Принцип детектирования на основе оптопары СД-ФД

Для оптического детектирования веществ могут использоваться различные схемы в зависимости от конкретного применения и внешних условий.

Одноканальная измерительная схема
Базовая измерительная схема включает в себя один светодиод и один фотодиод. Светодиод излучает на определенной длине волны, которая соответствует линии поглощения исследуемого вещества. Фотодиод с соответствующим спектром фоточувствительности детектирует излучение и дает выходной электрический сигнал. Присутствие исследуемого вещества в среде вызывает ослабление сигнала, по степени ослабления можно судить о концентрации вещества.

Преимущества:
✔ подходит для создания бюджетных систем
✔ позволяет создавать простые и компактные устройства
✔ обеспечивает приемлемые результаты в нормальных условиях

Данная конфигурация используется в большинстве наших тестовых систем и сенсорных модулей.

Влияние изменения температуры на измеряемый сигнал может быть ощутимым и стать причиной ошибок измерения. Существует несколько способов минимизировать это влияние:
— использовать корпуса со встроенным термоэлектрическим модулем (модулем Пельтье) и/или термистором
— отслеживать температуру p-n перехода светодиода по изменению вольт-амперной характеристики диода. Наша стандартная электроника (встроена в драйвер D-51 и сенсорный модуль метана MDS-4) использует этот метод для определения изменений температур диодов. Получаемые таким образом температурные сигналы могут быть использованы для температурной компенсации.

Двухканальная измерительная система с одним светодиодом и двумя фотодиодами (измерительным и опорным)
Эта схема включает в себя дополнительный (опорный) фотодиод, используемый вместе с измерительным каналом светодиод-фотодиод для компенсации влияния посторонних эффектов, вызванных изменениями температуры и/или среды. Измерительный сигнал фотодиода зависит от концентрации исследуемого вещества, тогда как опорный сигнал остается практически неизменным. Совместная обработка измерительного и опорного сигналов позволяет получить стабильные и достоверные результаты измерений даже в экстремальных условиях температуры и среды.

Данная схема может быть реализована двумя способами:
а. опорный фотодиод, спектрально согласованный с измерительным светодиодом, располагается у светодиода, таким образом обеспечивается минимальное влияние исследуемого вещества на опорный сигнал из-за малой длины оптического пути между опорным фотодиодом и светодиодом:

б. опорный фотодиод со спектром, не чувствительным к изменению концентрации исследуемого вещества, располагается рядом с измерительным фотодиодом. Такая схема может быть реализована двумя путями: используя светодиод со спектром достаточно широким для регистрации обоими фотодиодами с разными областями фоточувствительности, либо используя два идентичных фотодиода со спектрами, модифицированными оптическими фильтрами, позволяющими разграничить измерительный и опорный каналы.

Двухканальная измерительная схема с двумя светодиодами (измерительным и опорным) и фотодиодом
Такая схема включает в себя дополнительный светодиод кроме измерительной оптопары светодиод-фотодиод. Сигнал с опорного светодиода остается постоянным вне зависимости от концентрации исследуемого вещества, тогда как сигнал с измерительного светодиода меняется пропорционально изменению его концентрации. Отношение этих двух сигналов будет однозначно определять концентрацию исследуемого вещества для различных внешних условий.

Двухканальная измерительная схема с двумя светодиодами (измерительным и опорным) и двумя фотодиодами (измерительным и опорным)
Данная схема аналогична предыдущей с разницей в том, что в ней присутствует дополнительный фотодиод для детектирования опорного сигнала. Таким образом, у этой схемы 2 независимых канала: измерительная оптопара (соответствует длинам волн поглощения исследуемого вещества) и опорная оптопара (не чувствительная к концентрации исследуемого вещества).

Отношение сигналов с двух оптопар будет однозначно определять концентрацию исследуемого вещества для различных внешних условий.

Общие преимущества двухканальных схем:
✔ позволяет компенсировать посторонние эффекты
✔ обеспечивает большую стабильность по сравнению с одноканальной схемой
✔ требует менее частой калибровки по сравнению с одноканальной схемой

