зависят от напряжения (рис.6.11).

Интегральная чувствительность фотодиода обычно составляет десятки миллиампер на люмен. Инерционность фотодиодов невелика, они могут работать на частотах до сотен мегагерц.

Энергетические характеристики фотодиода 

Фотодиоды, работающие в режиме фотогенератора (фотогальванический режим), служат для преобразования энергии излучения в электрическую энергию. По существу, они представляют собой фотодиоды, работающие без источника внешнего напряжения и создающие собственную ЭДС под действие излучения.

 

 

Схема включения диода в фотогенераторном режиме 

 

 

 

 

  

 

Зависимость фото-ЭДС от светового потока 

При облучении фотодиода на его выводах возникает разность потенциалов, которую называют фото-ЭДС. С увеличением светового потока фото-ЭДС растет по нелинейному закону, ее значение может достигать нескольких десятых долей вольта.

В настоящее время важное значение имеют кремниевые фотоэлементы, используемые в качестве солнечных преобразователей. Они преобразуют энергию солнечных лучей в электрическую, и ЭДС их достигает 0.5 В. Из таких элементов путем последовательного и параллельного соединения создаются солнечные батареи, которые обладают сравнительно высоким КПД (до 20%) и могут развивать мощность до нескольких киловатт. Пока энергия, вырабатываемая солнечными элементами, примерно в 50 раз дороже энергии, получаемой из угля, нефти или урана. Ожидается, что эта величина будет снижаться.

Солнечные батареи из кремниевых фотодиодов – это основные источники питания на искусственных спутниках Земли, космических кораблях, автоматических метеостанциях и др. В южных странах солнечные батареи повсеместно используются для генерации электроэнергии для бытовых нужд. Практическое применение солнечных батарей непрерывно расширяется.

 

Плотность потока излучения

Полупроводниковые диоды Параметры и характеристики

Фототранзисторы и фототиристоры

Режим работы транзистора в схеме усилительного каскада

Напряжение, ток, мощность

Фоторезисторы

Динамические характеристики ключей на биполярных транзисторах и повышение их быстродействия

Характеристики и параметры выпрямительных и универсальных диодов

Фотодиод: Работа и использование в схемах

Gadgetronicx > Электроника > Учебники по электронике > Фотодиод: работа и использование в схемах

Фрэнк Дональд 21 января 2019 г. 0 Комментарии

Фотодиоды являются одним из популярных компонентов, используемых для обнаружения падающего света в электронных схемах. Он имеет широкий спектр приложений, таких как дистанционное управление, сигналы тревоги, сенсорные приложения и так далее. В этой статье объясняется, что такое фотодиод, как он работает и как использовать его в схеме.

Работа фотодиода :

Чтобы понять фотодиод, нам нужно сначала узнать, что такое диод. Не буду вдаваться в подробности, но диод — это компонент, который пропускает ток только в одном направлении (только при прямом смещении). При обратном смещении диод блокирует ток.

Что касается фотодиодов, то он обладает тем же свойством, позволяющим пропускать ток при прямом смещении. Однако при обратном смещении он сопротивляется току, пока на него не падает свет. Когда свет падает на фотодиод, через него начинает течь ток, который зависит от интенсивности падающего на фотодиод света. Когда ток протекает через фотодиод, на нем возникает напряжение, и мы будем использовать его в нашей схеме для обнаружения падающего света.

Характеристики VI:

Давайте лучше разберемся, взглянув на характеристики VI. На приведенной ниже кривой вы можете заметить ток, протекающий через диод при различных условиях освещения. Когда интенсивность света меньше, ток, протекающий через фотодиод, меньше, однако, когда интенсивность падающего света увеличивается, мы можем заметить увеличение тока, протекающего через диод. Еще один интересный факт, который следует отметить, заключается в том, что напряжение, подаваемое на фотодиод, мало влияет на протекание тока и в значительной степени зависит от падающего на диод света.

Использование фотодиода в вашей схеме:

Итак, теперь мы знаем, что такое фотодиод и как он работает. Давайте посмотрим, как заставить фотодиоды работать на вас, правильно используя их в вашей схеме. Итак, мы знаем, что фотодиоды обнаруживают свет и реагируют только при обратном смещении. Итак, мы собираемся расположить его в состоянии обратного смещения (катод поддерживается при более высоком потенциале по сравнению с анодом). В этом случае ток течет, когда на него падает свет, но нас больше интересует напряжение, возникающее на фотодиоде, поскольку ток будет слишком мал. Таким образом, мы должны использовать еще один резистор, включенный последовательно с фотодиодом, образуя схему дайвера напряжения.

