Détecteur photo : caractéristiques, types, avantages, 7 applications

Contenu du détecteur photo diode

Dans cet article, nous discuterons du détecteur à photodiode comme suit:

• Définition d'un photodétecteur
• Différents types
• Schéma
• Applications
• Qu'est-ce qu'une photodiode
• Caractéristiques d'une photodiode
• Principe de fonctionnement
• Photodiode d'avalanche
• Schéma
• Applications
• Avantages désavantages
• Phototransistor vs photodiode

Qu'est-ce qu'un détecteur de photos?

Définition d'un détecteur photo:

«Les photodétecteurs sont des éléments importants, possèdent la capacité de transformer la lumière en signaux électriques.»

"Photodétecteurs sont des éléments importants utiles dans le traitement d'image, la communication optique, la sécurité, la vision nocturne et la détection de mouvement. »

Types de détecteurs photo:

Applications importantes des détecteurs photo:

• Les photodétecteurs peuvent être utilisés pour des propriétés telles que la puissance optique, les mesures de flux lumineux.
• Ceux-ci sont utilisés dans divers types de conception de capteurs optiques et de microscopes.
• Les photodétecteurs sont essentiels pour les télémètres laser.
• Les photodétecteurs rapides sont couramment utilisés dans les communications par fibre optique, la métrologie de fréquence, etc.

Qu'est-ce qu'une diode photo?

Définition d'une photodiode:

«Une photodiode est essentiellement une diode à jonction pn."

Lorsqu'un photon frappe la diode, il excite l'électron et génère un électron mobile et un trou de charge positive. L'absorption se produit dans la zone de déplétion de la jonction, le porteur sera retiré de la jonction par le potentiel intégré de la région de déplétion.

Comment fonctionne une photodiode?

Principe de fonctionnement de la photodiode:

Une photodiode est une jonction pn ou une configuration PIN. Si un photon frappe la diode, il produit l'électron et un trou chargé positivement. Lorsqu'une absorption se produit dans la zone de déplétion de la jonction, ces porteurs ont été piégés dans la jonction de la zone intégrée de cette région de déplétion qui a créé un photocourant.

Les photodiodes sont largement utilisées sous polarisation inverse ou sans polarisation. La lumière ou le photon peut conduire un courant à travers ce circuit, ce qui donne une polarisation directe, ce qui provoque ensuite un «courant d'obscurité» de la direction inverse au photocourant. C'est ce qu'on appelle l'effet naturel et peut être à la base de la conception des cellules solaires. Un panneau solaire n'est qu'une combinaison de plusieurs photodiodes efficaces.

La polarisation inverse produit un courant mineur dans une direction exactement identique. En dehors de cela, la photodiode présente moins de bruit.

Photodiodes à avalanche ont un préarrangement similaire, mais il fonctionne normalement avec une plus grande polarisation inverse. Cela permet à chaque fournisseur photo-généré d'être multiplié avec une panne d'avalanche, entraînant des effets internes de la photodiode et améliore la réactivité globale de l'appareil.

Matériaux pour une photodiode:

Matériel utilisé en photodiode:

• Silicium
• Germanium
• Sulfure de plomb

La matières premières. utilisé pour la construction de la photodiode est important pour décrire ses propriétés car seuls les photons avec une énergie appropriée peuvent exciter des électrons dans la bande interdite et capables de produire des photocourants substantiels.

Il est important de se rappeler que les photodiodes à base de silicium ont une plus grande bande interdite et que, de ce fait, elles sont capables de produire moins de bruit que les photodiodes à base de germanium.

Depuis que transistors et les circuits intégrés sont également préparés avec un matériau semi-conducteur et comprennent des jonctions pn, peuvent agir comme une photodiode. Ce n'est pas l'accepté, un boîtier opaque est obligatoire pour supprimer cet effet. Bien que ceux-ci ne soient pas entièrement opaques aux rayonnements à haute énergie, ils peuvent toujours provoquer un dysfonctionnement des circuits intégrés pour le photocourant induit.

Applications d'une photodiode:

• Les photodiodes sont utilisées dans l'électronique grand public, c'est-à-dire les lecteurs de CD, les détecteurs d'incendie et de fumée, les télécommandes, l'éclairage, etc.
• Ceux-ci sont également utilisés dans diverses applications médicales, détecteurs et physique des hautes énergies, etc.

Avantages et inconvénients d'une photodiode:

AVANTAGES-

• Faible niveau de bruit
• À bas prix
• Compact et léger.
• Longue durée de vie
• Aucune haute tension n'est requise.
• Efficacité quantique élevée.

DÉSAVANTAGES-

• Petite zone
• Pas de gain interne
• Sensibilité beaucoup plus faible
• Le temps de réponse est plus lent.

Quelles sont les caractéristiques d'une photodiode?

