Site Loader

Содержание

Разница между Светодиодом и Фотодиодом

Одно из основных различий между Светодиодом (LED) и Фотодиодом связано с принципом их работы. Светодиод – это устройство, которое работает по принципу электролюминесценции, то есть люминесценции, возбуждаемой электрическим полем, тогда как работа Фотодиода связана с фотовольтаическим принципом, при котором под воздействии света в веществе возникает напряжение или электрический ток. 

При наличии внешнего потенциала на светодиоде он излучает свет. Тогда как в фотодиодах необходимо обеспечить некоторую внешнюю световую энергию, чтобы обеспечить проводимость через устройство. В этой статье вы познакомитесь с некоторыми другими важными различиями между ними.

Содержание
  1. Обзор и основные отличия
  2. Что такое Светодиод?
  3. Что такое Фотодиод?
  4. В чем разница между Светодиодом и Фотодиодом?
  5. Заключение
Что такое Светодиод

LED – это аббревиатура, используемая для обозначения светодиода. По сути, это устройство с прямым смещением, которое излучает свет, когда на его клеммы подается внешний потенциал. Работа светодиода основана на принципе электролюминесценции. При наличии внешнего потенциала происходит рекомбинация электронов и дырок. Из-за этой рекомбинации выделяется некоторая энергия в виде тепла или света. Но в светодиодах высвобождение большей части энергии происходит в виде света. По этой причине эти диоды обладают способностью излучать свет.

Структура светодиода

Теперь возникает вопрос, какой фактор определяет излучение света через светодиод? Этим фактором является полупроводниковый материал, используемый для изготовления диодов. Когда диоды изготавливаются из кремния или германия, рекомбинация производит энергию в виде тепла. В то время как в случае материалов GaAsP (арсенид фосфида галлия) или GaP (Фосфид галлия) большая часть энергии излучается в виде света.

Принцип работы светодиодов заключается в следующем: Когда “p-n” переход смещен в прямом направлении, сторона “p” подключена к положительной клемме батареи, а сторона “n” подключена к отрицательной клемме батареи. Так как противоположные заряды притягиваются, а подобные заряды отталкиваются, следовательно, когда мы прикладываем прямое напряжение, дырки испытывают силу отталкивания от положительного вывода и движутся к “n” стороне, тогда как электроны перемещаются со стороны “n” на сторону “p”. Таким образом, как свободные электроны, так и дырки переносят электрический ток в прямом смещенном состоянии. В то время как в условиях обратного смещения имеется поток только неосновных носителей, поэтому ток протекает очень маленький и проводимость не возникает.

В нашем случае, в прямом смещенном состоянии дырки, присутствующие в “р” стороне, отталкиваются при подключении к ней положительной клеммы батареи. И электроны, присутствующие в стороне “n”, отталкиваются при подключении к ней отрицательной клеммы батареи. Эта сила заставляет дырки и электроны рекомбинировать после преодоления потенциального барьера. Рекомбинация в среде происходит посредством исчезновения пар свободных носителей с противоположным зарядом, при этом выделяется энергия.

Свободные электроны присутствуют в зоне проводимости, и эта зона находится выше валентной зоны. Валентная зона содержит дырки. Таким образом, электроны присутствуют в более высоком энергетическом состоянии и, чтобы соединиться с дырками, присутствующими в более низком энергетическом состоянии, они должны выделять некоторую энергию. И такие материалы, как GaAsP или GaP, выделяют эту энергию в виде света. То есть, светодиод излучает свет из-за рекомбинации электронов и дырок, когда ему предоставляется внешний потенциал.

Что такое Фотодиод

Само название “фотодиод” говорит о его работе. По сути, фотодиод – это устройство, работа которого зависит от предоставляемого ему освещения. Фотодиод – это диод с обратным смещением, поскольку он работает в обратном режиме. На рисунке изображен обратносмещенный “p-n-переход”, на котором изображен фотодиод:

Структура фотодиода

На приведенном выше рисунке, “p-n-переход” устройства подвергается воздействию света. В обратном смещенном состоянии на “p-n-переходе” существует широкая обедненной область. В обедненной области присутствуют нейтральные атомы, так как эта область обеднена носителями заряда. Даже при отсутствии внешнего освещения на стыке, то за счет обратного приложенного потенциала, неосновные носители будут течь и генерировать обратный ток утечки. Этот ток называется как темновой ток.

Но как только переход снабжается внешним светом, то из-за повышения температуры перехода электрон и дырка, присутствующие в обедненной области, освобождаются. Таким образом, их движение производит электрический ток.

С увеличением интенсивности излучаемого света температура перехода также увеличивается. С увеличением температуры генерация пары электрон-дырка также будет увеличиваться, что в результате увеличивает ток, протекающий через устройство.

В чем разница между Светодиодом и Фотодиодом
  • Светодиод преобразует электрическую энергию, подаваемую на его клеммы, в эквивалентную световую форму. Напротив, фотодиод способен преобразовывать поступающую световую энергию в эквивалентную электрическую форму.
  • Светодиод работает только в прямом смещенном состоянии. В то время как фотодиод-это в диод с обратным смещением.
  • Поскольку светодиоды смещены в прямом направлении, у них нет тока утечки. Тогда как из-за обратного приложенного напряжения на выводах фотодиода протекает обратный ток утечки, который известен как темновой ток.
  • Светодиоды изготавливаются из таких материалов, как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия или фосфид галлия. В отличие от этого, фотодиоды изготавливаются из таких материалов, как кремний, арсенид индия и галлия.
  • Светодиод способен излучать свет, но не может его обнаружить. Однако фотодиод может обнаруживать свет, но не может его испускать.
  • Светодиоды в основном применяются в электронных системах индикации, освещении транспортных средств, в системах световой индикации. В то время как фотодиоды применяются в солнечных панелях, в логических схемах и телевидении.
Заключение

Из приведенного выше обсуждения мы можем сделать вывод, что хотя светодиод и фотодиод оба являются двумя типами диодов. Но их принципы работы совершенно отличаются друг от друга. Светодиод работает по принципу электролюминесценции, тогда как Фотодиод работает в соответствии с фотовольтаическим принципом. Это является причиной того, что оба находят применение в разных областях.

Фотодиоды. Виды и устройство. Работа и характеристики

Особое место в электротехнике занимают фотодиоды, которые применяются в различных устройствах и приборах. Фотодиодом называется полупроводниковый элемент, по своим свойствам подобный простому диоду. Его обратный ток прямо зависит от интенсивности светового потока, падающего на него. Чаще всего в качестве фотодиода применяют полупроводниковые элементы с р-n переходом.

Устройство и принцип действия

Фотодиоды входят в состав многих электронных устройств. Поэтому они и приобрели широкую популярность. Обычный светодиод – это диод с р-n переходом, проводимость которого зависит от падающего на него света. В темноте фотодиод обладает характеристиками обычного диода.

1 – полупроводниковый переход.
2 – положительный полюс.
3 – светочувствительный слой.
4 – отрицательный полюс.

При действии потока света на плоскость перехода фотоны поглощаются с энергией, превышающей предельную величину, поэтому в n-области образуются пары носителей заряда — фотоносители.

При смешивании фотоносителей в глубине области «n» основная часть носителей не успевает рекомбинировать и проходит до границы р-n. На переходе фотоносители делятся электрическим полем. При этом дырки переходят в область «р», а электроны не способны пройти переход, поэтому накапливаются возле границы перехода р-n, а также области «n».

Обратный ток диода при воздействии света повышается. Значение, на которое повышается обратный ток, называют фототоком.

Фотоносители в виде дырок осуществляют положительный заряд области «р», по отношению к области «n». В свою очередь электроны производят отрицательный заряд «n» области относительно «р» области. Возникшая разность потенциалов называется фотоэлектродвижущей силой, и обозначается «Еф». Электрический ток, возникающий в фотодиоде, является обратным, и направлен от катода к аноду. При этом его величина зависит от величины освещенности.

Режимы работы
Фотодиоды способны функционировать в следующих режимах:
  • Режим фотогенератора. Без подключения источника электричества.
  • Режим фотопреобразователя. С подключением внешнего источника питания.

В работе фотогенератора фотодиоды используются вместо источника питания, которые преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Такие фотогенераторы называются солнечными элементами. Они являются основными частями солнечных батарей, применяемых в различных устройствах, в том числе и на космических кораблях.

КПД солнечных батарей на основе кремния составляет 20%, у пленочных элементов этот параметр значительно больше. Важным свойством солнечных батарей является зависимость мощности выхода к весу и площади чувствительного слоя. Эти свойства достигают величин 200 Вт / кг и 1 кВт/м2.

При функционировании фотодиода в качестве фотопреобразователя, источник напряжения подключается в схему обратной полярностью. При этом применяются обратные графики вольт-амперной характеристики при разных освещенностях.

Напряжение и ток на нагрузке Rн определяются на графике по пересечениям характеристики фотодиода и нагрузочной линии, которая соответствует резистору Rн. В темноте фотодиод по своему действию равнозначен обычному диоду. Ток в режиме темноты для кремниевых диодов колеблется от 1 до 3 микроампер, для германиевых от 10 до 30 микроампер.

Виды фотодиодов

Существует несколько различных видов фотодиодов, которые имеют свои достоинства.

pin фотодиод

В области р-n у этого диода имеется участок с большим сопротивлением и собственной проводимостью. При воздействии на него света возникают пары дырок и электронов. Электрическое поле в этой зоне имеет постоянное значение, пространственный заряд отсутствует.

Этот вспомогательный слой значительно снижает емкость запирающего слоя, и не зависит от напряжения. Это расширяет полосу рабочих частот диодов. В результате скорость резко повышается, и частота достигает 1010 герц. Повышенное сопротивление этого слоя значительно уменьшает ток работы при отсутствии освещения. Чтобы световой поток смог проникнуть через р-слой, он не должен быть толстым.

 
Лавинные фотодиоды

Такой вид диодов является полупроводниками с высокой чувствительностью, которые преобразуют освещение в сигнал электрического тока с помощью фотоэффекта. Другими словами, это фотоприемники, усиливающие сигнал вследствие эффекта лавинного умножения.

1 — омические контакты 2 — антиотражающее покрытие

Лавинные фотодиоды более чувствительны, в отличие от других фотоприемников. Это дает возможность применять их для незначительных мощностей света.

В конструкции лавинных фотодиодов применяются сверхрешетки. Их суть заключается в том, что значительные различия ударной ионизации носителей приводят к падению шумов.

Другим достоинством применения аналогичных структур является локализация лавинного размножения. Это также снижает помехи. В сверхрешетке толщина слоев составляет от 100 до 500 ангстрем.

Принцип действия

При обратном напряжении, близком к величине лавинного пробоя, фототок резко усиливается за счет ударной ионизации носителей заряда. Действие заключается в том, что энергия электрона повышается от внешнего поля и может превзойти границу ионизации вещества, вследствие чего встреча этого электрона с электроном из зоны валентности приведет к появлению новой пары электрона и дырки. Носители заряда этой пары будут ускоряться полем и могут способствовать образованию новых носителей заряда.

Характеристики

Свойства таких световых диодов можно описать некоторыми зависимостями.

Вольт-амперная

Эта характеристика является зависимостью силы тока при постоянном потоке света от напряжения.

I — ток M — коэффициент умножения U — напряжение

Световая

Это свойство является зависимостью тока диода от освещения. При возрастании потока света, фототок повышается.

Спектральная

Это свойство является зависимостью тока диода от длины световой волны, и является шириной пограничной зоны.

Постоянная времени

Это время, за которое фототок диода меняется после подачи света в сравнении с установившимся значением.

Темновое сопротивление

Это значение сопротивления диода в темноте.

Инерционность
Факторы, влияющие на эту характеристику:
  • Время диффузии неравновесных носителей заряда.
  • Время прохождения по р-n переходу.
  • Период перезарядки емкости барьера р-n перехода.
Сфера применения

Фотодиоды являются основными элементами многих оптоэлектронных приборов.

Интегральные микросхемы (оптоэлектронные)

Фотодиод может иметь значительную скорость работы, но коэффициент усиления тока составляет не более единицы. Вследствие оптической связи микросхемы имеют существенные преимущества: идеальная гальваническая развязка цепей управления от мощных силовых цепей. При этом между ними сохраняется функциональная связь.

Фотоприемники с несколькими элементами

Эти устройства в виде фотодиодной матрицы, сканистора, являются новыми прогрессивными электронными устройствами. Их оптоэлектронный глаз с фотодиодом может создавать реакцию на пространственные и яркостные свойства объектов. Другими словами, он может видеть полный его зрительный образ.

Количество ячеек, чувствительных к свету, очень большое. Поэтому, кроме вопросов быстродействия и чувствительности, необходимо считывание информации. Все фотоприемники с множественными фотоэлементами являются сканирующими системами, то есть, приборами, которые позволяют анализировать исследуемое пространство последовательным поэлементным просмотром.

Фотодиоды также нашли широкое применение в оптоволоконных линиях, лазерных дальномерах. Недавно такие световые диоды стали использоваться в эмиссионно-позитронной томографии.

В настоящее время имеются образцы светочувствительных матриц, состоящих из лавинных фотодиодов. Их эффективность и область применения зависит он некоторых факторов.

Наиболее влияющими оказались такие факторы:
  • Суммарный ток утечек, образующийся путем сложения шумов и тока при отсутствии света.
  • Квантовая эффективность, определяющая долю падающих квантов, приводящих к возникновению тока и носителей заряда.
Похожие темы:

Начало работы

Название каждого фотодиода соответствует длинноволновой границе его чувствительности и размеру чувствительной площадки. Для измерения метана требуется фотодиод, перекрывающий его полосу поглощения около 3,4 мкм и спектрально согласованный со светодиодом Lms34LED. Для этой цели мы предлагаем фотодиоды с длинноволновой границей чувствительности 3,6 мкм и размером чувствительной области 0,3/0,5 мм – Lms36PD-03/Lms36PD-05. Ниже представлен спектр фотодиода Lms36PD-05:


Спектр фоточувствительности фотодиода Lms36PD-05


В фотодиоде происходит преобразование оптического излучения, попадающего на чувствительную площадку, в электрический ток. Возможно несколько вариантов подключения и работы фотодиода:
▪ фотовольтаический (фотогальванический) режим – фотодиод работает без внешнего обратного смещения как источник тока
▪ фотодиодный режим – на фотодиод подается внешнее обратное смещение
Ниже представлены соответствующие схемы подключения фотодиодов:

Для обеспечения оптимальной работы ИК фотодиодов нашего производства и получения наиболее низкого уровня шума мы рекомендуем использовать фотовольтаический режим без внешнего смещения.
Внимание!
Схемы выше представлены для общего ознакомления. Схемы подключения и полярности для конкретных моделей фотодиода находятся в прилагающихся к приборам техническим паспортам.

Note!
Рекомендуется экранировать фотодиод и подключить землю фотодиода к общей земле используемой электроники.

Предусилитель необходим для преобразования токового сигнала фотодиода в сигнал напряжения и его усиления. Предусилители производства ООО «ЛЕД Микросенсор НТ» обеспечивают работу фотодиода без внешнего обратного смещения в фотовольтаическом режиме. Вы можете выбрать фотодиод со встроенным предусилителем — модель LmsXXPD-XX-R(W)-PA, или отдельную плату предусилителя — PAb.

Подробнее о фотодиодах с предусилителем:

Для получения более высокого соотношения сигнал/шум при использовании оптопар светодиод-фотодиод рекомендуется использовать синхронное детектирование. В этом случае фотодиод детектирует сигнал светодиода только в момент подачи на него питающего импульса, а также производится преобразование полученного импульсного сигнала в постоянный с дополнительным усилением. Для этих целей мы предлагаем синхронный детектор SDM, который синхронизирует работу светодиода с драйвером и фотодиода со встроенным предусилителем, преобразует напряжение с выхода предусилителя фотодиода в сигнал постоянного напряжения с усилением, пропорционально амплитуде входного напряжения.

Подробнее о синхронном детекторе: При наличии всех вышеуказанных устройств можно приступать к работе.
Если используется фотодиод с отдельным предусилителем (PAb), начинайте с шага 1.
Если используется

фотодиод со встроенным предусилителем, перейдите к шагу 4.

1) Пайкой соедините электроды фотодиода (анод, катод и землю) с соответствующими контактами предусилителя.



ВНИМАНИЕ
— Соблюдайте полярность подключения фотодиода: анод помечен красной точкой, катод — черной точкой.

2) Соедините выход предусилителя с клеммником входа синхронного детектора SDM.

3) Соедините клеммник питания предусилителя синхронного детектора со входом питания предусилителя, переходите к шагу 6.



ВНИМАНИЕ
— Проверьте правильность соединений перед включением фотодиода.
— Не соединяйте фотодиод с мультиметром.

4) Соедините выход предусилителя с клеммником входа синхронного детектора SDM.


5) Соедините клеммник питания предусилителя синхронного детектора со входом питания предусилителя.


6) Выберите нужные значения времени усреднения и усиления сигнала синхронного детектора SDM.

ВНИМАНИЕ
Подробную информацию о режимах настройки синхронного детектора см. в соответствующем руководстве по эксплуатации.

7) Тщательно соедините контакты светодиода с клеммником подключения светодиода драйвера.