описание принципа работы, схема, характеристики, способы применения

Обновлена: 24 Ноября 2022 929 1

Поделиться с друзьями

Фотодиоды – полупроводниковые элементы, обладающие светочувствительностью. Их основная функция – трансформация светового потока в электросигнал. Такие полупроводники применяются в составе различных приборов, функционирование которых базируется на использовании световых потоков. Принцип работы фотодиодов Основа действия фотодиодных элементов – внутренний фотоэффект. Он заключается в возникновении в полупроводнике под воздействием светового потока неравновесных электронов и дырок (то есть незаполненных валентных связей, проявляющих себя как носители положительного заряда, который равен заряду электрона), которые формируют фотоэлектродвижущую силу. При попадании света на p-n переход происходит поглощение световых квантов с образованием фотоносителей Фотоносители, находящиеся в области n, подходят к границе, на которой они разделяются под влиянием электрополя Дырки перемещаются в зону p, а электроны собираются в зоне n или около границы Дырки заряжают p-область положительно, а электроны – n-зону отрицательно. Образуется разность потенциалов Чем выше освещенность, тем больше обратный ток Если полупроводник находится в темноте, то его свойства аналогичны обычному диоду. При прозванивании тестером в отсутствии освещения результаты будут аналогичны тестированию обычного диода. В прямом направлении будет присутствовать маленькое сопротивление, в обратном – стрелка останется на нуле. Схема фотодиода Режимы работы Фотодиоды разделяют по режиму функционирования. Режим фотогенератора Осуществляется без источника электропитания. Фотогенераторы, являющиеся комплектующими солнечных батарей, иначе называют «солнечными элементами». Их функция – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Наиболее распространены фотогенераторы, созданные на базе кремния – дешевого, распространенного, хорошо изученного. Обладают невысокой стоимостью, но их КПД достигает всего 20%. Более прогрессивными являются пленочные элементы. Режим фотопреобразования Источник электропитания в схему подключается с обратной полярностью, фотодиод в данном случае служит датчиком освещенности. Основные параметры Свойства фотодиодов определяют следующие характеристики: Вольтамперная. Определяет изменение величины светового тока в соответствии с меняющимся напряжением при стабильных потоке света и темновом токе Спектральная. Характеризует влияние длины световой волны на фототок Постоянная времени – это период, в ходе которого ток реагирует на увеличение затемнения или освещенности на 63% от установленного значения Порог чувствительности – минимальный световой поток, на который реагирует диод Темновое сопротивление – показатель, характерный для полупроводника при отсутствии света Инерционность Из чего состоит фотодиод? Разновидности фотодиодов P-i-n Для этих полупроводников характерно наличие в зоне p-n перехода участка, обладающего собственной проводимостью и значительной величиной сопротивления. При попадании на этот участок светового потока появляются пары дырок и электронов. Электрополе в данной области постоянно, пространственного заряда нет. Такой вспомогательный слой расширяет диапазон рабочих частот полупроводника. По функциональному назначению p-i-n-фотодиоды разделяют на детекторные, смесительные, параметрические, ограничительные, умножительные, настроечные и другие. Лавинные Этот вид отличается высокой чувствительностью. Его функция – преобразование светового потока в электросигнал, усиленный с помощью эффекта лавинного умножения. Может применяться в условиях незначительного светового потока. В конструкции лавинных фотодиодов используются сверхрешетки, способствующие снижению помех при передаче сигналов. С барьером Шоттки Состоит из металла и полупроводника, вокруг границы соединения которых создается электрическое поле. Главным отличием от обычных фотодиодов p-i-n-типа является использование основных, а не дополнительных носителей зарядов. С гетероструктурой Образуется из двух полупроводников, имеющих разную ширину запрещенной зоны. Гетерогенным называют слой, находящийся между ними. Путем подбора таких полупроводников можно создать устройство, работающее в полном диапазоне длин волн. Его минусом является высокая сложность изготовления. Области применения фотодиодов Оптоэлектронные интегральные микросхемы. Полупроводники обеспечивают оптическую связь, что гарантирует эффективную гальваноразвязку силовых и руководящих цепей при поддержании функциональной связи. Многоэлементные фотоприемники – сканисторы, фоточувствительные аппараты, фотодиодные матрицы. Оптоэлектрический элемент способен воспринимать не только яркостную характеристику объекта и ее изменение во времени, но и создавать полный визуальный образ. Другие сферы использования: оптоволоконные линии, лазерные дальномеры, установки эмиссионно-позитронной томографии. Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по теме Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Разница между светодиодом и фотодиодом

Светодиод

или светоизлучающий диод и фотодиод представляют собой компоненты на основе полупроводников, функцией которых является преобразование световой энергии в электрическую. Светодиод преобразует электрическую энергию в световую, а фотодиод преобразует световую энергию в электрическую. Помимо принципа работы, они имеют довольно много отличий, которые описаны ниже.

• Связанный пост: Разница между фотодиодом и фототранзистором

Прежде чем перейти к списку отличий, давайте сначала рассмотрим их основы.

Содержание

Что такое светодиод?

LED означает Light Emitting Diode . Это тип диода, который работает по принципу электролюминанса. Электролюминанс — это явление, при котором материал излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Свет может быть инфракрасным, видимым и ультрафиолетовым. Символ светодиода напоминает диод со стрелками, направленными наружу, обозначающими излучение света.

Это простой диод с PN-переходом, который излучает свет при прямом смещении. Соединение покрыто прозрачной эпоксидной смолой, чтобы направлять свет, исходящий от соединения, во всех направлениях.