Библиотека схем — более 220 практических схем

В приведенной выше схеме вы можете заметить настройку делителя напряжения с использованием фотодиода и резистора R1. Напряжение, возникающее между этими двумя компонентами, подается на инвертирующий вход ОУ. В то же время другой делитель напряжения с использованием резисторов R2 и R3 используется для создания опорного напряжения, регулируя R3, чтобы зафиксировать опорное напряжение. Когда на фотодиод не падает свет, ток не течет, и в результате входное напряжение на инвертирующем входе будет близко к нулю. Таким образом, напряжение на неинвертирующем входе будет высоким, а выход операционного усилителя будет в высоком состоянии. Однако, когда свет падает на фотодиод, протекает ток, и в результате на резисторе R1 возникает напряжение. Теперь напряжение на инвертирующем входе будет высоким, и поэтому выход операционного усилителя станет низким.

Конечно, это не единственный способ использования фотодиода, но это наиболее часто используемая схема, когда речь идет о фотодиоде.

Примечание:

• Падение напряжения на диоде увеличивается с увеличением интенсивности падающего света (поскольку ток увеличивается с увеличением интенсивности света).
• Используйте резисторы большого номинала последовательно с фотодиодом, чтобы получить диапазон высокого напряжения, который окажется полезным для подачи его на вход компаратора.

Что нужно помнить:

• Фотодиод работает как обычный диод в состоянии прямого смещения и реагирует на падающий свет только в состоянии обратного смещения.
• Интенсивность падающего света влияет на ток, протекающий через диод
• Ток, протекающий через него, будет очень мал, обычно в диапазоне микроампер (мкА).
• Обратное напряжение смещения оказывает очень малое или незначительное влияние на ток, протекающий через фотодиод.

Переключающий биполярный транзистор с фотодиодом

Задавать вопрос

спросил 7 лет, 10 месяцев назад

Изменено 7 лет, 10 месяцев назад

Просмотрено 7к раз

\$\начало группы\$

Сначала я думал, что это будет довольно простая задача, но я только начинаю изучать электронику, поэтому мне нужна помощь.

Это моя схема:

Я рассчитал значения на основе этого калькулятора: http://www.daycounter.com/Calculators/Transistor-Switch-Saturation-Calculator.phtml

Это фотодиод, который я использую

В основном я хочу определить, когда свет включен, у меня есть фотодиод видимого света, и когда он включен, я хочу, чтобы он посылал ВЫСОКИЙ сигнал.

Может быть я наивен, но я думал, что транзистор будет «ВКЛ» или «ВЫКЛ», но я читаю 1,4В на выходе. Я не уверен, почему это так, может быть, это связано с таким низким значением резистора Rc, но причина, по которой я выбрал это, заключается в калькуляторе, я не хотел слишком высокий базовый резистор, потому что в противном случае он был бы слишком высоким. порог переключения. Но в любом случае, он не очень хорошо определяет свет, поэтому я действительно хотел бы понять, что происходит, прежде чем просто попробовать некоторые случайные значения.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Подумав об этом еще немного, разве фотодиод не генерирует ток , поэтому, если я изменю схему, чтобы она была такой… выбраны случайные значения, потому что я не рассчитал их. Будет ли это работать? Этого не произошло, когда я только что попытался, хотя я не уверен, какие значения мне нужны. Я здесь совсем не прав?

Также, чтобы уточнить, длинная ножка фотодиода является концом с более высоким напряжением?

• транзисторы
• фотодиод

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Я считаю, что полярность вашего фотодиода неверна. Как правило, вы хотите использовать фотодиод в фотопроводящем режиме с биполярным транзистором, что означает, что фотодиод должен иметь внешнее обратное смещение. Увеличение оптической мощности вызывает линейное увеличение обратного тока через устройство. Затем этот обратный ток может быть усилен биполярным транзистором. Также обратите внимание, что в этом случае увеличение фототока приведет к уменьшению выходного напряжения, поскольку ток и, следовательно, падение напряжения на резисторе 100 Ом увеличатся. Это легко исправить, если это нежелательно, другой транзистор или инвертор можно использовать для изменения полярности, или это можно изменить программно, если вы собираетесь использовать микроконтроллер.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Ваша схема по-прежнему неверна, попробуйте вместо этого. Обратите внимание, что R2 не является строго обязательным, но его следует вставить для ограничения базового тока, если у вас D1 наоборот.

^{имитация этой схемы – схема создана с помощью CircuitLab}

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Как сказал Zuofu, полярность неверна, как показано на вашей диаграмме.