ВНИМАНИЕ
— Контакт клеммника, помеченный “LED +”, должен быть соединен с анодом светодиода (помечен красной точкой). Неправильное соединение приведет к выходу светодиода из строя.

8) Соедините выход синхронизации драйвера с входом синхронизации синхронного детектора SDM, либо другого синхронизируемого устройства.


9) Выберите параметры питания светодиода (длительность импульса, частоту и ток), если используется драйвер с настраиваемыми параметрами.
ВНИМАНИЕ
Подробную информацию о режимах настройки драйвера см. в соответствующем руководстве по эксплуатации.

10) Соедините клеммник сигнального выхода с устройством обработки сигналов (мультиметр, осциллограф, ПК с АЦП и т. д.).


11) Подключите адаптер питания (12В DC, стабилизированное) к драйверу и синхронному детектору, соблюдая полярность. После выполнения данных шагов на устройстве обработки сигналов появится сигнал, с которым можно работать.

31. Фотодиоды и светодиоды. Структуры и схемы подключений

Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе

Фотодиод, работа которого основана нафотовольтаическом эффекте(разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд (ЭДС)) называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой изолятора i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов ифототранзисторов.

При воздействии квантовизлучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область.Токфотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n

Фотодиод может работать в двух режимах:

-фотогальванический — без внешнего напряжения

-фотодиодный — с внешним обратным напряжением

Особенности:

-простота технологии изготовления и структур

-сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия

-малое сопротивление базы

-малая инерционность

Светодио́д или светоизлучающий диод — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника.

Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиоде имеетсяp-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда —электроныидырки— рекомбинируют с излучениемфотонов(из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:

-Высокий КПД. Современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной лампе с холодным катодом (CCFL).

-Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).

-Длительный срок службы. Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

-Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это — достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.

-Малая инерционность.

-Малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком.

-Низкая стоимость.

-Безопасность — не требуются высокие напряжения.

-Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

-Отсутствие ядовитых составляющих (ртутьи др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.

Фотодиоды свойства, схемы включения, применение. Фотоэлектронные приборы. Принцип работы, основные параметры и характеристики фотодиода

Фоторезистор
ИМХО вымирающий вид. Последний раз я его видел еще в детстве. Обычно представляет собой такой металический кругляк со стеклянным окошком, в котором видна этакая . При освещении его сопротивление падает, правда незначительно, раза в три четыре.

Фототранзистор
Последнее время я на них натыкаюсь постоянно, неиссякаемый источник фототранзисторов — пятидюймовые дисководы. Последний раз я, по цене грязи, надыбал на радио барахолке штук 5 платок от дисковертов, там светотранзисторы стоят напротив дырок контроля записи и вращения дискеты. Еще сдвоенный фототранзистор (а может и фотодиод, как повезет) стоит в обычной шариковой мышке.
Выглядит как обычный светодиод, только корпус прозрачный. Впрочем, светодиоды тоже такие же бывают так что перепутать кто из них кто раз плюнуть. Но это не беда, партизан легко вычисляется обычным мультиметром. Достаточно включить омметр между его эмитером и коллектором (базы у него нет) и посветить на него, как его сопротивление рухнет просто катастрофически — с десятков килоом до считанных ом. Тот который у меня в детекторе вращения шестерен в роботе меняет свое сопротивление с 100кОм до 30 Ом. Работает фототранзистор подобно обычному — держит ток, но в качестве управляющего воздействия тут не ток базы, а световой поток.

Фотодиод
Внешне ничем не отличается от фототранзистора или обычного светодиода в прозрачном корпусе. Также порой встречаются древние фотодиоды в металлических корпусах. Обычно это совковые девайсы, марки ФД-чето там. Такой металлический цилиндрик с окошком в торце и торчащими из задницы проводками.

В отличии от фототранзистора, может работать в двух разных режимах. В фотогальваническом и фотодиодном.
В первом, фотогальваническом, варианте фотодиод ведет себя как солнечная батарейка, то есть посветил на него — на выводах возникло слабенькое напряжение. Его можно усилить и применить =). Но куда проще работать в фотодиодном режиме. Тут мы подаем на фотодиод обратное напряжение. Поскольку он хоть и фото, но диод, то в обратную сторону напряжение не пойдет, а значит его сопротивление будет близко к обрыву, а вот если его засветить, то диод начнет очень сильно подтравливать и сопротивление его будет резко падать. Причем резко, на пару порядков, как у фототранзистора.

Спектр
Кроме типа прибора у него еще есть рабочий спектр. Например, фотодетектор заточенный на инфракрасный спектр (а их большинство) практически не реагирует на свет зеленого или синего светодиода. Плохо реагирует на лампу дневного света, но хорошо реагирует на лампу накаливания и красный светодиод, а уж про инфракрасный и говорить нечего. Так что не удивляйся если у тебя фотодатчик плохо реагирует на свет, возможно ты со спектром ошибся.

Подключение
Теперь пора показать как это подключить к микроконтроллеру. С фоторезистором все понятно, тут заморочек нет никаких — берешь и подцепляешь как по схеме.
С фотодиодом и фототранзистором сложней. Надо определить где у него анод/катод или эмитер/коллектор. Делается это просто. Берешь мультиметр, ставишь его в режим прозвонки диодов и цепляешься на свой датчик. Мультиметр в этом режиме показывает падение напряжения на диоде/транзисторе, а падение напряжения тут в основном зависит от его сопротивления U=I*R. Берешь и засвечиваешь датчик, следя за показаниями. Если число резко уменьшилось, значит ты угадал и красный провод у тебя на катоде/коллекторе, а черный на аноде/эмитторе. Если не изменилось, поменяй выводы местами. Если не помогло, то либо детектор дохлый, либо ты пытаешься добиться реакции от светодиода (кстати, светодиоды тоже могут служить детекторами света, но там не все так просто. Впрочем, когда будет время я покажу вам это технологическое извращение).


Теперь о работе схемы, тут все элементарно. В затемненном состоянии фотодиод не пропускает ток в обратном направлении, фототранзистор тоже закрыт, а у фоторезистора сопротивление весьма высоко. Сопротивление входа близко к бесконечности, а значит на входе будет полное напряжение питания aka логическая единица. Стоит теперь засветить диод/транзистор/резистор как сопротивление резко падает, а вывод оказывается посажен наглухо на землю, ну или весьма близко к земле. Во всяком случае сопротивление будет куда ниже 10кОмного резистора, а значит напряжение резко пропадет и будет где то на уровне логического нуля. В AVR и PIC можно даже резистор не ставить, вполне хватит внутренней подтяжки. Так что DDRx=0 PORTx=1 и будет вам счастье. Ну а обратывать это как обычную кнопку. Единственная сложность может возникнуть с фоторезистором — у него не настолько резко падает сопротивление, поэтому до нуля может и не дотянуть. Но тут можно поиграть величиной подтягивающего резистора и сделать так, чтобы изменения сопротивления хватало на переход через логический уровень.

Если надо именно измерять освещенность, а не тупо ловить светло/темно, то тогда надо будет подцеплять все на АЦП и подтягивающий резистор делать переменным, для подстройки параметров.

Есть еще продвинутый тип фотодатчиков — TSOP там встроенный детектор частоты и усилитель, но о нем я напишу чуть попозже.

З.Ы.
У меня тут некоторые запарки, поэтому сайт будет сильно тупить с обновлением, думаю это до конца месяца. Дальше надеюсь вернуться в прежний ритм.

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 (т.е. атомов с пространством для электронов), 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.

Другие материалы по теме

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Простой фотодиод представляет собой обычный полупроводниковый диод, в котором обеспечивается возможность воздействия оптического излучения на р–n-переход.

В сбалансированном состоянии, когда поток излучения стопроцентно отсутствует, концентрация носителей, рассредотачивание потенциала и энергетическая зонная диаграмма фотодиода стопроцентно соответствуют обыкновенной p-n-структуре.

При воздействии излучения в направлении, перпендикулярном плоскости p-n-перехода, в итоге поглощения фотонов с энергией, большей, чем ширина нелегальной зоны, в n-области появляются электронно-дырочные пары. Эти электроны и дырки именуют фотоносителями .

При диффузии фотоносителей в глубь n-области основная толика электронов и дырок не успевает рекомбинировать и доходит до границы p–n-перехода. Тут фотоносители делятся электронным полем p–n-перехода, при этом дырки перебегают в p-область, а электроны не могут преодолеть поле перехода и накапливаются у границы p–n-перехода и n-области.

Таким образом, ток через p–n-переход обоснован дрейфом неосновных носителей – дырок. Дрейфовый ток фотоносителей именуется фототоком .

Фотоносители – дырки заряжают p-область положительно относительно n-области, а фотоносители – электроны – n-область негативно по отношению к p-области. Возникающая разность потенциалов именуется фотоЭДС Eф. Генерируемый ток в фотодиоде – оборотный, он ориентирован от катода к аноду, при этом его величина тем больше, чем больше освещенность.

Фотодиоды могут работать в одном из 2-ух режимов – без наружного источника электронной энергии (режим фотогенератора) или с наружным источником электронной энергии (режим фотопреобразователя).

Фотодиоды, работающие в режиме фотогенератора, нередко используют в качестве источников питания, модифицирующих энергию солнечного излучения в электронную. Они именуются солнечными элементами и входят в состав солнечных батарей, применяемых на космических кораблях и спутниках.

КПД кремниевых солнечных частей составляет около 20 %, а у пленочных солнечных частей он может иметь существенно большее значение. Необходимыми техническими параметрами солнечных батарей являются дела их выходной мощности к массе и площади, занимаемой солнечной батареей. Эти характеристики добиваются значений 200 Вт/кг и 1 кВт/м2, соответственно.

При работе фотодиода в фотопреобразовательном режиме источник питания Е врубается в цепь в запирающем направлении (рис. 1, а). Употребляются оборотные ветки ВАХ фотодиода при разных освещенностях (рис. 1,б).

Рис. 1. Схема включения фотодиода в фотопреобразовательном режиме: а — схема включения, б — ВАХ фотодиода.

Ток и напряжение на нагрузочном резисторе Rн могут быть определены графически по точкам скрещения ВАХ фотодиода и полосы нагрузки, соответственной сопротивлению резистора Rн. При отсутствии освещенности фотодиод работает в режиме обычного диода. Темновой ток у германиевых фотодиодов равен 10 — 30 мкА, у кремниевых 1 — 3 мкА.

Если в фотодиодах использовать обратимый электронный пробой, сопровождающийся лавинным умножением носителей заряда, как в полупроводниковых стабилитронах, то фототок, а как следует, и чувствительность существенно вырастут.

Чувствительность лавинных фотодиодов может быть на несколько порядков больше, чем у обычных фотодиодов (у германиевых – в 200 – 300 раз, у кремниевых – в 104 – 106 раз).

Лавинные фотодиоды являются быстродействующими фотоэлектрическими устройствами, их частотный спектр может достигать 10 ГГц. Недочетом лавинных фотодиодов является более высочайший уровень шумов по сопоставлению с обыкновенными фотодиодами.

Рис. 2. Схема включения фоторезистора (а), УГО (б), энергетическая (в) и вольт-амперная (г) свойства фоторезистора.

Не считая фотодиодов, используются фоторезисторы (рис 2), фототранзисторы и фототиристоры, в которых используется внутренний фотоэффект. Соответствующим недостатком их является высочайшая инерционность (граничная рабочая частота fгр

Конструкция фототранзистора подобна обыкновенному транзистору, у которого в корпусе имеется окошко, через которое может освещаться база. УГО фототранзистора – транзистор с 2-мя стрелками, направленными к нему.

Светодиоды и фотодиоды нередко употребляются в паре. При всем этом они помещаются в один корпус таким образом, чтоб светочувствительная площадка фотодиода размещалась напротив излучающей площадки светодиода. Полупроводниковые приборы, использующие пары «светодиод – фотодиод», именуются оптронами (рис. 3).

Рис. 3. Оптрон: 1 – светодиод, 2 – фотодиод

Входные и выходные цепи в таких устройствах оказываются электрически никак не связанными, так как передача сигнала осуществляется через оптическое излучение.

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ — электровакуумные или полупроводниковые приборы,преобразующие эл—магн. сигналы оптич. диапазона в электрические токи, напряжения или преобразующие изображения в невидимых (напр., ИК) лучах в видимые изображения. Ф. п. предназначены для преобразования, накопления, хранения, передачи и воспроизведения информации (включая информацию в виде изображения объекта). Действие Ф. п. основано на использовании фотоэффектов: внешнего (фотоэлектронной эмиссии), внутреннего (фотопроводимости) или вентильного. К Ф. п. относятся разл. фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, фоторезисторы , фотодиоды, электронно-оптич. преобразователи, усилители яркости изображения, а также передающие электронно-лучевые трубки.

Фотоэлектронными называются приборы, преобразующие энергию оптического излучения в электрическую. В спектре длин волн оптического излучения для фотоэлектронных приборов в основном используются ультрафиолетовые излучения (диапазон длин волн λ=10-400 нм), видимое (λ=0,38-0,76 мкм) и инфракрасное (λ=0,74-1 мкм).
Работа фотоэлектронных приборов основана на явлениях внутреннего и внешнего фотоэффектов. Внутренний фотоэффект, используемый в основном в полупроводниковых фотоэлектронных приборах, заключается в том, что под действием лучистой энергии оптического излучения электроны получают дополнительную энергию для их освобождения от межатомных связей и перехода из валентной зоны в зону проводимости, в результате чего электропроводимость полупроводника существенно возрастает. При этом, согласно теории Эйнштейна, энергия световых квантов (фотонов) оптического излучения должна превышать ширину запрещенной зоны полупроводника. (36)
Следовательно, фотоэффект возможен только при воздействии на полупроводник излучения с длиной волны λ ф, меньшей некоторого граничного значения, называемого «красной границей».
(37)
где λ ф – длинноволновая граница спектральной чувствительности материала, мкм;
с – скорость света в вакууме;
– постоянная Планка;
– ширина запрещенной зоны (рис.3), ограниченная краями энергетических зон ЗП, ВЗ, в электрон-вольтах (эВ).
Следует отметить, что возможности фотоэлектронных приборов могут расширяться при воздействии энергии разнообразных источников излучения. Такими источниками могут быть как источники фотонов (солнечная энергия, гамма-излучение, рентгеновское излучение), так и источники частиц с высокой энергией (электронная пушка, бета-излучение, альфа-частицы, протоны и др.) .

Фотодиод – это двухэлектродный полупроводниковый диод, в котором в результате внутреннего фотоэффекта в p-n переходе возникает односторонняя фотопроводимость при воздействии на него оптического излучения. Конструктивно он представляет собой кристалл с p-n переходом, причём световой поток при освещении прибора направляется перпендикулярно плоскости p-n перехода (рис.36). Различают два режима работы фотодиода: фотогенераторный (или, в различных источниках – запирающий, фотогальванический, фотовольтаический, вентильный) – без внешнего источника питания, и фотодиодный (иногда фотопреобразовательный) – с внешним источником.

Рис. 36. Структура фотодиода

Принцип работы фотодиода

Структурная схема фотодиода. 1 — кристалл полупроводника; 2 — контакты; 3 — выводы; Ф — поток электромагнитного излучения; Е — источник постоянного тока; Rн — нагрузка.

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и емкостью p-n-перехода C p-n

Фотодиод может работать в двух режимах:

§ фотогальванический — без внешнего напряжения

§ фотодиодный — с внешним обратным напряжением

Особенности:

§ простота технологии изготовления и структур

§ сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия

§ малое сопротивление базы

§ малая инерционность

Параметры и характеристики фотодиодов

Параметры:

чувствительность

отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприемника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.

Si v =I ΦΦv ; Si ,Ev =I ΦEv — токовая чувствительность по световому потоку

Su e =U ΦΦe ; Si ,Ee =U ΦEe — вольтаическая чувствительность по энергетическому потоку

помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.

Характеристики:

вольт-амперная характеристика (ВАХ)

зависимость выходного напряжения от входного тока. U Φ=f (I Φ)

спектральные характеристики

зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещенной зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.

световые характеристики

зависимость фототока от освещенности, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещенности. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.

постоянная времени

это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63%) по отношению к установившемуся значению.

темновое сопротивление

сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.

Инерционность

Устройство и основные физические процессы. Упрощенная структура фотодиода приведена на рис. 6.7,а, а его условное графическое изображение – на рис. 6.7,б.

Рис. 6.7. Структура (а) и обозначение (б) фотодиода

Физические процессы, протекающие в фотодиодах, носят обратный характер по отношению к процессам, протекающим в светодиодах. Основным физическим явлением в фотодиоде является генерация пар электрон-дырка в области p-n-перехода и в прилегающих к нему областях под действием излучения.

Генерация пар электрон-дырка приводит к увеличению обратного тока диода при наличии обратного напряжения и к появлению напряжения uак между анодом и катодом при разомкнутой цепи. Причем uак>0 (дырки переходят к аноду, а электроны – к катоду под действием электрического поля p-n-перехода).

Характеристики и параметры. Фотодиоды удобно характеризовать семейством вольт-амперных характеристик, соответствующих различным световым потокам (световой поток измеряется в люменах, лм) или различным освещенностям (освещенность измеряется в люксах, лк).