Светодиод представляет собой компонент на основе полупроводников, но некоторые полупроводники обладают таким свойством излучать свет только, например, соединения арсенида галлия, фосфида галлия и фосфида индия. Кремний и германий излучают тепло вместо света, поэтому в светодиодах они не используются. Различные материалы выбираются в зависимости от цвета света.

Светодиод имеет две клеммы: анод (+) и катод (-). Он работает только при прямом смещении, а обратное смещение может привести к его необратимому повреждению.

Светодиод излучает свет или фотоны за счет рекомбинации электронов и дырок. Когда светодиод смещен в прямом направлении, источник возбуждает электроны, которые движутся к переходу и рекомбинируют с дырками. Во время рекомбинации электроны, находящиеся в зоне проводимости (имеющие более высокую энергию, чем в валентной зоне), падают обратно в валентную зону (дырки) и выделяют энергию. Эта энергия равна разнице в этих полосах и находится в форме света. Теперь цвет света зависит от материала полупроводника.

• R elated Сообщение: Светодиод – светоизлучающий диод: конструкция, работа, типы и применение

  8

Что такое фотодиод?

Фотодиод представляет собой диод, работающий по принципу фотоэлектрического эффекта. При фотоэффекте энергия света преобразуется в электрическую энергию. Символ фотодиода аналогичен светодиоду, за исключением направленных внутрь стрелок, показывающих свет, падающий на фотодиод.

Материал, используемый для производства фотодиодов, включает, помимо прочего, кремний, германий и индий-галлий-арсенид. Тип материала и концентрация легирования определяют рабочие параметры фотодиода, такие как время отклика, чувствительность, напряжение пробоя, темновой ток и экономическая выгода.

Имеет две клеммы: анод и катод. Но он работает с обратным смещением, когда на него падает свет или фотоны. Даже в отсутствие света существует ток утечки, называемый темновым током. Однако это вызывает ошибки в считывании фотодетектора.

Фотодиод преобразует свет или фотон в электрический ток благодаря фотоэлектрическому эффекту. Когда фотон попадает на открытое соединение фотодиода, он генерирует электронно-дырочные пары. Из-за встроенного электрического поля между полупроводником P-типа и N-типа электрон и дырка текут в противоположном направлении и в конечном итоге во внешнюю цепь.

Можно сказать, что светодиод и фотодиод полностью противоположны друг другу в работе, т.е. светодиод преобразует электрическую энергию в световую, а фотодиод преобразует световую энергию в электрическую.

• Связанный пост: Фотодиод: типы, конструкция, работа, режимы, производительность и применение

Сравнение

между светодиодами и фотодиодами

В следующей таблице показаны некоторые из основных различий между светодиодами (LED) и фотодиодами.

Светодиод – светоизлучающий диод	Фотодиод
Светодиод или светоизлучающий диод преобразует электрическую энергию в световую.	Фотодиод преобразует электрическую энергию в световую.
Символ светодиода:	Символ фотодиода:
Работает по принципу электролюминанса, т.е. материал излучает световую энергию, когда через него проходит ток.	Работает по принципу фотоэффекта.
Рекомбинация электрона и дырки испускает фотон.	Фотон, ударяясь о соединение, возбуждает электроны, образующие электронно-дырочные пары, которые генерируют ток.
Используется для излучения света.	Используется для обнаружения света.
Его символ показывает стрелки, направленные наружу.	Его символ показывает стрелки, направленные внутрь.
Кремний и германий не излучают свет. Используются соединения галлия, арсенида и фосфида.	В зависимости от характеристик можно использовать любой полупроводник, не ограничивающийся кремнием и германием.
Светодиод покрыт эпоксидной смолой куполообразной формы, которая равномерно рассеивает свет во всех направлениях.	Фотодиод имеет большую линзу, которая фокусирует свет на переходе.
Используется только при прямом смещении.	Используется при обратном смещении.
Обратное смещение светодиода может привести к его необратимому повреждению.	Может использоваться как при прямом, так и при обратном смещении.
Обратный ток утечки отсутствует.	Имеется значительный обратный ток насыщения, поскольку он работает при обратном смещении.
При отсутствии электрического тока излучение света отсутствует.	В отсутствие света через него протекает ток, называемый темновым током.
Светодиод используется для освещения, освещения и отображения на буквенно-цифровых и вывесках.	Фотодиод применяется для светочувствительной защиты, защиты цепей с помощью оптопары, высокоскоростной оптической связи.

Похожие сообщения:

• Разница между LDR (фоторезистором) и фотодиодом
• Разница между фотодиодом и фототранзистором
• Разница между LED и LDR

Основные различия между фотодиодом и светодиодом

Вот некоторые из основных различий между светодиодом и фотодиодом.