Il existe deux types de caractéristiques de photodiode

• Caractéristiques électriques
• Caractéristiques optiques

Caractéristiques électriques de la photodiode:

RÉSISTANCE AU SHUNT, R_SH

Résistance shunt (R_SH) est utilisé pour estimer le bruit thermique lorsqu'aucune polarisation inverse n'est appliquée. C'est le rapport de la tension au courant.

Il est calculé à partir de la pente de la courbe VI de la photodiode à l'origine.

RÉSISTANCE EN SÉRIE

La résistance série est donnée par Rs et elle provient des résistances du silicium. L'expression est donnée par l'équation suivante -

CAPACITANCE DE JONCTION, (C_j)

Capacité de jonction (C_j) est la capacité de la diode à une polarisation inverse donnée.

La capacité de jonction est proportionnelle à la zone de diffusion et inversement proportionnelle à la largeur de la zone d'appauvrissement.

TEMPS DE MONTÉE ET DE CHUTE (t_r , T_f )

Le temps nécessaire pour atteindre 3% à partir de XNUMX% est connu sous le nom de temps de montée et le temps nécessaire pour passer de XNUMX% à XNUMX% est appelé temps de chute. Ce paramètre est généralement exprimé en réponse en fréquence de la décroissance de XNUMX dB comme suit.

                                t_r= 0.35 / f_3dB

TENSION DE RUPTURE (V_BR)

C'est le maximum négatif tension qui peut être appliquée à la diode Terminal.

PUISSANCE ÉQUIVALENTE DE BRUIT (N_EP)

L'intensité des photons est une condition préalable à l'équivalent du bruit à une polarisation inverse spécifiée. C'est une mesure de N_EP.

TEMPS DE RÉPONSE (t_r)

Il est défini par le temps nécessaire à une diode pour répondre à une entrée de pas à la lumière à un mode de fonctionnement de polarisation inverse spécifié.

Courant de court-circuit (I_SC):

Avec la diode broches court-circuitées, le courant qui circule à une intensité lumineuse donnée.

Caractéristiques optiques de la photodiode:

EFFICACITÉ QUANTUM, Q_E

Q_E est largement reconnu comme le pourcentage des photons incidents qui contribuent au photocourant.

                               Q_E=R _obs/R _Id (100%)

RESPONSABILITÉ, R

La réactivité d'une photodiode au silicium est la mesure de la sensibilité à la lumière. Il est donné par le rapport de Ip à la puissance de la lumière (P) à venir pour la longueur d'onde donnée.

                              R = I_P/P à une longueur d'onde spécifique

NON-UNIFORMITÉ

Il est bien défini comme les variations de sensibilité observées sur la surface de la photodiode active avec des taches de lumière triviales.

NON-LINÉARITÉ

Une caractéristique de photodiode au silicium est de nature linéaire bien qu'un changement mineur du courant régule la linéarité du photocourant.

Bruits dans une diode photo:

Dans une photodiode, deux types de bruits sont introduits; elles sont

• Bruit de tir
• Bruit de Johnson.

Bruit de tir

Il est exprimé par l'équation suivante.

Bruit thermique ou bruit Johnson

Le photodétecteur peut produire du bruit Johnson en raison de la génération thermique du porteur. L'amplitude de ce bruit de courant généré est:

Par conséquent, le bruit total est,

Expliquez les mécanismes d'avalanche et de Zener:

La panne d'avalanche se produit uniquement aux tensions les plus élevées. Supposons que le champ électrique (E) dans la région de transition est énorme. Puis, un e^- entrant du côté P peut être accéléré par l'énergie cinétique pour entrer en collision avec le réseau et produire ionisation. Les interactions créeront une multiplication des porteurs ; l'électron d'origine et l'électron généré sont balayés vers le côté N, et le trou de création est déplacé vers le P. Ce processus est une avalanche puisque chaque porteur entrant peut initier le grand nombre de porteurs.

L'effet Zener se produit une fois que le tunnel des électrons a eu lieu de la bande de valance côté P à la bande de conduction côté N, peut provoquer un flux de courant inverse de la borne N à la borne P. Les inévitabilités de base pour le courant tunnel sont un grand nombre d'électrons qui sont détachés d'une quantité substantielle d'état inoccupé par une barrière en métal. La probabilité de tunnel étant régie par la largeur de la barrière, le dopage doit être important.

Comparez entre le transistor photo et la diode photo:

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Soumali Bhattacharya

Bonjour, je m'appelle Soumali Bhattacharya. J'ai fait un Master en Electronique.
Je suis actuellement investi dans le domaine de l'électronique et de la communication.
Mes articles se concentrent sur les principaux domaines de l'électronique de base dans une approche très simple mais informative.
Je suis un apprenant vif et j'essaie de me tenir au courant de toutes les dernières technologies dans le domaine de l'électronique.

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