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) фотодиода представлена на рис. 6.8.

Пусть вначале световой поток равен нулю, тогда ВАХ фотодиода фактически повторяет ВАХ обычного диода. Если световой поток не равен нулю, то фотоны, проникая в область p-n–перехода, вызывают генерацию пар электрон-дырка. Под действием электрического поля p-n–перехода носители тока движутся к электродам (дырки – к электроду слоя p, электроны – к электроду слоя n). В результате между электродами возникает напряжение, которое возрастает при увеличении светового потока. При положительном напряжении анод-катод ток диода может быть отрицательным (четвертый квадрант характеристики). При этом прибор не потребляет, а вырабатывает энергию.

Рис. 6.8. Вольт-амперные характеристики фотодиода

На практике фотодиоды используют и в так называемом режиме фотогенератора (фотогальванический режим, вентильный режим), и в так называемом режиме фотопреобразователя (фотодиодный режим).

В режиме фотогенератора работают солнечные элементы, преобразующие свет в электроэнергию. В настоящее время коэффициент полезного действия солнечных элементов достигает 20 %. Пока энергия, полученная от солнечных элементов, примерно в 50 раз дороже энергии, получаемой из угля, нефти или урана.

Режим фотопреобразователя соответствует ВАХ в третьем квадранте. В этом режиме фотодиод потребляет энергию (u · i > 0) от некоторого обязательно имеющегося в цепи внешнего источника напряжения (рис. 6.9). Графический анализ этого режима выполняется при использовании линии нагрузки, как и для обычного диода. При этом характеристики обычно условно изображаются в первом квадранте (рис. 6.10).

Рис. 6.9 Рис. 6.10

Фотодиоды являются более быстродействующими приборами по сравнению с фоторезисторами. Они работают на частотах 107–1010 Гц. Фотодиод часто используют в оптопарах светодиод-фотодиод. В этом случае различные характеристики фотодиода соответствуют различным токам светодиода (который при этом создает различные световые потоки).

Фотодиод активно используется в современных электронных устройствах, из названия становится понятно, что прибор из себя представляет конструкцию с применением полупроводника, так давайте рассмотрим, что такое фотодиод Фотодиод — это полупроводниковый диод, который обладает свойством односторонней проводимости при воздействия на него оптического излучения. Фотодиод представляет собой полупроводниковый кристалл, обычно с электронно — дырочным переходом (пн). Он снабжен двумя металлическими выводами и вмонтированный в пластмассовый или же в металлический корпус.

Различают два режима работы фотодиода.

1) фотодиодный — когда во внешней цепи фотодиода содержится источник постоянного тока, который создает на переходе обратное смещение и вентильный, когда такой источник отсутствует. В фотодиодном режиме фотодиод, как и фоторезистор используют для управления током. Фототок фотодиода сильным образом зависит от интенсивности падающего излучения и не зависит от напряжения смещения.

2) Вентильный режим — когда фотодиод, как и фотоэлемент, используют в качестве генератора ЭДС.

Основные параметры фотодиода — порог чувствительности, уровень шумов, область спектральной чувствительности лежит в пределах от 0,3 до 15 мкм (микрометров), инерционность — время восстановления фототока, Существуют также фотодиоды с прямой структурой.Фотодиод является составным элементом во многих опто- электронных устройствах. фотодиоды и фотоприемники широко применяются в опронных парах, приемниках излучения видео — аудио сигналов. Широко применяется для принятия сигнала с лазерных диодов в CD и DVD дисководах.

Сигнал от лазерного диода, который в себе содержит кодированную информацию, сначала попадает на фотодиод, который в данных устройствах имеет сложную конструкцию, затем после расшифровки информация поступает на центральный процессор, где после обработки превращается в аудио или видеосигнал. На таком принципе работают все современные дисководы. Так же фотодиоды применяются в различных охранных устройствах, в инфракрасных датчиках движения и присутствия. Очередной обзор для начинающего радиолюбителя подошел к концу, удачи в мире радиоэлектроники — АКА.

Теория для начинающих

Обсудить статью ФОТОДИОДЫ

radioskot.ru

описание принципа работы, схема, характеристики, способы применения

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 (т.е. атомов с пространством для электронов), 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.

www.radioelementy.ru

Фотодиоды

Фотодиодом принято называть полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, вольтамперная характеристика которого зависит от воздействующего на него света.

Условное графическое обозначение, структура и внешний вид фотодиода представлены на рис. 17.6.

Рис. 17.6. Фотодиод:

а — условное графическое обозначение; б – структура; в – внешний вид

Простейший фотодиод представляет собой обычный полупроводниковый диод, в котором обеспечивается возможность воздействия оптического излучения на р-n переход. В равновесном состоянии, когда поток излучения полностью отсутствует, концентрация носителœей, распределœение потенциала и энергетическая зонная диаграмма фотодиода полностью соответствуют обычному p-n переходу (см. рис. 1.3).

При воздействии излучения в направлении, перпендикулярном плоскости p-n перехода, в результате поглощения фотонов с энергией, большей, чем ширина запрещенной зоны, в n области возникают электронно-дырочные пары. Эти электроны и дырки называют фотоносителями. При диффузии фотоносителœей вглубь n области основная доля электронов и дырок не успевает рекомбинировать и доходит до границы p-n перехода. Здесь фотоносители разделяются электрическим полем p-n перехода, причем дырки переходят в p область, а электроны не могут преодолеть поле перехода, и скапливаются у границы p-n перехода и n области. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, ток через p-n переход обусловлен дрейфом небазовых носителœей – дырок. Дрейфовый ток фотоносителœей принято называть фототоком.

Фотоносители – дырки заряжают p область положительно относительно n области, а фотоносители – электроны – n область отрицательно по отношению к p области. Возникающая разность потенциалов принято называть фото ЭДС Eф. Генерируемый ток в фотодиоде – обратный, он направлен от катода к аноду, причем его величина тем больше, чем больше освещенность.

Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов – с внешним источником электрической энергии (режим преобразователя), либо без внешнего источника электрической энергии (режим генератора).

При работе фотодиода в режиме преобразователя на него подают обратное напряжение (рис. 17.7, а). Используются обратные ветви ВАХ фотодиода при различных уровнях освещенности Ф, Ф1, Ф2 (рис. 17.7, б).

Учитывая зависимость отуровня освещённости изменяется обратный ток фотодиода, и на резисторе нагрузки изменяется напряжение. В системах желœезнодорожной автоматики по такой схеме включён германиевый фотодатчик в приборах обнаружения нагретой буксы (германий чувствителœен к ИК лучам, а кремний – к видимому свету).

Рис. 17.7. Работа фотодиода в режиме фотопреобразователя:

а – схема включения; б – вольтамперные характеристики

Фотодиоды, работающие в режиме генератора, используют в качестве источников питания, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Οʜᴎ называются солнечными элементами и входят в состав солнечных батарей. Выходное напряжение солнечной батареи сильно зависит от уровня освещённости. Чтобы получить стабильное напряжение в нагрузке, солнечную батарею используют совместно с аккумулятором. Схема солнечно-аккумуляторной батареи представлена на рис. 17.8.

Рис. 17.8. Принципиальная схема солнечно-аккумуляторной батареи

При максимальной освещённости солнечная батарея питает нагрузку и заряжает аккумулятор. Размещено на реф.рфВ темноте нагрузка питается только от аккумулятора, а чтобы аккумулятор не разряжался на солнечную батарею, в схеме установлен диод VD1.

КПД кремниевых солнечных элементов составляет около 20 %. Важными техническими параметрами солнечных батарей являются отношения их выходной мощности к массе и площади, занимаемой солнечной батареей. Эти параметры достигают значений 200 Вт/кг и 1 кВт/м2 соответственно.

Более подробные сведения о фотодиодах приведены в литературе .

Читайте также

  • — Фоторезисторы и фотодиоды. Устройство, принцип действия

    Лекция 14 Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, принцип действия которых основан на изменение сопротивления полупроводника под действием светового излучения. На рис.7.31 показано устройство фоторезистора, состоящего из диэлектрической подложки 1,… [читать подробнее].

  • — Фотодиоды

    Фотодиодами называют полупроводниковые диоды, в которых осуществляется управление величиной обратного тока с помощью света. Фотодиод устроен так, что в нем обеспечивается доступ света к — переходу. В отсутствие светового потока в фотодиоде при обратном напряжении… [читать подробнее].

  • — Фотодиоды и светодиоды

    Рис. 9. Фотодиод в режиме фотосопротивления Фотодиод в режиме фотосопротивления и его ВАХ показаны на рис. 9. К фотодиоду от источника ЭДС прикладывается обратное напряжение, поэтому его переход закрыт. Если поток равен нулю, то обратный ток через фотодиод примерно… [читать подробнее].

  • — Фотодиоды

    Фотодиод – полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, отображающим процесс преобразования световой энергии в электрическую. Внутренний фотоэффект заключается в том что под действием энергии светового излучения в области p – n – перехода… [читать подробнее].

  • — Фотодиоды

    Фотодиодом называют фотогальванический приёмник с электронно-дырочным переходом, облучение которого светом вызывает увеличение силы обратного тока. Материалом полупроводника фотодиода обычно выступает кремний, сернистое серебро, сернистый таллий или арсенид галлия…. [читать подробнее].

  • — Фотоприемные устройства. Фотоэффект. ПЗС и ФЭУ. Фотодиоды.

    Фотоприемники. В сканерах плоскостного и проекционно­го типов применяются приборы с зарядовой связью (ПЗС), а в барабанных — фотоэлектронные умножители и фотодиоды. Иногда бывает наоборот. Работа ПЗС основана на свойстве конденсаторов МОП-струк­туры (металл — оксид -… [читать подробнее].

  • — Фотодиоды

    Фотодиод имеет структуру обычного p-n- перехода. Обратный ток фотодиода зависит от уровня освещенности. Фотодиоды помещаются в металлический корпус с прозрачным окном. Условное графическое изображение фотодиода и его схема замещения приведены на рис.3.11. На рис.3.12… [читать подробнее].

  • referatwork.ru

    Фотодиоды | Техника и Программы

    Принцип действия фотодиода

    Полупроводниковый фотодиод — это полупроводниковый диод обратный ток которого зависит от освещенности.

    Обычно в качестве фотодиода используют полупроводниковые диоды с р-п переходом, который смещен в обратном направлении внешним источником питания. При поглощении квантов света в р-n переходе или в прилегающих к нему областях образуются новые носители заряда. Неосновные носители заряда, возникшие в областях, прилегающих к р-п переходу на расстоянии, не превь,’ ,ающем диффузионной длины, диффундируют в р-п переход и проходя* через него под действием электрического поля. То есть обратный ток при освещении возрастает. Поглощение квантов непосредственно в р-п переходе приводит к аналогичным результатам. Величина, на которую возрастает обратный ток, называется фототоком.

    Характеристики фотодиодов

    Свойства фотодиода можно охарактеризовать следующими характеристиками:

    Вольт-амперная характеристика фотодиода представляет собой зависимость светового тока при неизменном световом потоке и темнового тока 1т от напряжения.

    Световая характеристика фотодиода обусловлена зависимостью фототока от освещенности. При увеличении освещенности фототок возрастает.

    Спектральная характеристика фотодиода — это зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется для больших длин волн шириной запрещенной зоны, а при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.

    Постоянная времени — это время, в течение которого фото- ток фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63%) по отношению к установившемуся значению.

    Темновое сопротивление — сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.

    Интегральная чувствительность определяется формулой:

    где 1ф — фототок, Ф — освещенность.

    Инерционность

    Существует три физических фактора, влияющих на инерционность:

    1. Время диффузии или дрейфа неравновесных носителей через базу т;

    2. Время пролета через р-n переход т,;

    3. Время перезарядки барьерной емкости р-п перехода, характеризующееся постоянной времени RC6ap.

    Толщина р-п перехода, зависящая от обратного напряжения и концентрации примесей в базе, обычно меньше 5 мкм, а значит, т, — 0,1 не. RC6ap определяется барьерной емкостью р-п перехода, зависящей от напряжения и сопротивления базы фотодиода при малом сопротивлении нагрузки во внешней цепи. Величина RC6ap обычно составляет нескольких наносекунд.

    Расчет КПД фотодиода и мощности

    КПД вычисляется по формуле:

    где Росв — мощность освещенности; I — сила тока;

    U — напряжение на фотодиоде.

    Расчет мощности фотодиода иллюстрирует рис. 2.12 и таблица 2.1.

    Рис. 2.12. Зависимость мощности фотодиода от напряжения и силы тока

    Максимальная мощность фотодиода соответствует максимальной площади данного прямоугольника.

    Таблица 2.1. Зависимость мощности от КПД

    Мощность освещенности, мВт

    Сила тока, мА

    Напряжение, В

    Применение фотодиода в олтоэлектронике

    Фотодиод является составным элементом во многих сложных оптоэлектронных устройствах:

    Оптоэлектронные интегральные микросхемы.

    Фотодиод может обладать большим быстродействием, но его коэффициент усиления фототока не превышает единицы. Благодаря наличию оптической связи оптоэлектронные интегральные микросхемы обладают рядом существенных достоинств, а именно: почти идеальная гальваническая развязка управляющих цепей от силовых при сохранении между ними сильной функциональной связи.

    Многоэлементные фотоприемники.

    Эти приборы (сканистор, фотодиодная матрица с управлением на МОП-транзисторе, фоточувствительные приборы с зарядовой связью и другие) относятся к числу наиболее быстро развивающихся и прогрессирующих изделий электронной техники. Оптоэлектрический «глаз» на основе фотодиода способен реагировать не только на яркостно-временные, но и на пространственные характеристики объекта, то есть воспринимать его полный зрительный образ.

    Число фоточувствительных ячеек в приборе является достаточно большим, поэтому кроме всех проблем дискретного фотоприемника (чувствительность, быстродействие, спектральная область) приходится решать и проблему считывания информации. Все многоэлементные фотоприемники представляют собой сканирующие системы, то есть устройства, позволяющие производить анализ исследуемого пространства путем последовательного его просмотра (поэлементного разложения).

    Как происходит восприятие образов?

    Распределение яркости объекта наблюдения превращается в оптическое изображение и фокусируется на фоточувствительную поверхность. Здесь световая энергия переходит в электрическую, причем отклик каждого элемента (ток, заряд, напряжение) пропорционален его освещенности. Яркостная картина преобразуется в электрический рельеф. Схема сканирования производит периодический последовательный опрос каждого элемента и считывание содержащейся в нем информации. Тогда на выходе устройства мы получаем последовательность видеоимпульсов, в которой закодирован воспринимаемый образ.

    При создании многоэлементных фотоприемников стремятся обеспечить наилучшее выполнение ими функций преобразования и сканирования. Оптроны.

    Оптроном называется такой оптоэлектронный прибор, в котором имеются источник и приемник излучения с тем или иным видом оптической связи между ними, конструктивно объединенные и помещенные в один корпус. Между управляющей цепью (ток в которой мал, порядка нескольких мА), куда включен излучатель, и исполнительной, в которой работает фотоприемник, отсутствует электрическая (гальваническая) связь, а управляющая информация передается посредством светового излучения.

    Это свойство оптоэлектронной пары (а в некоторых видах оптронов присутствует по несколько не связанных друг с другом даже оптически оптопар) оказалось незаменимым в тех электронных узлах, где нужно максимально устранить влияние выходных электрических цепей на входные. У всех дискретных элементов (транзисторов, тиристоров, микросхем, являющихся коммутационными сборками, или микросхем с выходом, позволяющим коммутировать нагрузку большой мощности) управляющие и исполнительные цепи электрически связаны друг с другом. Это часто недопустимо, если коммутируется высоковольтная нагрузка. К тому же, возникающая обратная связь неминуемо приводит к появлению дополнительных помех.

    Конструктивно фотоприемник обычно крепится на дне корпуса, а излучатель — в верхней части. Зазор между излучателем и фотоприемником заполнен иммерсионным материалом — чаще всего эту роль выполняет полимерный оптический клей. Этот материал исполняет роль линзы, фокусирующей излучение на чувствительный слой фотоприемника. Иммерсионный материал снаружи покрыт специальной пленкой, отражающей световые лучи внутрь, чтобы препятствовать рассеянию излучения за пределы рабочей зоны фотоприемника.

    Роль излучателей в оптронах, как правило, выполняют светодиоды на основе арсенид-галлия. Светочувствительные элементы в оптопарах могут представлять собой фотодиоды (оптопары серии АОД…), фототранзисторы, фототринисторы (оптопары серии АОУ.,.) и высокоинтегрированные схемы фотореле. В диодной оптопаре, например, в качестве фотоприемного элемента используется фотодиод на основе кремния, а излучателем служит инфракрасный излучающий диод. Максимум спектральной характеристики излучения диода приходится на длину волны около 1 мкм. Диодные оптопары применяются в фотодиодном и фотогенераторном режимах.

    Транзисторные оптроны (серия АОТ…) имеют некоторые преимущества относительно диодных. Коллекторным током биполярного транзистора управляют как оптически (воздействуя на светодиод), так и электрически по базовой цепи (в данном случае работа фототранзистора при отсутствии излучения управляющего светодиода оптрона практически не отличается от работы обыкновенного кремниевого транзистора). У полевого транзистора управление осуществляется через цепь затвора.