Фотодиод — это тип диода, который генерирует ток, когда на него падает свет.

Назначение

• Функция светодиода заключается в преобразовании электрической энергии в световую.
• Фотодиод предназначен для преобразования световой энергии в электрическую.

Принцип работы

• Светодиод работает по принципу электролюминации.
• Фотодиод работает по принципу фотоэлектрического эффекта.

Материал

• Для светодиодов требуются материалы, которые излучают свет при электронно-дырочной комбинации, такие как соединения галлия, арсенида и фосфида. Кремний и германий излучают только тепловую энергию.
В фотодиоде
• используется любой полупроводник, такой как кремний и германий.

Смещение

• Светодиод используется только при прямом смещении. Обратное смещение может навсегда повредить его.
• В обратном смещении используется фотодиод. Обратное смещение увеличивает его чувствительность.

Обратный ток утечки

• Обратный ток утечки отсутствует.
• Имеется значительный обратный ток, так как он работает при обратном смещении.

Области применения

• Светодиоды используются для освещения благодаря своей энергосберегающей функции, а также в цифровых дисплеях, таких как цифровые часы и рекламные щиты. И последнее, но не менее важное: они широко используются для украшения детских игрушек.
• Фотодиод в качестве датчика используется для измерения интенсивности света в различных электронных схемах. Он используется в солнечных панелях для преобразования солнечной энергии в электрическую. Он также используется для гальванической развязки двух цепей.

Похожие сообщения:

• Разница между термистором и термопарой
• Разница между датчиком и приводом
• Разница между датчиком и преобразователем
• Разница между Clipper и Clipper Circuit
• Разница между транзистором и тиристором (SCR)?
• Разница между активными и пассивными компонентами
• Разница между JFET и MOSFET
• Основное различие между Clipper и Clipper Circuit
• Разница между D-MOSFET и E-MOSFET
• Разница между BJT и FET транзисторами
• Разница между RTD и термопарой
• Применение диодов

URL скопирован

Показать полную статью

Связанные статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

Фотодиоды и мощные светодиоды от Jenoptik

Дом Продукты Оптоэлектроника Фотодиоды и светодиоды

РекомендоватьFacebook Twitter LinkedIn

Фотодиоды и светодиоды Jenoptik легко интегрируются в существующие системы или адаптируются к оптоэлектронным приложениям, а также устраняют необходимость во внешних фильтрах.

Мы предлагаем широкий ассортимент фотодиодов и светодиодов в различных корпусах, которые вы можете легко интегрировать в существующие системы. Мы можем разрабатывать и производить индивидуальные модули для приложений на основе датчиков с оптимизированными 9Технология чип-на-плате 0007 , при которой микросхемы без крышек устанавливаются непосредственно на печатную плату, что обеспечивает оптимальный отвод тепла при минимальных требованиях к пространству.

Фотодиоды Jenoptik могут использоваться для обнаружения светового, ИК- или УФ-излучения . Наши фотодиоды характеризуются высокой долговременной стабильностью , оптическими фильтрами, встроенными на уровне чипа, и превосходным отношением сигнал/шум.

Светодиоды Jenoptik работают в спектральном диапазоне от 360 до 1750 нанометров . В дополнение к нашим светодиодам для стандартных применений мы также предлагаем мощные светодиоды Jumbo ^® , точечные светодиодные источники и миниатюрные светодиодные дисплеи. Светодиоды Jumbo LED сочетают в себе максимальную мощность луча и минимальные размеры. Наши миниатюрные дисплеи могут отражаться на пути луча биноклей и других оптических устройств, что позволяет одновременно видеть дисплей и объект .

Благодаря многолетнему опыту и обширным знаниям наши специалисты могут изготовить светодиоды и фотодиоды в соответствии с вашими конкретными требованиями. Мы будем поддерживать вас на всех этапах, начиная с планирование и разработка — серийное производство и обслуживание .

Преимущества

• Надежный: малошумный, эффективный
• Стабильный: длительный срок службы и минимальные колебания параметров
• Гибкость: простая интеграция в существующие системы
• Универсальность: подходит для различных оптоэлектронных приложений
• В зависимости от заказчика: адаптируется к вашим индивидуальным требованиям, интеграция передатчиков и приемников для построения модулей

Области применения

• Автомобильная промышленность: для датчиков дождя, систем предупреждения о выходе из полосы движения, цифровой передачи данных в транспортных средствах
• Безопасность дорожного движения: для датчиков дневного света/туннелей, измерения расстояния и скорости
• Медицинская техника: для диагностики и терапии, например, для флуоресцентных анализов, анализов крови
• Технологии автоматизации: для поворотных энкодеров
• Техника безопасности: для оптоэлектронных датчиков, световых барьеров и прожекторов
• Техническое освещение: для внутреннего и наружного освещения, напр.