Jaké typy fotodiod existují?

LED a fotodiody: typy, princip a způsob činnosti, použití, hlavní technické vlastnosti a elektrické parametry.

Většina polovodičových rádiových součástek v provozních režimech pracuje s elektrickou energií, která není vnímána zrakovými orgány. Existuje však celý shluk prvků, které pracují s elektromagnetickým vlněním ve viditelném spektru. Jedná se o LED a fotodiody. Jejich společným znakem je přítomnost polovodičového pn přechodu, díky kterému jsou tyto rádiové komponenty běžným elektrickým ventilem. Světlo a fotodiody se však v této kapacitě téměř nikdy nepoužívají. S jejich pomocí se řeší další problémy. Pojďme se na tyto radioprvky podívat blíže.

LED diody

Hlavní funkcí těchto polovodičových rádiových součástek je produkovat světelné záření při průchodu elektrického proudu v propustném směru. Když se použije dopředné předpětí, jako u konvenční diody, začnou procesy rekombinace elektronů a děr. Rozdíl je v tom, že u LED je tento proces doprovázen generováním fotonů, které tvoří světlo.

Aby polovodič získal schopnost generovat fotony, je speciálním způsobem dopován. Díky tomu je materiál nasycen nosiči náboje, které ve viditelném spektru vybudí elektromagnetické vibrace, které jsou zrakovými orgány vnímány jako záře.

Výhodou LED je koherence záření. To znamená, že prvek produkuje elektromagnetické vlny pouze jedné vlnové délky. To znamená, že LED generuje světlo pouze jedné barvy z těch, které dohromady tvoří bílou. V praktické radioelektronice jsou nejrozšířenější tyto LED diody:

Samostatným typem LED jsou rádiové součástky, které produkují infračervené záření. Používají se při dálkovém ovládání elektroniky, přístupových systémů, bezpečnostních alarmů a dalších podobných systémů. A přestože tyto prvky generují neviditelné elektromagnetické vlny, používají stejné fyzikální principy a jsou vyrobeny podle stejného designu, a proto patří do třídy LED.

Typy LED diod

Dnes existují dva přístupy ke klasifikaci světelných diod. Za prvé, rádiové komponenty se liší účelem. V závislosti na tom mohou být emisní nebo indikátorové. První se používají v komunikačních linkách z optických vláken jako součást optických párů. Posledně jmenované se používají v zobrazovacích zařízeních. Osvětlovací LED mimochodem patří do druhého typu.

Za druhé, LED se liší v technologiích generování fotonů a na tomto základě se dělí na injekční a fosforové. V prvním je světlo produkováno přímo polovodičem, když prochází elektrický proud. Fosforové LED využívají princip sekundární generace. Tyto prvky poskytují hustší proud světla. Výše zmíněné emisní LED diody jsou nejčastěji na bázi fosforu.

Hlavní vlastnosti světelných diod:

Maximální přípustný stejnosměrný proud;
Maximální přípustný pulzní dopředný proud;
Maximální přípustné zpětné stejnosměrné napětí;
svítivost LED;
Maximální spektrální rozložení záření LED;
Konstantní propustné napětí;
Rozsah provozní teploty okolí.

Fotodiody

Tyto polovodičové rádiové součástky na rozdíl od LED nevyzařují fotony. Naopak fotodiody samy o sobě potřebují světelná kvanta, aby mohly plnit své funkce. Princip fungování prvků spočívá v tom, že v důsledku jejich osvětlení nějakým světelným zdrojem dochází ke zpětnému proudu. Ve tmě při použití reverzního předpětí zůstane fotodioda uzamčena, ale jakmile se rozsvítí, otevře se. Alespoň tak ten proces navenek vypadá.

Přečtěte si více

Kdo vytvořil kroky?

Ve skutečnosti zůstává pn přechod uzavřený a protéká jím obvyklý zpětný proud, ale přidává se k němu tzv. fotoproud, který vzniká působením fotonů z vnějšího světla na polovodič. Absorpce světelných kvant v přechodové zóně vede ke vzniku menšinových nosičů náboje ve vzdálenosti od pn přechodu, která je menší než tzv. difúzní délka. Díky tomu vzniká fotoproud.

Některé obvody využívají jako zdroj proudu fotodiodu, pracující v galvanickém režimu. To znamená, že v rádiové součástce, když je osvětlena, je generován proud, který je pak použit v jiných částech radioelektronického zařízení. V tomto případě fotodioda nepotřebuje zpětné předpětí. To zjednodušuje návrh obvodu, což je cenný výrobní faktor.

Seznam provozních výhod fotodiod zahrnuje následující:

stabilita fotoproudu;
lineární charakter závislosti proudu na osvětlení;
nízká vstupní impedance při přímém připojení;
nenáročný na teplotní podmínky.

K teplotním nárokům je třeba poznamenat, že v tomto smyslu mají nejlepší parametry germaniové fotodiody. Jejich elektrické vlastnosti málo závisí na okolní teplotě. Díky tomu jsou germaniové rádiové komponenty preferovány pro použití ve vysoce výkonných zařízeních.

Lavinové fotodiody

Zvláštním typem těchto polovodičových prvků jsou lavinové fotodiody. Tento název dostali od názvu kvantového efektu použitého k vytvoření zpětného proudu. Mechanismus působení lavinové fotodiody je následující. Když je aplikováno zpětné předpětí, které překročí určitou kritickou úroveň, dojde k lavinovému zhroucení pn přechodu a přes rádiovou součást začne protékat významný zpětný proud.

Obecně se všechny polovodičové diody chovají stejně, ale pouze u lavinové fotodiody síla zpětného proudu silně závisí na úrovni osvětlení. Malé a sotva znatelné změny intenzity světla mají za následek výrazné kolísání zpětného proudu. Tato vlastnost lavinových fotodiod se využívá v různých automatizačních zařízeních se zvýšenými požadavky na citlivost.

Nevýhodou konvenčních a lavinových fotodiod je jejich silná závislost na stabilitě parametrů zpětného předpětí. Tento faktor si vynucuje použití stabilizátorů napájecího napětí ve fotodiodových obvodech.