    Кроме того, фототранзистор может работать в ключевом и усилительных режимах, а фотодиод — только в ключевом. Оптроны с составными-транзисторами (например, АОТ1ЮБ), имеют наибольший коэффициент усиления (как и обычный узел на составном транзисторе), могут коммутировать напряжение и ток достаточно больших величин и по данным параметрам уступают только тиристорным оптронам и оптоэлектронным реле типа КР293КП2 — КР293КП4, которые приспособлены для коммутации высоковольтных и сильноточных цепей. Сегодня в розничной продаже появились новые оптоэлектронные реле серий К449 и К294. Серия К449 позволяет коммутировать напряжение до 400 В при токе до 150 мА. Такие микросхемы в четырехвы- водном компактном корпусе DIP-4 приходят на смену маломощным электромагнитным реле и имеют по сравнению с реле массу преимуществ (бесшумность работы, надежность, долговечность, отсутствие механических контактов, широкий диапазон напряжения срабатывания). Кроме того, их доступная цена объясняется тем, что нет необходимости использовать драгметаллы (в реле ими покрываются коммутирующие контакты).

    В резисторных оптронах (например, ОЭП-1) и-злучателями являются электрические минилампы накаливания, помещенные также в один корпус.

    Графическим обозначениям оптронов по ГОСТу присвоен условный код — латинская буква U, после которой следует порядковый номер прибора в схеме.

    В главе 3 книги описаны приборы и устройства, иллюстрирующие применение оптронов.

    Применение фотоприемников

    Любое оптоэлектронное устройство содержит фотоприемный блок. И в большинстве современных оптоэлектронных устройств фотодиод составляет основу фотоприемника.

    В сопоставлении с другими, более сложными фотоприемниками, они обладают наибольшей стабильностью температурных характеристик и лучшими эксплуатационными свойствами.

    Основной недостаток, на который обычно указывают, — отсутствие усиления. Но он достаточно условен. Почти в каждом оп- тоэлектронном устройстве фотоприемник работает на ту или иную согласующую электронную схему. И введение усилительного каскада в нее значительно проще и целесообразнее, чем придание фотоприемнику несвойственных ему функций усиления.

    Высокая информационная емкость оптического канала, связанная с тем, что частота световых колебаний (около 1015 Гц) в 103…104 раз выше, чем в освоенном радиотехническом диапазоне. Малое значение длины волны световых колебаний обеспечивает высокую достижимую плотность записи информации в оптических запоминающих устройствах (до 108 бит/см2).

    Острая направленность (кучность) светового излучения, обусловленная тем, что угловая расходимость луча пропорциональна длине волны и может быть меньше одной минуты. Это позволяет концентрированно и с малыми потерями передавать электрическую энергию в любую область пространства.

    Возможность двойной — временной и пространственной — модуляции светового луча. Так как источник и приемник в опто- электронике не связаны друг с другом электрически, а связь между ними осуществляется только посредством светового луча (электрически нейтральных фотонов), то они не влияют друг на друга. И поэтому в оптоэлектронном приборе поток информации передается лишь в одном направлении — от источника к приемнику. Каналы, по которым распространяется оптическое излучение, не воздействуют друг на друга и практически не чувствительны к электромагнитным помехам, что определяет их высокую помехозащищенность.

    Важная особенность фотодиодов — высокое быстродействие. Они могут работать на частотах до нескольких МГц. обычно изготовляют из германия или кремния.

    Фотодиод является потенциально широкополосным приемником. Этим обуславливается его повсеместное применение и популярность.

    ИК спектра

    Инфракрасный излучающий диод (ИК диод) представляет собой полупроводниковый диод, который при протекании через него прямого тока излучает электромагнитную энергию в инфракрасной области спектра.

    В отличие от видимого человеческим глазом спектра излучения (какое, например, производит обычный светоизлучающий диод на основе фосфида галлия) ИК излучение не может быть воспринято человеческим глазом, а регистрируется с помощью специальных приборов, чувствительных к данному спектру излучения. Среди популярных фотоприемных диодов ИК спектра можно отметить фоточувствительные приборы МДК-1, ФД263-01 и подобные им.

    Спектральные характеристики ИК излучающих диодов имеют выраженный максимум в интервале волн 0,87…0,96 мкм. Эффективность излучения и КПД данных приборов выше, чем у светоизлучающих диодов.

    На основе ИК диодов (которые в электронных конструкциях занимают важное место передатчиков импульсов ИК спектра) конструируются волоконно-оптические линии (выгодно отличающиеся своим быстродействием и помехозащищенностью), многоплановые электронные бытовые узлы и, конечно же, электронные узлы охраны. В этом есть свое преимущество, т.к. ИК луч невидим человеческим глазом и в некоторых случаях (при условии использования нескольких разнонаправленных ИК лучей) определить визуально наличие самого охранного устройства невозможно до его перехода в режим «тревога»). Опыты работы в сфере производства и обслуживания систем охраны на основе ИК излучателей позволяют все же дать некоторую рекомендацию по определению рабочего состояния ИК излучателей.

    Если близко всмотреться в излучающую поверхность ИК диода (например, АЛ147А, АЛ156А), когда на него подан сигнал управления, то можно заметить слабое красное свечение. Световой спектр этого свечения близок к цвету глаз животных альбиносов (крыс, хомяков и т.д.). В темноте ИК свечение еще более выражено. Необходимо заметить, что длительное время всматриваться в излучающий ИК световую энергию прибор нежелательно с медицинской точки зрения.

    Кроме систем охраны, ИК излучающие диоды в настоящее время находят применение в брелоках сигнализации для автомобилей, различного рода беспроводных передатчиках сигналов на расстояние. Например, подключив к передатчику модулированный НЧ сигнал от усилителя, с помощью ИК приемника на некотором расстоянии (зависит от мощности излучения и рельефа местности) можно прослушивать звуковую информацию, телефонные переговоры также можно транслировать на расстояние. Этот способ сегодня менее эффективен, но все же является альтернативным вариантом домашнему радиотелефону. Самым популярным (в быту) применением ИК излучающих диодов являются пульты дистанционного управления различными бытовыми приборами.

    Как может легко убедиться любой радиолюбитель, вскрыв крышку ПДУ, электронная схема этого прибора не сложна и может быть повторена без особых проблем. В радиолюбительских конструкциях, некоторые из которых описаны в третьей главе данной книги, электронные устройства с ИК излучающими и приемными приборами намного проще, чем промышленные устройства.

    Параметры, определяющие статические режимы работы ИК диодов (прямое и обратное максимально допустимое напряжение, прямой ток и т.д.) сходны с параметрами фотодиодов. Основными специфическими параметрами, по которым их идентифицируют, для ИК диодов являются:

    Мощность излучения — Ризл — поток излучения определенного спектрального состава, излучаемого диодом. Характеристикой диода, как источника ИК излучения, является ватт-амперная характеристика — зависимость мощности излучения в Вт (милливаттах) от прямого тока, протекающего через диод. Диаграмма направленности излучения диода показывает уменьшение мощности излучения в зависимости от угла между направлением излучения и оптической осью прибора. Современные ИК диоды различаются между имеющими остронаправленное излучение и рассеянное.

    При конструировании электронных узлов следует учитывать, что дальность передачи ИК сигнала прямо зависит от угла наклона (совмещения передающей и приемной частей устройства) и мощности ИК диода. При взаимозаменах ИК диодов необходимо учитывать этот параметр мощности излучения. Некоторые справочные данные по отечественным ИК диодам приведены в табл. 2.2.

    Данные по взаимозаменам зарубежных и отечественных приборов приведены в приложении. Сегодня наиболее популярными типами ИК диодов среди радиолюбителей считаются приборы модельного ряда АЛ 156 и АЛ147. Они оптимальны по универсальности применения и стоимости.

    Импульсная мощность излучения — Ризл им — амплитуда потока излучения, измеряемая при заданном импульсе прямого тока через диод.

    Ширина спектра излучения — интервал длин волн, в котором спектральная плотность мощности излучения составляет половину максимальной.

    Максимально допустимый прямой импульсный ток 1пр им (ИК диоды в основном используются в импульсном режиме работы).

    Таблица 2.2. Излучающие диоды инфракрасного спектра

    Мощность излучения, мВт

    Длина волны, мкм

    Ширина спектра, мкм

    Напряжение на приборе, В

    Угол излучения, град

    нет данных

    нет данных

    Время нарастания импульса излучения tHapизл — интервал времени, в течение которого мощность излучения диода нарастает с 10 до 100% от максимального значения.

    Параметр времени спада импульса tcnM3J1 аналогичен предыдущему.

    Скважность — Q — отношение периода импульсных колебаний к длительности импульса.

    В основе предлагаемых к повторению электронных узлов (глава 3 данной книги) лежит принцип передачи и приема модулированного ИК сигнала. Но не только в таком виде можно использовать принцип работы ИК диода. Такие оптореле могут работать и в режиме реагирования на отражение лучей (фотоприемник размещается рядом с излучателем). Этот принцип воплощен в электронные узлы, реагирующие на приближение к объединенному приемо-передающему узлу какого-либо предмета или человека, что также может служить датчиком в системах охраны.

    Вариантов применения ИК диодов и устройств на их основе бесконечно много и они ограничиваются только эффективностью творческого подхода радиолюбителя.

    nauchebe.net

    Фотодиод — это… Что такое Фотодиод?

    Фотодиод ФД-10-100 активная площадь-10х10 мм² ФД1604 (активная площадь ячейки 1,2х4мм2 — 16шт) Обозначение на схемах

    Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

    Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

    Описание

    Структурная схема фотодиода. 1 — кристалл полупроводника; 2 — контакты; 3 — выводы; Φ — поток электромагнитного излучения; Е — источник постоянного тока; RH — нагрузка.

    Принцип работы:

    При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n

    Фотодиод может работать в двух режимах:

    • фотогальванический — без внешнего напряжения
    • фотодиодный — с внешним обратным напряжением

    Особенности:

    • простота технологии изготовления и структуры
    • сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия
    • малое сопротивление базы
    • малая инерционность

    Параметры и характеристики фотодиодов

    Параметры:

    • чувствительность отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему. ; — токовая чувствительность по световому потоку; — вольтаическая чувствительность по энергетическому потоку
    • шумы помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.

    Характеристики:

    • вольт-амперная характеристика (ВАХ) зависимость выходного напряжения от входного тока.
    • спектральные характеристики зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещённой зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.
    • световые характеристики зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.
    • постоянная времени это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.
    • темновое сопротивление сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.
    • инерционность

    Классификация

    • В p-i-n структуре средняя i-область заключена между двумя областями противоположной проводимости. При достаточно большом напряжении оно пронизывает i-область, и свободные носители, появившееся за счет фотонов при облучении, ускоряются электрическим полем p-n переходов. Это дает выигрыш в быстродействии и чувствительности. Повышение быстродействия в p-i-n фотодиоде обусловлено тем, что процесс диффузии заменяется дрейфом электрических зарядов в сильном электрическом поле. Уже при Uобр≈0.1В p-i-n фотодиод имеет преимущество в быстродействии.
    Достоинства: 1) есть возможность обеспечения чувствительности в длинноволновой части спектра за счет изменения ширины i-области. 2) высокая чувствительность и быстродействие 3) малое рабочее напряжение Uраб Недостатки: сложность получения высокой чистоты i-области
    • Фотодиод Шоттки (фотодиод с барьером Шоттки) Структура металл-полупроводник. При образовании структуры часть электронов перейдет из металла в полупроводник p-типа.
    • Лавинный фотодиод
    • В структуре используется лавинный пробой. Он возникает тогда, когда энергия фотоносителей превышает энергию образования электронно-дырочных пар. Очень чувствительны. Для оценки существует коэффициент лавинного умножения: Для реализации лавинного умножения необходимо выполнить два условия: 1) Электрическое поле области пространственного заряда должно быть достаточно большим, чтобы на длине свободного пробега электрон набрал энергию, большую, чем ширина запрещённой зоны: 2) Ширина области пространственного заряда должна быть существенно больше, чем длина свободного пробега: Значение коэффициентов внутреннего усиления составляет M=10-100 в зависимости от типа фотодиодов.
    • Фотодиод с гетероструктурой Гетеропереходом называют слой, возникающий на границе двух полупроводников с разной шириной запрещённой зоны. Один слой р+ играет роль «приёмного окна». Заряды генерируются в центральной области. За счет подбора полупроводников с различной шириной запрещённой зоны можно перекрыть весь диапазон длин волн. Недостаток — сложность изготовления.

    Использование светодиода как датчика освещенности без применения усилителей и АЦП

    10.01.2019

    Некоторое время назад наткнулся на на статью «Старые друзья шиворот-навыворот, или как светодиод может быть фотодатчиком» из далекого 2009 года. Стало интересно и я решил немного поглубже изучить этот метод. Оказалось, эта тема не очень широко, но все таки обсуждалась в том году среди поклонников Ardiuno (большей частью). Сам же описанный на Хабре метод просто взят из «Using LEDs as photodiodes (light sensors)», только добавлен рисунок и переведено на русский язык. Там же нашлась и ссылка на первоисточник «Very Low-Cost Sensing and Communication Using Bidirectional LEDs» опубликованный MITSUBISHI ELECTRIC RESEARCH LABORATORIES еще в 2003 году.

    Обычно, для измерения освещенности используются фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы, фотоэлементы и фотоэлектронные умножители, и другие фоточувствительные компоненты. Но использование нестандартных компонентов, особенно в любительской практике, имеет давнюю историю. Так в 70-х годах прошлого века в качестве датчиков света любители не редко использовали транзисторы МП39-МП42, и им подобные, с прорезанным в корпусе окном (рекомендовалось со стороны коллекторного вывода, но часто просто срезали шляпку). Чувствительностью к свету обладали и высокочастотные диоды, вроде Д2 и Д9, имевшие большой кристалл и прозрачный корпус. Однако и обычные фотодиоды, и самодельные из транзисторов, чаще всего включают по классическим схемам (фотогальваническое или фотодиодное включение). При этом приходится использовать усилители и компараторы, а для цифровой техники и микроконтроллеров и АЦП. Предлагавшийся же, по ссылкам выше, метод позволяет напрямую подключать светодиоды (и фотодиоды, конечно) к цифровым выводам микроконтроллеров. Переводя измерение аналоговых величин, тока или напряжения, в измерение временных интервалов и работу с логическими уровнями.

    В сети удалось найти не так много обсуждений, которые показали неоднозначную картину. Некоторые пишут, что у них все заработало, хотя не всех устраивает время измерения или чувствительность. У некоторых ничего не получилось. В чем же дело? Давайте попробуем разобраться.

    Теория. Суть метода

    Обратимся к первоисточнику и возьмем оттуда рисунок с моделью обратно-смещенного фотодиода.

    То есть, в фотодиодном включении фотодиод можно представить как конденсатор с параллельно подключенным источником тока. Конденсатор представляет емкость обратно-смещенного p-n перехода, она есть у всех диодов. Обычно, она вредна, но может иметь и полезное применение, например, в варикапах. Источник тока это ток (утечки) через обратно-смещенный p-n переход. Этот ток зависит от освещенности перехода, что нам и нужно. Стоит отметить, что в реальности емкость диода зависит от приложенного напряжения, а обратный ток от температуры и напряжения. То есть, полная модель должна содержать и эти источники погрешности. Но нам пока это не важно, так что обойдемся без них. Фактически, для еще большего упрощения можно заменить источник тока резистором, сопротивление которого зависит от освещенности.

    Измерение освещенности производится в два этапа. На первом этапе мы заряжаем емкость диода током существенно выше обратного тока диода до заданного напряжения. Например, до напряжения питания схемы. На втором этапе мы измеряем время, за которое емкость диода разрядится обратным током до заданного напряжения. Например, до уровня логического нуля. Это можно представить в виде схемы:

    Резистор R1 ограничивает зарядный ток емкости диода. В данной схеме он может показаться лишним, но при реальном использовании он нужен для ограничения тока через выводы, например, микроконтроллера. Кроме того, как станет видно дальше, он позволяет использовать светодиод и по прямому назначению, для индикации. Под схемой измерения подразумевается, например, цифровой вход микроконтроллера или логической схемы. Нужно отметить, что схема измерения должна быть высокоомной! Причем очень высокоомной. Обратные токи светодиодов, даже освещенных, составляют единицы-десятки нА.

    Теперь посмотрим, как можно использовать микроконтроллер. Напомню, что микроконтроллеры, обычно, имеют многофункциональные выводы. Так вывод может быть цифровым входом, цифровым выходом, аналоговым входом, специальной функцией. Чем в данный момент является каждый вывод определяется программой. Итак:

    Пунктирной линией обозначена внутренняя схема микроконтроллера. Первый этап изображен на рисунке слева. Вывод микроконтроллера задан как цифровой выход и переведен в состояние логической 1. Через резистор R емкость диода заряжается практически до напряжения питания (Vdd). Сопротивление резистора выбирается исходя из безопасного значения тока через вывод микроконтроллера. Например, сопротивления в 1кОм будет вполне достаточно. Емкости светодиодов, обычно, менее 100пФ. Что бы емкость диода гарантированно зарядилась достаточно 1-2мкс. Второй этап изображен на рисунке справа. Вывод микроконтроллера задается как цифровой вход. С этого момента программа в микроконтроллере начинает счет времени. Емкость диода начинает разряжаться обратным током p-n перехода диода, на который падает свет, и током утечки цифрового входа микроконтроллера. При условии, что ток утечки входа существенно меньше обратного тока через диод, можно считать, что вход не влияет на процесс разряда емкости. Когда напряжение на емкости снизится ниже уровня логического нуля программа, зафиксировав этот факт, останавливает счет времени. Полученное значение временного интервала обратно пропорционально освещенности светодиода. То есть, чем больше освещен диод, тем выше его обратный ток и тем быстрее разрядится емкость диода. Сопротивление резистора при этом ничтожно мало по сравнению с сопротивлением цифрового входа и не оказывает влияния на работу схемы.

    Практика

    Теперь давайте посмотрим, насколько этот метод измерения освещенности с помощью светодиода применим на практике, и какие тут могут быть подводные камни. Я буду рассматривать три схемы включения, для демонстрации влияния схемотехники на результаты.

    • Подключение к микроконтроллеру PIC12F629
    • Подключение к триггеру Шмитта SN74LVC2G14
    • Подключение к затвору транзистора 2N7002L

    С микроконтроллером все понятно, это именно то, что рассматривалось в первоисточнике (правда для применения в пультах дистанционного управления) и на форумах про Arduino. О причине выбора именно этого контроллера расскажу позже. Две оставшихся схемы покажут применимость метода для устройств без микроконтроллеров, например, на жесткой логике, или в цифро-аналоговых схемах.

    Подопытные диоды

    Осталось выбрать светодиоды, которые будут участвовать в тестах. Я выбрал 4 диода АЛ307Б (красные), 2 диода АЛ307Е (желтые), 2 диода АЛ307В (зеленые) и три современных импортных желтых светодиода. Большое количество старых (90-е годы прошлого века), но не использовавшихся, светодиодов обусловлено тем, что они имеют значительный разброс параметров, что позволяет лучше оценить применимость такого метода измерения освещенности. Современные диоды гораздо более стабильны, поэтому их взято меньшее количество, а желтый цвет выбран из соображения спектральной характеристики. Параметры светодиодов измерены доступным и популярным «транзистортестером». Он не очень подходит, в данном случае, но есть у многих и позволяет примерно оценить применимость светодиодов. Результаты сведены в таблицу:

    N Тип Прямое падение напряжения, В Обратный ток при освещении, нА Емкость, пФ
    1 АЛ307Б 1.61 68 114
    2 АЛ307Б 1.65 6 31
    3 АЛ307Б 1.67 10 48
    4 АЛ307Б 1.63 3300 63
    5 АЛ307E 1.86 0 44
    6 АЛ307E 2.00 10 31
    7 АЛ307B 1.88 10 37
    8 АЛ307B 1.88 12 27
    9 BL-L543UYC 1.93 27 3
    10 BL-L524UYC 1.90 48 8
    11 BL-L2506UYC 1.92 14 7

    Обратите внимание, насколько большой разброс параметров. В темное обратный ток утечки был близок к 0. Исключение диод номер 4, у него обратный ток не зависел от освещенности и составлял примерно 3.3мкА! При этом он нормально работал как собственно светодиод, но не совершенно годился для измерения освещенности. У диода номер 5 обратный ток и в темноте, и на свету был близок к 0. Так же видно, что современные светодиоды имеют гораздо меньший разброс параметров. Нужно отметить, что при отборе светодиодов для тестирования попадались и такие, которые в принципе не реагировали на освещение. Они не попали в таблицу и не участвовали в тестах.

    Нужно сказать несколько слов о столбце «Обратный ток». Этот ток очень сильно зависит от освещенности, а значит, и от ориентации диода на источник света (почти все светодиоды имеют корпус в виде линзы). Я старался измерять ток в том же положении, в котором проводились тесты, но особо точным этот столбец считать не стоит.

    Условия тестирования

    Светодиоды освещались двумя светодиодными лампами (пульсации светового потока отсутствуют) с цветовой температурой около 6000К и световым потоком, примерно, соответствующим 100Вт лампе накаливания (именно по потоку, не по мощности). Расстояние между лампами около метра, а высота над столом около 70см. Освещенность светодиодов составляла около 800лк для условия «свет» и около 400лк для условия «тень». Более подробно условия освещения описывать нет смысла, так как результаты сильно зависят от собственно светодиода и от схемы включения, как станет видно в дальнейшем. Осциллограммы снимались цифровым осциллографом Owon SDS7102V.

    Подключение в микроконтроллеру

    В качестве микроконтроллера был выбран PIC12F629. Это довольно простой микроконтроллер и подходит для демонстрации практического применения метода. При этом он выдерживает 100000 циклов перезаписи памяти программ, что удобно для разных экспериментов. Кроме того, он позволит мне рассказать о нескольких подводных камнях, которые могут испортить результат. При этом нужно сказать, что сам подход применим и к Arduino, и к другим микроконтроллерам имеющим высокоомные цифровые входы.

    Я подключил светодиод так же, как в обсуждениях схем на Arduino именно для того, что бы показать общность подхода. Если выводы GP4 и GP5 определить как цифровые выходы и задать GP4=1, а GP=0, то светодиод будет светиться, как и обычно. То есть, в данном включении светодиод может быть и элементом индикации, и датчиком освещенности. Вот только экономии выводов при этом все равно не получится. Если индикации от светодиода не требуется, то его анод (вместе с конденсатором, конечно) можно подключить не к GP4, а к общему проводу. При этом не потребуется и управление выводом GP4, то есть, программа упростится. Конденсатор 82пФ подключен параллельно светодиоду для уменьшения влияния разброса емкостей диодов. И для того, что бы получить более длительные временные интервалы для светодиодов с малой емкостью. Этот конденсатор, кроме того, позволяет получить большую чувствительность временного интервала к малым изменения освещенности. Выходы «Заряд» и «Задержка» подключаются к двум каналам осциллографа. Первый из них имеет высокий уровень во время первого этапа, то есть во время заряда емкости диода и конденсатора. Второй отражает состояние вывода GP5 во время второго этапа, то есть во время разряда емкости диода и конденсатора обратным током диода. Подключить осциллограф напрямую на вывод GP5 нельзя, так как даже его вполне высокое сопротивление (10МОм) и небольшая емкость (7пФ) существенным образом влияют на результат измерений. Да и нам важнее не значение напряжения на этом выводе, а тот факт, что микроконтроллер посчитает его логическим нулем. Напряжение питания (Vdd) равно 5В. Интересующее нас время разряда емкости диода измеряется между задним фронтом (спадом) импульса на GP0 и задним фронтом (спадом) импульса на GP2.

    Пожалуй, стоит упомянуть о параметрах входов микроконтроллера. Ток утечки входов 0.1мкА типовой (1мкА максимальный) во всем диапазоне питающих напряжений и температур. Максимальная емкость входа 50пФ. Это будет важно в дальнейшем.

    Текст программы тестирования приведен ниже. Надо учитывать, что программа лишь для целей тестирования, она никак не оптимизировалась а прямо в тексте встречаются «магические константы». Да и приводится программа лишь в целях иллюстрации практической реализации метода. Хотя именно эта программа использовалась в тестах. Фактически, это программная реализация релаксационного генератора.

                #include "p12f629.inc"
    
                    __config  0xF1C4         ; внутренний тактовый генератор
    
                    udata_shr
                cnt res       1              ; счетчик задержки
    
                rst_vec  code 0x0000
                    goto      Start
    
                int_vec  code 0x0004
                    goto      Start
    
                main_proc     code
                Start:
                    banksel   CMCON
                    movlw     b'00000111'
                    movwf     CMCON          ; выключаем компаратор
    
                    movlw     b'00101010'    ; задаем направление для выводов порта
                    movwf     TRISIO
                    
                ; заряжаем емкость диода
    
                Loop:
                    banksel   GPIO
                    movlw     b'00100101'    ; GP4=0 GP5=1 GP0=1 GP2=1
                    movwf     GPIO
                    banksel   TRISIO
                    bcf       TRISIO,GP5     ; GP5 на выход, заряд емкости
                    banksel   GPIO
                    movlw     .250           ; ожидаем
                    movwf     cnt
                L1:
                    decfsz    cnt
                    goto      L1
    
                ; замер времени разряда
    
                    movlw     b'00100100'    ; GP0=0
                    movwf     GPIO
                    banksel   TRISIO
                    bsf       TRISIO,GP5     ; GP5 на вход, начинаем измерение
                    banksel   GPIO
                L2: 
                    btfsc     GPIO,GP5
                    goto      L2             ; еще не разрядился
                    movlw     b'00100000'    ; GP2=0, разряд закончен
                    movwf     GPIO
                    movlw     .250           ; ожидаем
                    movwf     cnt
                L3:
                    decfsz    cnt
                    goto      L3
                    goto      Loop
    
                    end

    Не ставлю целью данной статьи описывать систему команд и архитектуру Mid Range PIC, поэтому остановлюсь только на основных моментах. В данном случае используется внутренний тактовый генератор микроконтроллера дающий время выполнения одной команды 1мкс. В микроконтроллере есть внутренний компаратор, который необходимо отключить, что бы выводы стали цифровыми, а не аналоговыми. Псевдокоманда banksel нужна для переключения банков памяти данных, где находятся и управляющие регистры контроллера. Направление работы выводов (вход/выход) порта осуществляется регистром TRISIO. Нулевое значение соответствующего бита переключает вывод в режим выхода, а единичное входа. Собственно состояние (логические уровни) выводов порта определяется соответствующими битами регистра GPIO. Пожалуй, этого достаточно в данном случае.

    Заряд емкости диода сводится к переключению выводов GP4 и GP5 в режим цифровых выходов. Причем, так как нам не нужна индикация, вывод GP4 всегда 0, а вывод GP5 всегда 1. Время заряда выбрано большим лишь для лучшей видимости на осциллограммах, так времена разряда лежат в миллисекундном диапазоне. Выводы GP0 и GP2 устанавливаются в 1, так как идет заряд емкости, и состояние вывода GP5 так же 1.

    Цикл измерения начинается с переключения вывода GP5 в состояние входа. При этом соответствующий бит в регистре GPIO начинает соответствовать фактическому уровню вывода, а не установленному программой значению. Кроме того, цифровой вход имеет очень высокое сопротивление. Вывод GP4 по прежнему 0. Вывод GP0 сбрасываем в 0 для индикации окончания заряда емкости. Далее начинается циклический опрос вывода GP5 до тех пор, пока он не станет логическим нулем, что соответствует окончанию разряда емкости. Теперь можно сбросить вывод GP2 в 0 для индикации окончания разряда. После небольшой задержки снова начинаем заряд емкости. И так до бесконечности.

    Для каждого подопытного светодиода привожу по две осциллограммы. Вертикальное разрешение всегда 1В/деление. Красный луч первый канал (заряд), желтый луч второй канал (задержка). Слева будет состояние «Свет», а справа «Тень».

        Светодиод номер 1. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 12мс, а в тени 35мс. Увеличение времени разряда на 23мс.     Светодиод номер 2. Горизонтальное разрешение 20мс/деление для левой осциллограммы и 50мс/деление для правой. Как видно, время разряда емкости на свету 70мс, а в тени почти 300мс. Увеличение времени разряда на 230мс.     Светодиод номер 3. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 18мс, а в тени 63мс. Увеличение времени разряда на 45мс.     Светодиод номер 4. Горизонтальное разрешение 1мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 1.5мс, а в тени 2.6мс. Увеличение времени разряда на 1.1мс. Как вы помните, это диод с большим током утечки. И это единственная схема включения где он показал хоть какой то вменяемый результат.     Светодиод номер 5. Горизонтальное разрешение 20мс/деление для левой осциллограммы и 50мс/деление для правой. Как видно, время разряда емкости на свету 38мс, а в тени почти 150мс. Увеличение времени разряда на 112мс.     Светодиод номер 6. Горизонтальное разрешение 20мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 21мс, а в тени 100мс. Увеличение времени разряда на 79мс.     Светодиод номер 7. Горизонтальное разрешение 50мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 75мс, а в тени 190мс. Увеличение времени разряда на 115мс.     Светодиод номер 8. Горизонтальное разрешение 20мс/деление для левой осциллограммы и 50мс/деление для правой. Как видно, время разряда емкости на свету 48мс, а в тени 155мс. Увеличение времени разряда на 107мс.     Светодиод номер 9. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 15мс, а в тени 37мс. Увеличение времени разряда на 22мс.     Светодиод номер 10. Горизонтальное разрешение 5мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 6.8мс, а в тени 29,5мс. Увеличение времени разряда на 22.7мс.     Светодиод номер 11. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 24мс, а в тени 48мс. Увеличение времени разряда на 24мс.

    Сведу результаты в таблицу. При этом добавлю столбец процентов изменения времени разряда, который будет содержать отношение разницы времен к времени разряда в тени.

    N Тип Tтень, мс Tсвет, мс Разница, мс Процент
    1 АЛ307Б 35 12 23 66
    2 АЛ307Б 300 70 230 76
    3 АЛ307Б 63 18 45 71
    4 АЛ307Б 2.6 1.5 1.1 42
    5 АЛ307E 150 38 112 75
    6 АЛ307E 100 21 79 79
    7 АЛ307B 190 75 115 61
    8 АЛ307B 155 48 107 69
    9 BL-L543UYC 37 15 22 59
    10 BL-L524UYC 29.5 6.8 22.7 77
    11 BL-L2506UYC 48 24 24 50

    Погрешность замеров не так мала, как хотелось бы, но общий итог виден. Не смотря на разброс параметров, большинство светодиодов, в среднем, показывают разницу времен разряда в районе 66%. Да, есть и аутсайдеры (диод номер 4 с большой утечкой) и лидеры (диоды номер 2, 5 и 10), но понятно, что такой метод использования светодиодов для из измерения освещенности вполне рабочий применимо к микроконтроллерам. Так же понятно, что каждый отдельно взятый светодиод требует калибровки для определения значения констант отвечающих за пороговые значения освещенности в программе. Так что метод применим в любительской практике, но не пригоден для серийного применения.

    Нужно отметить еще одну тонкость. Схема весьма чувствительна к наводкам в силу своей высокоомности, особенно в темноте. Поэтому светодиод нужно размещать как можно ближе к входу микроконтроллера. Сделать выносной датчик освещенности не получится. По этой же причине последовательные измерения времени разряда могут давать несколько результаты, из-за наводок. Так что стоит делать несколько замеров и усреднять получившееся время. Кроме того, не лишним будет введение гистерезиса в пороговые значения измерений.

    Кривая зависимости времени разряда от освещенности не снималась, все равно метод не предназначен для точных измерений, так что нелинейность (а она, скорее всего, не маленькая) большого влияния не имеет.

    Такой метод измерения можно применять для оценки светло/темно, возможно, с несколькими порогами, для регулирования яркости индикаторов или включения/выключения освещения. Возможно использование для примерной оценки изменения освещенности. Можно строить датчики работающие на пересечении предметами светового луча, но нужно понимать, что модуляция светового луча для уменьшения влияния фоновой засветки невозможна, так как времена измерений в миллисекундном диапазоне.

    Подводные камни

    Теперь нужно пояснить, почему же не у всех получается использовать этот метод? Приведу несколько причин, которые могут привести к неудаче. Начну с довольно простых и, в некотором смысле, очевидных.

    Выбран не подходящий светодиод
    Это первое, с чего нужно начинать поиск причины неудачи. Как я уже писал, может попасться диод в принципе не реагирующий на свет или реагирующий очень слабо. Так же, следует избегать использования диодов с большими токами утечки (вроде диода номер 4 из данного теста). Попробуйте взять другой диод, желательно другого типа.
    Выбраны неверные параметры способа измерения времени
    Как видно из результатов тестирования, время разряда емкости может измеряться и единицами миллисекунд, и сотнями. А в темноте и секундами. Это зависит от многих факторов, но основное значение имеет обратный ток светодиода и емкость дополнительного конденсатора, а при его отсутствии емкость самого светодиода. Ваш счетчик, не важно, программный или аппаратный (счетчик таймера, например), может переполняться при выборе слишком долгого времени счета или высокой частоты импульсов на входе таймера. При слишком малом времени счета, или низкой частоте, счетчик может изменяться недостаточно, для уверенной фиксации факта изменения освещенности. Напишите простую тестовую программу, вроде использованной здесь, и измерьте времена осциллографом.
    Слепое копирование чужой схемы/программы
    Довольно распространенная ошибка. Один участник обсуждения приводит свою схему с указанием использованных деталей и текст программы. Второй ее в точности повторяет. При этом у первого все работает, а у второго нет. Кажется, мистика, но на самом деле такое вполне возможно. Даже применение того же самого светодиода и микроконтроллера, включая схему подключения (то же самый порт и те же самые разряды порта), не гарантирует, что время разряда будет соответствовать времени счета. Причина в разбросе параметров диодов и порта контроллера. Например, первый может получить время разряда 20мс, а ваш светодиод даст время 150мс, что приведет к переполнению счетчика времени разряда. Кроме того, не известно при какой интенсивности освещения работала схема, а это существенно влияет на результаты.
    К диоду подключен измерительный прибор
    Я уже говорил, что схема измерения должна быть очень высокоомной. Поэтому подключение к диоду измерительного прибора, например, осциллографа, вносит существенные искажения и даже может привести к полной неработоспособности схемы (емкость просто мгновенно, или очень быстро, разряжается и на это не влияет освещенность диода). Даже мой осциллограф с входными параметрами 10МОм и 7пФ (это щуп с делителем 1:10) оказывает существенно влияние. Что уж говорить об использовании щупа с делителем 1:1 (это даст входное сопротивление 1МОм, в большинстве случаев). А ведь встречаются и осциллографы с более низким сопротивлением входа.
    Недостаточно высокое входное сопротивление схемы измерения (вывода микроконтроллера)
    Возможно, не отключена одна из специальных функций вывода микроконтроллера. Например, может остаться подключенным резистор подтяжки. Это может быть если вы сами проектируете схему и пишете программу (забыли, с кем не бывает), или переносите подключение светодиода на другой вывод при повторении готовой схемы не внеся всех необходимых изменений в программу. Возможна и неисправность микроконтроллера и просто не подходящий тип.

    А вот теперь я перейду к совсем не так очевидной проблеме. Особенно это возможно у новичков или пользователей Arduino. Прошу не обижаться, но из использующих Arduino далеко не каждый станет досконально разбираться с установленным там микроконтроллером и идти дальше сборки программы из готовых скетчей, часто не понимая, как все работает на самом деле. Безусловно, среди поклонников Arduino есть настоящие знатоки и мастера. Но, к большому сожалению, их гораздо меньше. И обсуждения на форумах в сети служат тому доказательством. И так

    Вы не знаете используемый микроконтроллер!

    Вот тут мне все таки придется немного углубиться в особенности PIC12F629, да и всей линейки Base Line, Mid Range и Extended Mid Range микроконтроллеров Microchip (PIC10, PIC12, PIC16). Сразу замечу, что подобные тонкости, которые можно не знать, или просто упустить из виду, есть у всех микроконтроллеров. Поэтому просто необходимо внимательно изучать документацию производителя!

    Начну с простого. Повторюсь, в большинстве случаев каждый вывод микроконтроллера может выполнять несколько функций и иметь несколько настраиваемых параметров. Так, если вы вернетесь к приведенной выше программе, то заметите, что я отключил встроенный компаратор. Для данного микроконтроллера он использует выводы GP0, GP1 и GP2. Освободить нужные нам GP0 и GP2 можно либо полностью отключив компаратор, что я и сделал, либо переведя его в режим отключенного выхода (тогда его выход доступен только программно) и использования внутреннего источника опорного напряжения. Если же этого не сделать, то выводы будут не цифровыми, а аналоговыми, что нам совершенно не подходит. Да, я не использовал эти выводы для подключения светодиода, но мог бы это сделать.

    Не все выводы портов микроконтроллеров могут быть равнозначными. Так в данном микроконтроллере вывод GP3 может использоваться только как цифровой вход или вход сброса. Разумеется, его не получится использовать для подключения светодиода. В некоторых микроконтроллерах (не в PIC12F629) вывод в режиме выхода может быть выполнен не двухтактным, а с открытым стоком. Такой вывод не получится использовать для подключения светодиода, так как неизбежный внешний подтягивающий резистор заставит забыть о высоком входном сопротивлении.

    Выводы портов цифровых входов могут иметь встроенные подтягивающие резисторы, которые необходимо отключить для вывода с подключенным светодиодом (нам нужно высокое входное сопротивление). Эти резисторы могут управляться через биты конфигурации и/или через специальные регистры управления портом. Для данного микроконтроллера это только специальный управляющий регистр.

    Теперь о самом не очевидном на котором подаются многие, не исключая и меня. Обратите внимание, что я не использовал инструкции сброса/установки отдельных бит (bcf/bsf) при работе с GPIO, но использовал при работе с TRISIO. Дело в том, что эти инструкции работают по принципу чтение-модификация-запись. То есть, в АЛУ считывается весь байт из регистра, выполняется сброс или установка указанного бита, измененный байт записывается обратно в регистр. Вроде бы обычное поведение. Но тут нужно учитывать то, как работают порты ввода-вывода. В данном микроконтроллере есть регистр данных порта (GPIO). Записанное в него значение выводится на выводах микроконтроллера находящихся в режиме выхода. Но записать в этот регистр можно и значения разрядов находящихся в состоянии входа. Просто от таких разрядов будут отключены выходные буферные каскады и на состояние выводов это не повлияет. Но вот чтение данных из порта считывает не информацию из этого регистра, а напрямую с выводов микроконтроллера! То есть, можно записать в соответствующий разряд регистра, например, 1, а затем считать 0. При этом записанная 1 никуда не денется и окажется на выводе микроконтроллера при переводе соответствующего разряда порта в состояние выхода. В более поздних разработках микроконтроллеров к внутренней схеме портов ввода-вывода были добавлены регистры LAT, которые позволяют раздельно считывать и текущее состояние входа порта, и записанное для вывода значение.

    И в документации производителя, и в многочисленных учебниках, указывается, что такая архитектура портов может привести к ошибкам при использовании инструкций манипуляции отдельными битами. Но в качестве примера приводятся довольно однотипные и не очень возможные на практике примеры, что вывод порта может быть перегружен, что и даст неверный результат. Но проблема гораздо шире. Давайте еще раз посмотрим на нашу программу. GP4 у нас всегда 0, а GP5 или 1 или вход. С учетом написанного выше можно еще до цикла начинающегося с метки Loop задать значения этих разрядов и далее переключать только GP0 и GP2. И направление передачи для GP5. Но это приведет к неработоспособности программы! Почему? Вот одно из критических мест, когда зафиксировав низкий уровень на GP5 мы сбрасываем GP2. Если для этого использовать инструкцию сброса бита, то будет прочитано фактическое состояние выводов, где GP5=0 (емкость разряжена). После сброса GP2 обратно в регистр порта будет записан байт, где записанная в GP5 до цикла 1 пропадет, там теперь будет 0. Все, емкость больше никогда не будет заряжаться и мы потерпим неудачу. И это лишь один из примеров. Поэтому в сложных программах, если регистры LAT не предусмотрены производителем, приходится применять их программную эмуляцию в памяти данных.

    Извиняюсь за столь длинное повествование об архитектуре PIC. Я старался показать, как много факторов могут привести к неудаче. Это актуально для практически любых микроконтроллеров, кроме самых простых. И чем сложнее контроллер, тем больше тонкостей в его настройке и программировании. Не делайте преждевременных выводов о неработоспособности.

    Теперь перейду к двум оставшимся схемам подключения. Кроме полноты картины они помогут понять некоторые уже упомянутые мной особенности и тонкости. Да и понимания описанных подводных камней прибавится.

    Подключение к триггеру Шмитта SN74LVC2G14

    Использование триггера Шмитта необходимо по причине весьма медленно изменяющихся сигналов на входе, напряжение на емкости светодиода и дополнительной емкости изменяется медленно. А современные цифровые микросхемы обычно выпускают буферизованными, что накладывает серьезные ограничения на длительности фронтов (скорости нарастания напряжения) входного напряжения. Так для NC7WZ04P6X (сдвоенный инвертор) требуемая скорость нарастания входного напряжения должна быть не ниже 5нс/В для питающего напряжения 5В. Причина в мощном выходном каскаде, который не предназначен для работы в линейном режиме. Разумеется, старые серии вроде CD4000 или К176/К561 могут работать в линейном режиме. Выпускаются и специальные вариации современных микросхем допускающие линейный режим, но они редки, а цены на них не радуют. Поэтому триггер Шмитта самый разумный выбор. Я использовал половинку микросхемы сдвоенного инвертора с триггером Шмитта, вход второго инвертора заземлен.

    В данной схеме пришлось использовать внешний генератор импульсов, а для имитации разомкнутого состояния ключа использован диод 1N4148, ток утечки которого при комнатной температуре и напряжении менее 20В не превышает 25нА. Так как обратный ток 1N4148 сравним с обратными токами светодиодов, он будет оказывать заметное влияние на результаты измерений. Все остальные детали те же самые, что и для подключения к микроконтроллеру. Параметры входов использованного инвертора: ток утечки не более 5мкА и емкость не более 4пФ. Уже видно, что ток утечки выше, чем у входов микроконтроллера.

    Это осциллограмма без подключения светодиода. Поскольку у нас инвертор, то необходимое нам время разряда емкости измеряется между задним фронтом (спадом) импульса «Заряд» и передним фронтом (нарастанием) импульса «Задержка». Разрешение по горизонтали 10мс/деление. Видно, что даже без светодиода емкость отлично разряжается примерно за 70.5мс. Напомню, что для микроконтроллера время разряда без светодиода или с полностью затемненным светодиодом составляло секунды и десятки секунд. Это наглядно демонстрирует мои слова о влиянии входного сопротивления на работу схемы. Фактически, уже понятно, что полученные при такой схеме включения результаты будут хуже, чем в схеме с микроконтроллером.

    Для каждого подопытного светодиода привожу по две осциллограммы. Вертикальное разрешение всегда 1В/деление. Красный луч первый канал (заряд), желтый луч второй канал (задержка). Слева будет состояние «Свет», а справа «Тень».

        Светодиод номер 1. Горизонтальное разрешение 5мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 7.2мс, а в тени 16.1мс. Увеличение времени разряда на 8.9мс.     Светодиод номер 2. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 36.5мс, а в тени 58мс. Увеличение времени разряда на 21.5мс.     Светодиод номер 3. Горизонтальное разрешение 5мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 8.9мс, а в тени 22мс. Увеличение времени разряда на 13.1мс.     Светодиод номер 4. Горизонтальное разрешение 200мкс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 120мкс (по уровню 4В), а в тени 121мкс. Увеличение времени разряда на 1мкс. Как вы помните, это диод с большим током утечки. В отличии от схемы с микроконтроллером тут он потерпел полное фиаско.     Светодиод номер 5. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 15.5мс, а в тени 41.5мс. Увеличение времени разряда на 26мс.     Светодиод номер 6. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 17мс, а в тени 34.5мс. Увеличение времени разряда на 17.5мс.     Светодиод номер 7. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 31.5мс, а в тени 41.5мс. Увеличение времени разряда на 10мс.     Светодиод номер 8. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 19.5мс, а в тени 39мс. Увеличение времени разряда на 19.5мс.     Светодиод номер 9. Горизонтальное разрешение 5мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 7.2мс, а в тени 14.1мс. Увеличение времени разряда на 6.9мс. Обратите внимание, как и для диода номер 4, для некоторых новых импортных диодов наблюдается генерация на переднем фронте (нарастании) сигнала «Задержка». Затрудняюсь сказать, с чем это связано.     Светодиод номер 10. Горизонтальное разрешение 5мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 4мс, а в тени 11мс. Увеличение времени разряда на 7мс.     Светодиод номер 11. Горизонтальное разрешение 5мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 10мс, а в тени 19мс. Увеличение времени разряда на 9мс.

    Сведу результаты в таблицу. При этом добавлю столбец процентов изменения времени разряда, который будет содержать отношение разницы времен к времени разряда в тени.

    N Тип Tтень, мс Tсвет, мс Разница, мс Процент
    1 АЛ307Б 16.1 7.2 8.9 55
    2 АЛ307Б 58 36.5 21.5 37
    3 АЛ307Б 22 8.9 13.1 60
    4 АЛ307Б 0.121 0.12 0.01 5
    5 АЛ307E 41.5 15.5 26 63
    6 АЛ307E 34.5 17 17.5 51
    7 АЛ307B 41.5 31.5 10 24
    8 АЛ307B 39 19.5 19.5 50
    9 BL-L543UYC 14.1 7.2 6.9 49
    10 BL-L524UYC 11 4 7 63
    11 BL-L2506UYC 19 10 9 47

    Результаты действительно хуже. Причем лидер теста с микроконтроллером, диод номер 2, неожиданно показал неважный результат. Возможно, это артефакт связанный с неточным расположением диода по направлению источников света. Возможно, результат того, что малый обратный ток диода оказался мало значимым на фоне суммарного тока утечки схемы. Тем не менее, средняя разница времен составляет 50%, если не считать провала диода номер 4. То есть, такая схема включения вполне работоспособна и имеет право на жизнь. Но хорошо показывает влияние параметров схемы измерения на результат.

    Подключение к затвору транзистора 2N7002L

    А что если ставить дополнительную микросхему не хочется, зато под рукой есть полевой транзистор, пусть и самый дешевый, 2N7002L?

    Отличие от схемы с триггером Шмитта заключается в полевом транзисторе и стоковом резисторе. Все остальное точно такое же. Ток утечки затвора до 0.1мкА, как и у микроконтроллера. Емкость до 50пФ (фактическая 46пф у использованного транзистора). Пороговое напряжение от 1В до 2.5В (для тока стока 250мкА). Напряжение питания схемы 5В. В отличии от схемы с триггером Шмитта, схема с полевым транзистором не разряжает емкость без подключенного светодиода за сколько нибудь разумное время. В остальном посмотрим.

    Для каждого подопытного светодиода привожу по две осциллограммы. Вертикальное разрешение всегда 1В/деление. Красный луч первый канал (заряд), желтый луч второй канал (задержка). Слева будет состояние «Свет», а справа «Тень».

        Светодиод номер 1. Горизонтальное разрешение 5мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 12мс (по уровню 4В), а в тени 26мс. Увеличение времени разряда на 14мс. В глаза сразу бросается большое время переднего фронта (нарастание) сигнала задержка. Это из-за довольно малой крутизны данного транзистора и малого коэффициента усиления каскада в целом.     Светодиод номер 2. Горизонтальное разрешение 20мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 76мс, а в тени 108мс. Увеличение времени разряда на 32мс.     Светодиод номер 3. Горизонтальное разрешение 20мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 18мс, а в тени 43мс. Увеличение времени разряда на 25мс.     Светодиод номер 4. Горизонтальное разрешение 200мкс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 470мкс, а в тени 500мкс. Увеличение времени разряда на 30мкс. Как вы помните, это диод с большим током утечки. Тут он так же потерпел полное фиаско.     Светодиод номер 5. Горизонтальное разрешение 20мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 27мс, а в тени 73мс. Увеличение времени разряда на 46мс.     Светодиод номер 6. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 34мс, а в тени 63мс. Увеличение времени разряда на 29мс.     Светодиод номер 7. Горизонтальное разрешение 20мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 55мс, а в тени 82мс. Увеличение времени разряда на 27мс.     Светодиод номер 8. Горизонтальное разрешение 20мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 36мс, а в тени 71мс. Увеличение времени разряда на 35мс.     Светодиод номер 9. Горизонтальное разрешение 5мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 14.5мс, а в тени 29мс. Увеличение времени разряда на 14.5мс.     Светодиод номер 10. Горизонтальное разрешение 5мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 7.5мс, а в тени 24мс. Увеличение времени разряда на 16.5мс.     Светодиод номер 11. Горизонтальное разрешение 10мс/деление. Как видно, время разряда емкости на свету 23мс, а в тени 40мс. Увеличение времени разряда на 17мс.

    Сведу результаты в таблицу. При этом добавлю столбец процентов изменения времени разряда, который будет содержать отношение разницы времен к времени разряда в тени.

    N Тип Tтень, мс Tсвет, мс Разница, мс Процент
    1 АЛ307Б 26 12 14 54
    2 АЛ307Б 108 76 32 30
    3 АЛ307Б 43 18 25 58
    4 АЛ307Б 0.5 0.47 0.03 6
    5 АЛ307E 73 27 46 63
    6 АЛ307E 63 34 29 46
    7 АЛ307B 82 55 27 33
    8 АЛ307B 71 36 35 49
    9 BL-L543UYC 29 14.5 14.5 50
    10 BL-L524UYC 24 7.5 16.5 69
    11 BL-L2506UYC 40 23 17 43

    Результат примерно соответствует схеме с триггером Шмитта. Средняя разница времен так же составляет 50%, если не считать провала диода номер 4. То есть, такая схема включения вполне работоспособна и имеет право на жизнь.

    Заключение

    Тесты закончены и результаты оказались вполне хорошими. То есть, способ измерения освещенности с помощью светодиода основанный на измерении времени разряда емкости обратным током диода работает и может быть использован в любительской практике. Он проще, чем использование усилителей и АЦП. При этом имеет ряд ограничений. Таких, как требование высокоомной схемы измерения и чувствительность к наводкам. И довольно медленный, по крайней мере в изложенном варианте. Не применим для точных измерений. Хорошо подходит для использования в схемах с микроконтроллерами. Требует усреднения результатов измерений и использование гистерезиса для пороговых значений времен. А еще требует аккуратности при изготовлении печатной платы. Обязательно хорошо смывайте флюс, а готовую плату желательно покрыть лаком для защиты от влажности и пыли, которые тоже влияют на результаты.

    Все ли уже сказано? Да, почти все. Осталось лишь сказать, что в тестах не было учтено влияние порогового напряжения схем измерения. Для PIC12F629 максимальное входное напряжение низкого уровня составляет примерно 0.8В. То есть, емкость разряжается от 5В до 0.8В. Для использованного триггера Шмитта порог переключения при спадающем напряжении на входе составляет от 1.4 до 2.5В. То есть, емкость разряжается до более высокого напряжения, разумеется, для этого требуется меньше времени. Для транзистора пороговое напряжение составляет от 1 до 2.5В (и зависит от тока стока), что, в нашем случае, оказалось ниже, чем у использованного триггера Шмитта. Это и привело к большим временам (вместе с меньшим паразитным током утечки). При этом все схемы имеют сравнимую чувствительность, хотя чувствительность микроконтроллера немного выше.

    Влияние температуры на результаты не проверялось. Для любительских применений это не имеет большого значения, изменения температуры вряд ли превысят 10oC. Но стоит сказать, что влияние температуры на светодиод, вполне сравнимо с влиянием на обычный фотодиод в фотодиодном включении. Да, тут дополнительно будет изменяться еще и емкость диода, но это влияние уменьшается конденсатором подключенным параллельно диоду, как на схемах в статье. Но большее влияние окажет нестабильность пороговых значений логических уровней и напряжения затвора.


    Вы можете обсудить данную статью или задать вопросы автору на форуме

    Каталог радиолюбительских схем. Парковочный датчик

    Светодиод направлен в сторону препятствия. Излученный им свет отражается от данного препятствия и принимается ИК-фотодиодом, на котором образуется переменное напряжение с частотой следования вспышек. Сила ИК-света, попадающего на фотодиод зависит от расстояния до препятствия. Поэтому, чем ближе препятствие, тем больше будет это переменное напряжение.
    Затем идет усилитель переменного тока (два каскада) и индикатор уровня переменного напряжения на поликомпараторной микросхеме типа AN6884, включенной по типовой схеме.
    Индикация — на пяти-светодиодной шкале, чем больше светодиодов горит, тем ближе препятствие. Настройкой подстроечного потенциометра, включенного на выходе фотодиода можно регулировать чувствительность приемного тракта, а вместе с ней и дальность действия и индикации, так чтобы получить оптимальный результат.

    Рассмотрим схему. Генератор ИК-импульсов состоит из ИК-светодиода HL6, токового ключа VT3-VT4 и генератора импульсов на двух элементах микросхемы D1. В качестве D1 можно использовать любую КМОП микросхему, у которой есть не менее двух инверторов, и подходящую по питанию. Импульсы поступают на ключ, а он коммутирует ток через ИК-светодиод. Светодиод направлен в сторону препятствия, но никаких бленд или оптических устройств на нем нет.
    Принимает отраженные вспышки фотодиод FD1. Это ИК-фотодиод от систем ДУ старых отечественных телевизоров. Кроме ИК-света ФД320 хорошо берет и обычный солнечный свет, ИК-излучение нагревательных приборов. Но эти воздействия имеют постоянный или медленно изменяющийся характер, поэтому, чтобы отделить от них полезный сигнал здесь используется схема, в которой фотодиод включен фоторезистором, через который протекает некоторый постоянный ток через R1. Напряжение в точке соединения R1-FD1 имеет постоянную составляющую, зависящую от сопротивления R1, солнечного излучения и ИК-излучения нагревательных приборов, и переменную полезную составляющую, которая выделяется конденсатором С1.
    Затем, два усилительных каскада на транзисторах VT1 и VT2, по схеме с общим эмиттером. Подстроечник чувствительности R7 включен на входе усилителя, чтобы не допускать перегрузки усилителя и возникновения на его выходе эффекта ограничения.
    Степень приближения к препятствию оценивается по величине переменного напряжения на коллекторе VT2. Измеритель этого напряжения выполнен на микросхеме А1, включенной по типовой схеме. Чем больше переменное напряжение, поступающее на вывод 8 А1, тем большее число индикаторных светодиодов из числа HL1-HL5 горит.
    Светодиоды HL1-HL5 — любые индикаторные. Они расположены в линейку.
    Микросхему AN6884 можно заменить любым аналогом, которых существует очень много. Можно даже сделать стрелочный индикатор, собрав простейший милливольтметр из индикаторного микроамперметра и диодов, подавая на него сигнал с коллектора VT2 через конденсатор С4. В этом случае степень приближения к препятствию можно будет оценивать по величине отклонения стрелки индикатора.
    ИК-светодиод АЛ147А можно заменить любым ИК-светодиодом для пульта дистанционного управления бытовой аппаратурой.
    Фотодиод ФД320 можно заменить фотодиодом ФД263, ФД610 или другим, имеющим максимум на ИК-свете. Вместо фотодиода можно использовать какой-то фототранзистор, например, от датчиков ЛПМ видеомагнитофонов или от шариковых компьютерных мышек. В этом случае, возможно, один из каскадов на VT1, VT2 нужно будет убрать, так как чувствительность фототранзистора значительно выше.
    Транзисторы КТ315А можно заменить любыми транзисторами серий КТ315, КТ312, КТ3102 или импортными аналогами.
    Диод VD1 можно и не устанавливать, — он служит для защиты схемы при неправильном подключении питания.
    Фотодиод и ИК-светодиод расположены в одной плоскости и ориентированы в одну сторону (не друг на друга, а на препятствие). Расстояние между ними около 30мм. Между ними установлена непрозрачная перегородка, исключающая возможность прямого попадания света от HL6 на HD1. Сверху желательно сделать такой же непрозрачный козырек, снижающий количество прямого солнечного света, попадающего на датчик.

    Баринов Н.В.

    Радиоконструктор №5 2009г стр. 37

    Разница между светодиодом и фотодиодом (со сравнительной таблицей)

    Светодиод работает по принципу электрической яркости , а фотодиод работает по принципу фотопроводимости . В светоизлучающем диоде, когда электроны и дырки рекомбинируют, энергия выделяется в виде света. Таким образом, он обозначается как Светодиод . Напротив, фотодиод генерирует ток, когда он подвергается воздействию источника света.

    Светодиод

    и фотодиод противоположны друг другу.Светодиод генерирует свет с помощью носителей заряда, а фотодиод генерирует ток из-за падающих фотонов. Вкратце, LED преобразует электрической энергии в световую энергию , а Photodiode преобразует световой энергии в электрическую энергию.

    Состав: светодиод и фотодиод

    1. Таблица сравнения
    2. Определение
    3. Ключевые отличия
    4. Заключение

    Таблица сравнения

    Параметры Светодиод (светоизлучающий диод) Фотодиод
    Определение Устройство с двумя выводами, которое преобразует электрическую энергию в энергию света. Устройство с двумя выводами, которое преобразует световую энергию в электрическую.
    Принцип работы Работает по принципу Electro-luminance. Работает по принципу фотопроводимости.
    Используемый полупроводник Фосфид арсенида галлия (GaAsP) или фосфид галлия (GaP) Германий и кремний
    Режим смещения Только прямое смещение Только обратное смещение
    Проблема тока утечки Нет тока утечки Обратный ток насыщения является значительным.Темновой ток течет, когда на него не падают световые лучи.
    Приложения Индикатор в цепи переменного тока, буквенно-цифровой и цифровой дисплей и т. Д. Переключение, высокоскоростной счет, сигнализация по переменному току и т. Д.

    Определение

    светодиод

    LED — это аббревиатура от Light Emitting Diode. Он образован смещенным вперед PN переходом. Когда электроны в полупроводнике N-типа объединяются с дырками в полупроводнике P-типа, они выделяют энергию в виде света или тепла.

    В полупроводниках германия и кремния энергия выделяется в виде тепла или света. В полупроводниковых материалах, таких как GaAsP и GaP , энергия выделяется в виде света. Поэтому эти материалы используются в конструкции светодиода.

    Электроны в зоне проводимости обладают большей энергией, чем дырки в валентной зоне. Таким образом, рекомбинация возможна только тогда, когда электрон отдает некоторую часть энергии.Эта концепция называется электро-яркостью, и на ней основаны светодиоды.

    Еще одним важным моментом в конструкции светодиодов является использование тонкой пленки Gold. Это связано с тем, что свет, попавший во внутреннюю структуру светодиода, будет отражаться этой золотой пленкой на верхнюю поверхность. Таким образом, интенсивность излучаемого света будет высокой.

    Но если полупроводниковый материал смещен в обратном направлении, то есть полупроводник P-типа подключен к отрицательной клемме батареи, а N-тип подключен к положительной клемме батареи, тогда светодиод не будет излучать свет.

    Светодиоды

    не работают в режиме обратного смещения. Если мы будем использовать его в режиме обратного смещения, это может привести к ухудшению состояния светодиода.

    Фотодиод

    Фотодиод также состоит из диода с PN-переходом, но когда поверхность PN-перехода помещается в источник света, носители заряда в фотодиоде получают энергию и начинают двигаться. Движение носителей заряда в диоде приводит к возникновению электрического тока в фотодиоде.

    Этот процесс называется фотопроводимостью, поскольку процесс проводимости возможен только с использованием фотонов.Фотодиод работает в режиме обратного смещения.

    Вся конструкция фотодиода помещена в пластиковый корпус, чтобы световое излучение не рассеивалось. Одна из поверхностей пластикового корпуса выбрана для освещения световыми лучами, а другая поверхность окрашена в черный цвет. Интенсивность светового излучения будет определять силу генерируемого электрического тока.

    На основе этого принципа фотопроводимости также могут быть изготовлены фототранзисторы .Вместо диода мы можем использовать транзистор, а электрический ток можно генерировать с помощью фотонов.

    Ключевые различия между светодиодом и фотодиодом

    1. Функция: Светодиоды и фотодиоды работают по контрасту. Светодиод излучает фотоны из-за рекомбинации электронов и дырок, а фотодиод передает энергию электронам и дыркам, подвергаясь воздействию светового излучения.
    2. Принцип работы: Как мы уже обсуждали выше, принцип работы светодиода и фотодиода также отличается.Принцип работы светодиода называется Electro-luminance, то есть освещением с использованием электрических зарядов. В то время как фотодиод работает по принципу фотопроводимости, что означает проводимость с использованием фотонов.
    3. Смещение: Светодиод всегда работает в режиме прямого смещения, он не может работать в реверсивном режиме, так как это приведет к его разрушению. Фотодиод — это устройство, работающее только в реверсивном режиме.
    4. Форма преобразования энергии: Светодиод преобразует электрическую энергию в энергию света, а фотодиод преобразует энергию света в электрическую.
    5. Используемый материал: Светодиод изготовлен из GaAsP или GaP. Германий и кремниевые полупроводники не используются в производстве светодиодов. Фотодиоды состоят из германия и кремниевого полупроводника.

    Заключение

    LED и Photodiode, оба являются двумя оконечными устройствами, , но они отличаются своим рабочим механизмом. Это совершенно разные устройства. Один генерирует электричество, а другой — ток. Интенсивность света, излучаемого светодиодами, прямо пропорциональна приложенному напряжению.Чем выше напряжение, тем выше будет сила света.

    Точно так же сила электрического тока, генерируемого фотодиодом, напрямую зависит от интенсивности падающих на него световых лучей. Но с фотодиодами связан термин, то есть темновой ток, это ток, который течет в фотодиоде с обратным смещением, когда на него не падает свет.

    Что такое светодиод, разница между светодиодом и фотодиодом?

    Светоизлучающий диод (LED) — это особый тип полупроводникового P-N перехода, который в условиях пересылки может испускать внешнее спонтанное излучение в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях электромагнитного спектра.

    светодиода имеют типичный КПД преобразования энергии в свет примерно 10-50 раз больше, чем у простой вольфрамовой лампы. У них очень быстрое время отклика примерно 0,1 мкс по сравнению с десятью или сотни миллисекунд для вольфрамовой лампы. Итак, они широко используются в качестве визуальные индикаторы и световые индикаторы.

    Применение светодиодов:

    Основные области применения светодиодов можно разделить на три категории:

    • Светодиоды дисплея: они популярны для числовых и буквенных дисплеев в часах, калькуляторах, аудио- и видеоаппаратуре и т. Д.Светодиоды также используются для отображения сигналов, таких как переключатели ВКЛ / ВЫКЛ или контрольные лампы для приборных панелей.
    • Волоконно-оптическая связь: светодиоды могут использоваться в качестве источника света в оптоволоконной связи.
    • Источник света в корпусе источник-детектор: светодиоды используются в качестве источника света в детекторах дыма, тахометрах, датчиках приближения и т. Д.

    Преимущества светодиодов:

    • Низкие рабочие напряжения (1 или 2 В) и токи (5-20 мА).
    • Меньше энергопотребление (10-150 мВт).
    • Очень быстро работает (время отклика 10 наносекунд).
    • Небольшие габариты и вес.
    • Чрезвычайно долгий срок службы.
    • Высокая надежность.
    • Доступен в различных цветах, таких как красный, зеленый, желтый, оранжевый и инфракрасный.
    • Можно придать любую желаемую форму.

    Сравнение светодиода и фотодиода:

    Светодиод

    • Это светоизлучающий прибор.
    • Он всегда смещен вперед.
    • Электрическая энергия преобразуется в световую.
    • GaAs или GaP или GaAsP — это материал, используемый для изготовления.
    • Свет излучается за счет рекомбинации электронов и дырок.
    • Излучаемая мощность изменяется из-за изменений температуры.
    • Используется в качестве устройств отображения, оптоволоконной связи и источника света в корпусе источник-детектор.

    Фотодиод

    • Это светочувствительный прибор.
    • Всегда обратное смещение.
    • Вырабатывается электрический ток, пропорциональный свету.
    • Изготовление выполнено из кремния.
    • Генерация электронно-дырочных пар приводит к протеканию фототока.
    • Фототок и темновой ток меняются из-за изменений температуры.
    • Используются в волоконной оптике, оптопарах и т. Д.
    Предыдущая статья Новый COM-модуль AAEON с процессорами Intel Core и Celeron 8-го поколенияСледующая статьяSCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​

    Electronics Media — это индийская платформа для электронной и технической журналистики, предназначенная для международной электронной и технической индустрии.EM освещает новости из области полупроводников, аэрокосмической промышленности, обороны, Интернета вещей, дизайна, технологических стартапов, новых технологий, инноваций и мировых тенденций в бизнесе. Следите за нами в Твиттере, чтобы быть в курсе последних новостей в отрасли.

    Разница между светодиодом и фотодиодом (со сравнительной таблицей)

    Одно из основных различий между светодиодом и фотодиодом связано с принципом их действия. Светодиод — это устройство, которое работает по принципу электросвета. А работа фотодиода зависит от принципа фотопроводимости.

    Обычно при наличии внешнего потенциала светоизлучающий диод излучает свет. В то время как в фотодиодах необходимо обеспечить некоторую внешнюю световую энергию, чтобы обеспечить проводимость через устройство.

    В этой статье вы познакомитесь с некоторыми другими важными различиями между ними. Но прежде чем приступить к этому, просто взгляните на содержание, которое должно быть рассмотрено в этой статье.

    Содержание: светодиод против фотодиода

    1. Таблица сравнения
    2. Определение
    3. Ключевые отличия
    4. Заключение

    Сравнительная таблица

    Параметр Светодиод Фотодиод
    Определение Светодиод — это устройство, преобразующее электрическую энергию в световую. Фотодиод — это устройство, преобразующее световую энергию в электрическую.
    Символ
    Принцип действия Электролюминесценция Фотопроводимость
    Функция Излучает свет. Обнаруживает свет.
    Тип смещения Смещение вперед Смещение назад
    Изготовлен из GaAs, GaAsP, GaP и т. Д. Si, InGaAs и т. Д.
    Ток утечки Не существует Существует и известен как темновой ток.
    Применение В системе электронного дисплея, системе светового дисплея и т. Д. Солнечная панель, логические схемы и т. Д.

    Описание светодиода

    LED — это сокращение от светоизлучающего диода . По сути, это устройство с прямым смещением, которое излучает свет, когда на его клеммы подается внешний потенциал.

    Работа светодиода основана на принципе электролюминесценции . При наличии внешнего потенциала происходит рекомбинация электронов и дырок. Из-за этой рекомбинации выделяется некоторая энергия в виде тепла или света.

    Но в светодиодах высвобождение энергии происходит в форме света. По этой причине эти диоды обладают способностью излучать свет.

    Теперь возникает вопрос, какой фактор определяет излучение света через диод?

    В основном это зависит от полупроводникового материала, используемого для изготовления диодов.

    Когда диоды изготавливаются из кремния или германия, рекомбинация производит энергию в виде тепла. Тогда как в случае материалов GaAsP или GaP энергия излучается в виде света.

    На рисунке ниже представлена ​​структура светодиода:

    Мы знаем, что при прямом смещении отверстия на стороне p отталкиваются положительным полюсом аккумулятора. И электроны, присутствующие на стороне n, отталкиваются отрицательной клеммой аккумулятора.

    Эта сила отталкивания заставляет дырки и электроны рекомбинировать после преодоления потенциального барьера.

    Проще говоря, мы можем понять это, предположив диаграмму энергетических зон.

    Мы знаем, что в зоне проводимости присутствуют свободные электроны, и эта зона находится выше валентной зоны. Валентная зона содержит дырки.

    Итак, электроны находятся в более высоком энергетическом состоянии и, чтобы объединиться с дырками, находящимися в более низком энергетическом состоянии, они должны отдавать некоторую энергию.И такие материалы, как GaAsP или GaP, излучают эту энергию в виде света.

    Следовательно, диод излучает свет из-за рекомбинации электронов и дырок, когда к нему подводится внешний потенциал.

    Определение фотодиода

    Название фотодиода само по себе говорит о его работе. Мы знаем, что фотография означает свет, поэтому в основном это устройство, работа которого зависит от освещения.

    Фотодиод — это диод с обратным смещением, поскольку он работает в обратном режиме.На рисунке представлен pn-переход с обратным смещением, на котором изображен фотодиод:

    Здесь, на рисунке выше, мы видим, что pn переход устройства освещен светом.

    Мы знаем, что в условиях обратного смещения на pn переходе существует широкая обедненная область. В обедненной области присутствуют нейтральные атомы, поскольку эта область обеднена носителями заряда.

    Даже когда на переходе не предусмотрено внешнее освещение, из-за обратного приложенного потенциала неосновные носители будут течь и генерировать обратный ток утечки.

    Этот ток известен как темновой ток .

    Но как только на переход поступает внешний свет, тогда из-за повышения температуры перехода электрон и дырка, присутствующие в обедненной области, освобождаются. Таким образом, их движение производит электрический ток.

    С увеличением интенсивности света температура перехода также увеличивается. С повышением температуры генерация пары электрон-дырка также будет увеличиваться, что в результате приведет к увеличению тока, протекающего через устройство.

    Ключевые различия между светодиодом и фотодиодом

    1. Светодиод преобразует электрическую энергию, подаваемую на его выводы, в эквивалентную форму света. Напротив, фотодиод способен преобразовывать подаваемую световую энергию в эквивалентную электрическую форму.
    2. Светодиод работает только в прямом смещении. В то время как фотодиод — это в основном диод с обратным смещением.
    3. Поскольку светодиоды смещены в прямом направлении, в этом случае отсутствует ток утечки .Принимая во внимание, что из-за обратного приложенного напряжения на выводах фотодиода протекает обратный ток утечки, который известен как темновой ток.
    4. Светодиоды изготовлены из материалов , таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия или фосфид галлия и т.д.
    5. Светодиод может излучать свет, но не может его обнаружить. Однако фотодиод может обнаруживать свет, но не может его испускать.
    6. Светодиоды
    7. в основном находят свое применение в электронных системах отображения, освещении в транспортных средствах, в системах световой индикации и т. Д., Тогда как фотодиоды находят свое применение в солнечных панелях, в логических схемах, телевидении и т. Д.

    Заключение

    Итак, из приведенного выше обсуждения, мы можем сделать вывод, что хотя и светодиод, и фотодиод являются типами диодов. Но принципы их работы полностью отличаются друг от друга. Это причина, по которой они находят применение в разных областях.

    светодиодов тоже являются фотодиодами | Analog Devices

    ВОПРОС:

    Я прочитал RAQ № 45, Стеклянные диоды могут видеть свет и шум, в котором обсуждается НЧ шум 100/120 Гц, вызванный светочувствительностью стеклянного диода. Мне нужен дешевый фотоприемник, но 1N4148, похоже, не работает. Как мне его подключить?

    Ответ:

    Диоды 1N914 / 1N4148 обладают достаточной светочувствительностью, чтобы вызывать гудение, но недостаточной для использования в качестве фотоэлементов.Их чувствительность больше в инфракрасном, чем в видимом спектре, и даже при ярком солнечном свете их фототок составляет всего около 10 нА. Стеклянные диоды не могут заменить солнечные фотоэлектрические панели! Интересно, что старинный фонарь с лампой накаливания возбуждает в этих диодах в два или три раза больше фототока, чем прямой солнечный свет, а лампа накаливания мощностью 60 Вт с питанием от сети производит около 7% модуляции фототока на частоте 100 Гц. Это говорит о том, что вероятный источник шума в RAQ # 45 исходит как от лампы накаливания, так и от флуоресцентного освещения.

    При цене около 2 каждый в больших количествах светодиоды стоят примерно в пять раз дороже диодов, но они гораздо более чувствительны, чем фотоэлементы. Когда солнце падает прямо на него, фототок красного 5-мм светодиода (1000 мКд при 20 мА) превышает 20 мкА; в солнечных тропиках это может поддерживать заряд батареи часов. Они плохо подходят для выработки электроэнергии, но светодиоды — удобные фотодетекторы, которые стоят примерно 10% от стоимости специализированных.

    Спектральная чувствительность светодиода зависит от его цвета: они воспринимают длины волн, которые короче или равны их собственной излучаемой длине волны.Это зависит от свойств инкапсуляции; свет от цветов, которые он поглощает, не достигает светодиода. Белые светодиоды содержат люминофор для преобразования монохромного света в белый свет и не являются хорошими фотоэлементами.

    Производители не характеризуют светодиоды как фотоэлементы, поэтому незначительные изменения конструкции, которые имеют минимальное влияние на их поведение как светодиоды, могут вызвать серьезные изменения в их характеристиках как фотоэлементах. При использовании светодиодов в качестве фотоэлементов дайте им характеристику самостоятельно и используйте консервативный дизайн, чтобы ваша схема работала хорошо при любых изменениях.Это делает массовые схемы, использующие светодиоды в качестве фотоэлементов, требовательными, но они очень полезны при проектировании небольших партий или отдельных систем.

    В элегантном приложении светодиод управляется аналоговым микроконтроллером. Тот же светодиод можно использовать в качестве фотодетектора, отключив управляющий им цифровой выход и определив его выход фототока. Если микроконтроллер имеет контакты аналогового ввода / цифрового ввода / вывода двойного назначения, такие как ADuC7023 или контроллеры Atmel ATMega, используемые в Arduinos, это можно сделать с помощью светодиода и двух резисторов — и только одного вывода процессора.

    Полупроводниковый диод может быть подключен в качестве фотоэлемента двумя способами: в фотоэлектрическом режиме и в режиме фотопроводимости. Солнечные батареи работают в фотоэлектрическом режиме; свет падает на них, анод становится более положительным, чем катод, и ток, пропорциональный падающему свету, течет в любой цепи, подключенной между анодом и катодом. Диод смещен в прямом направлении, и его емкость в несколько раз больше, чем емкость обратного смещения.

    В фотопроводящем режиме свет, падающий на фотодиод с обратным смещением, вызывает прохождение фототока, пропорционального падающему свету.Лучше всего использовать фотопроводящий режим для сигналов переменного тока, поскольку частотная характеристика лучше, но измерение освещенности в фотогальваническом режиме очень просто, как показано в Фотодиодах и других датчиках света.

    10 Различия между светодиодом и фотодиодом

    Что такое светодиоды?

    Светоизлучающий диод (LED) — это полупроводниковый прибор, который излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Светодиоды состоят сложных полупроводниковых материалов, состоящих из таких материалов, как галлий. арсенид (GaAs) и фосфид галлия (GaP).Светодиоды работают за счет электролюминесценции, а явление, при котором испускание фотонов вызвано электронным возбуждением материала. Светодиоды очень маленькие по размеру и потребляют очень мало энергии. Общий Цвета светодиодов: желтый, красный, зеленый и синий. Светодиоды используются во многих электронных устройства в качестве контрольных ламп, в автомобилях в качестве фонарей заднего стекла и стоп-сигналов, а также на рекламных щитах и ​​вывесках в виде буквенно-цифровых дисплеев или даже на полноцветных плакатах.

    приложений Светодиод

    • Авиационное освещение
    • Сказочные огни
    • Автомобильные фары
    • Рекламные
    • Общее освещение
    • Светофоры
    • Вспышки для фотоаппаратов
    • Светящиеся обои
    • Огни для садоводства
    • Медицинские приборы

    Что вам нужно Знайте о светодиоде

    • Светодиод преобразует подаваемую электрическую энергию в свою терминалы в световую энергию.
    • Светодиод работает в прямом смещении. Режим; он не может работать в режиме обратного смещения.
    • Светодиод излучает фотоны за счет электронно-дырочной рекомбинация.
    • Светодиоды изготовлены из таких материалов, как галлий. арсенид, фосфид арсенида галлия или фосфид галлия и т. д.
    • Изменения мощности излучения из-за изменений температура.
    • Германий и кремний полупроводники не используются в производстве светодиодов.
    • Светодиод может излучать свет, но не может его обнаружить.
    • светодиоды смещены вперед, следовательно, нет текущие утечки.
    • светодиоды
    • работают по принципу, называемому Электро-яркость, то есть свечение с использованием зарядов / электронов.
    • светодиоды обычно используются в электронных дисплеях системы, огни в транспортных средствах, в системах световой индикации, волоконно-оптические связь и как источник света в корпусе источник-детектор и т. д.

    Что такое фотодиод?

    Фотодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий свет. в электрический ток.Его также иногда называют фотодетектором. фотодатчик или детектор света. Он работает в режиме обратного смещения, и ток генерируется, когда фотоны поглощаются фотодиодом. Фотодиоды могут содержать оптические фильтры, встроенные линзы и могут иметь большую или маленькую площадь поверхности. Фотодиоды обычно имеют более медленное время отклика, так как их площадь поверхности увеличивается.

    приложений Фотодиод

    • Фотодиод, используемый в качестве светочувствительного элемента.
    • Используется для обнаружения приближения, оксиметров
    • Оптическая передача сообщений, на основе оптоволокна связь
    • Используется в системе обнаружения препятствий
    • Используется в солнечных батареях в качестве солнечных элементов.
    • Используется для обнаружения приближения, оксиметров
    • Фотодиод используется в детекторах дыма для обнаружения дым и огонь
    • Используется в сканере штрих-кода, персонажа, символа распознавание

    Что вам нужно Знайте о фотодиоде

    • Фотодиод преобразует подаваемую световую энергию в электроэнергия.
    • Фотодиод работает только в режиме обратного смещения.
    • Фотодиод передает энергию электронам и дыркам подвергаясь воздействию светового излучения.
    • Фотодиоды изготовлены из таких материалов, как кремний, индий, арсенид галлия и т. д.
    • Фототок и темновой ток различаются в зависимости от к перепадам температуры.
    • Фотодиоды состоят из германия и кремния полупроводники.
    • Фотодиод может обнаруживать свет, но не может его испускать. Это.
    • Из-за обратного напряжения на клеммах фотодиода происходит утечка тока, называемая темновой Текущий.
    • Фотодиод работает по принципу Фотопроводимость i.Электронная проводимость с использованием фотонов.
    • Фотодиоды находят применение в солнечной энергетике. панели, в логических схемах, люксметр, телевизоры, волоконная оптика, оптопары и т. д.

    Также читайте : Разница между светодиодами и лазером

    Разница Между светодиодом и фотодиодом в табличной форме

    ОСНОВА ДЛЯ СРАВНЕНИЯ светодиод ФОТОДИОД
    Функция Светодиод преобразует электрическую энергию, подаваемую на его клеммы, в свет энергия. Фотодиод преобразует подаваемую световую энергию в электрическую.
    Режим работы Светодиод работает в прямом смещении; оно не может работают в режиме обратного смещения. Фотодиод работает только в режиме обратного смещения.
    Рабочий механизм Светодиод излучает фотоны за счет электронно-дырочной рекомбинации. Фотодиод передает энергию электронам и дыркам, обнажая себя. в сторону светового излучения.
    Изготовлено Светодиоды изготавливаются из таких материалов, как арсенид галлия, галлий. фосфид арсенида или фосфид галлия и т. д. Фотодиоды изготовлены из таких материалов, как кремний, индий, арсенид галлия и др.
    Изменение температуры Излучаемая мощность изменяется из-за изменений температуры. Фототок и темновой ток различаются в зависимости от изменения температура.
    Свет Светодиод может излучать свет, но не может его обнаружить. Фотодиод может обнаруживать свет, но не может его испускать.
    Утечка тока Светодиоды имеют прямое смещение, следовательно, утечки тока отсутствуют. Из-за обратного приложенного напряжения на выводах фотодиода это утечка тока, называемая темновым током.
    Рабочий директор Светодиоды работают по принципу, называемому электро-яркостью, то есть освещением. с использованием зарядов / электронов. Фотодиод работает по принципу фотопроводимости, т.е. проводимость с помощью фотонов.
    Приложение Светодиоды обычно используются в электронных системах отображения, освещаются в транспортных средств, в системах световой индикации, оптоволоконной связи и в качестве световых источник в пакете источник-детектор и т. д. Фотодиоды находят свое применение в солнечных панелях, в логике. схемы, люксметр, телевизоры, оптоволокно, оптопары и т. д.

    Также читайте: Разница между мягким белым светом и светодиодами дневного света

    Предыдущая статья10 Разница между литографией и печатьюСледующая статья10 Разница между бицепсами и трицепсами

    В чем разница между светодиодом и фотодиодом?

    Последнее обновление:

    Основное различие между светодиодом и фотодиодом состоит в том, что светодиод преобразует электрическую энергию в свет, а фотодиод преобразует свет в электрическую энергию.Давайте разбираться в каждом по отдельности.

    Светодиод: —

    Светодиоды (LED) — диоды специального назначения. Это дает видимый свет при прямой поляризации. Светодиоды (светодиоды) широко используются в показательных целях. Светодиод работает по принципу электролюминесценции.

    Светодиоды

    — это диоды, которые испускают свет, когда ток проходит мимо них в направлении передней части. Это также может создавать небольшие напряжения при попадании света, такого как фотодиоды (но не так эффективно).Все диоды вырабатывают напряжение при прикосновении к свету. Многие из них закрыты черными пластиковыми или металлическими банками, отчасти для предотвращения этого. Диоды изготавливаются из кремния или германия, светодиоды из различных материалов, таких как фосфид арсенида галлия (GaAsP) или нитрид индия-галлия (InGaN).

    LED — синоним светодиода. Он образован PN-переходом спереди. Когда электроны в полупроводниках N-типа соединяются с дырками в полупроводниках P-типа, они выделяют энергию в виде света или тепла.

    Фотодиод: —

    Фотодиод работает по принципу фотопроводимости. В фотодиодах Поскольку пары электронно-дырочных пар в процессе генерации, поток фотографий будет течь.

    Фотодиоды принимают свет и создают электрический ток — в фотоэлектрическом режиме (создание напряжения при попадании света) или в фотопроводящем режиме (устройство инвертированного преломления). Преимущество — более быстрый отклик, чем фотопоток, из-за меньшей емкости. Фотографии кремниевых диодов или обработанных германием.

    Фотодиод также состоит из диода с PN-переходом, но когда поверхность PN-перехода помещается в источник света, носитель заряда в фотодиоде приобретает энергию и начинает двигаться. Движение носителя заряда в диоде приводит к возникновению тока в фотодиоде.

    Светодиодный фотодиод

    , фотоприемник с ПИН-диодом, Матрица фотодиодов с ПИН

    Продукция MARUBENI Tech-LED в этой области включает фотодиоды с PIN-кодом, а также фототранзисторы: устройства, преобразующие свет в ток.Они используются, чтобы реагировать на падающий свет или на источник света, который является частью той же цепи или системы. PIN-фотодиоды подходят для быстрых оптических переключателей, фотодетекторов и других приложений. Фототранзисторы или светочувствительные транзисторы подходят для аналогичных приложений в зависимости от длины волны и других внутренних факторов. Оба типа оптических датчиков обслуживают бытовые электронные устройства, такие как детекторы дыма, приемники для инфракрасных устройств дистанционного управления, используемых для управления оборудованием от телевизоров до кондиционеров, для измерения освещенности, как в экспонометрах камеры, или для реагирования на уровни освещенности, как при включении уличного освещения после наступления темноты.Их часто используют для точного измерения силы света в науке и промышленности. Оба они обычно имеют более линейный отклик, чем фотопроводники. Они также широко используются в различных медицинских приложениях, таких как детекторы для компьютерной томографии (в сочетании со сцинтилляторами), инструменты для анализа образцов (иммуноанализ) и пульсоксиметры. PIN-диоды намного быстрее и более чувствительны, чем диоды с p – n переходом, и поэтому часто используются для оптической связи и регулирования освещения.Фотодиод часто объединяется в один компонент с излучателем света, обычно это светоизлучающий диод (LED), либо для обнаружения механического препятствия на пути луча (щелевой оптический переключатель), либо для соединения двух цифровых или аналоговых цепей, сохраняя между ними чрезвычайно высокую гальваническую развязку, часто в целях безопасности (оптопара). Продукция для оптических датчиков MARUBENI Tech-LED может поставляться в виде: эпитаксиальных пластин; неупакованные кубики или упакованные форматы, включая лампы PTH, герметичные лампы TO-Header или SMD.Диапазон активной чувствительной области матрицы составляет от 0,43 x 0,43 до 3,0 x 3,0 мм2. Пиковое время спектрального отклика составляет от 365 до 1650 нм, и устройства могут быть оснащены фильтрами отсечки видимого света. Размер апертуры линз варьируется от полуугловой чувствительности от ± 10 ° до ± 65 °. MARUBENI Tech-LED гордится своим широким спектром оптических датчиков, доступных в различных стандартизированных форматах. Если вы не можете найти то, что вам нужно, отправьте нам запрос, и мы ответим вам, чтобы выполнить ваши требования.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *