2.2 Fotodiotlarning tamoyillari.
Fotodiodlar ikki rejimning birida ishlashi mumkin - tashqi elektr energiyasi manbai (konvertor rejimi) yoki tashqi elektr energiyasi manbai (generator rejimi) bilan.
Fotodiod konvertor rejimida ishlaganda unga teskari kuchlanish qo'llaniladi. Fotodiodning I - V xarakteristikasining teskari tarmoqlari F, F1, F2 yoritilishining turli darajalarida qo'llaniladi
Yoritish darajasiga bog'liqlikni hisobga olgan holda, fotodiodning teskari oqimi o'zgaradi va yuk qarshiligidagi kuchlanish o'zgaradi. Temir yo'llarni avtomatlashtirish tizimlarida germaniy fotosensor bu sxema bo'yicha qizdirilgan o'q qutisini aniqlash uchun qurilmalarga kiritilgan (germaniy IQ nurlariga sezgir, kremniy esa ko'rinadigan yorug'likka sezgir).
Jeneratör rejimida ishlaydigan fotodiodlar quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantiradigan quvvat manbalari sifatida ishlatiladi. Οʜᴎ quyosh xujayralari deb ataladi va quyosh xujayralarining bir qismidir. Quyosh batareyasining chiqish kuchlanishi yorug'lik darajasiga juda bog'liq. Yukdagi barqaror kuchlanishni olish uchun quyosh batareyasi akkumulyator bilan birgalikda ishlatiladi. Maksimal yoritishda quyosh batareyasi yukni quvvatlantiradi va batareyani zaryad qiladi. Ref.rf-ga joylashtirilgan Zulmatda yuk faqat batareyadan quvvat oladi va batareyaning quyosh batareyasiga tushmasligi uchun VD1 diodasi sxemaga o'rnatiladi.
Kremniy quyosh xujayralarining samaradorligi taxminan 20% ni tashkil qiladi. Quyosh xujayralarining muhim texnik parametrlari ularning chiqish quvvatining ishg'ol qilingan massa va maydonga nisbati quyosh batareyasi... Ushbu parametrlar mos ravishda 200 Vt / kg va 1 kVt / m2 qiymatiga etadi.
Fotodiodlar haqida batafsil ma'lumot adabiyotlarda keltirilgan.
Fotorezistorlar va fotodiodlar. Qurilma, ishlash printsipi. Fotorezistorlar yarimo'tkazgichli qurilmalar deb ataladi, ularning printsipi yorug'lik nurlari ta'sirida yarimo'tkazgichning qarshiligining o'zgarishiga asoslangan. 7.31-rasmda 1, ... dielektrik substratdan iborat fotorezistor qurilmasi ko'rsatilgan.
- Fotodiodlar va LEDlar
Fotorezistor rejimidagi fotodiod Fotorezistor rejimidagi fotodiod va uning I - V xarakteristikasi Fotodiodga EMF manbasidan teskari kuchlanish qo'llaniladi, shuning uchun uning tutashuvi yopiladi. Agar oqim nolga teng bo'lsa, u holda fotodiod orqali teskari oqim taxminan.
Fotodetektorlar. Yassi va proektsion tipdagi skanerlarda zaryad bilan bog'langan qurilmalar (CCD), barabanli skanerlarda esa fototizuvchi naychalar va fotodiodlar qo'llaniladi. Ba'zan buning aksi bo'ladi. CCD ning ishlashi MOS konstruktsiyali kondansatkichlarning xususiyatiga asoslanadi.
Fotodiod printsipi
Yarimo'tkazgichli fotodiod - bu teskari oqim yoritilishiga bog'liq bo'lgan yarimo'tkazgichli diod. Odatda fotodiod sifatida tashqi quvvat manbai tomonidan teskari yo'nalishda bo'lgan pn birikmasi bo'lgan yarimo'tkazgichli diodlardan foydalaniladi. Yorug'lik kvantlari pn birikmasida yoki unga qo'shni joylarda yutilganda yangi zaryad tashuvchilar paydo bo'ladi. Pn birikmasiga tutash mintaqalarda diffuziya uzunligidan oshmaydigan masofada paydo bo'lgan ozchilik zaryad tashuvchilar pn birikmasiga tarqalib, u orqali elektr maydon ta'sirida * o'tishadi. Ya'ni, yoritilganida teskari oqim kuchayadi. Kvantlarning to'g'ridan-to'g'ri pn birikmasiga singishi shunga o'xshash natijalarga olib keladi. Orqaga oqim kuchayadigan miqdor fototok deb ataladi.
Fotodiodning xususiyatlari quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanishi mumkin:
Fotodiodning oqim kuchlanish xarakteristikasi doimiy yorug'lik oqimidagi yorug'lik oqimi va 1 m qorong'u oqimning voltajga bog'liqligi.
Fotodiodning yorug`lik xarakteristikasi fototokning yoritishga bog`liqligidan kelib chiqadi. Borayotgan yoritish bilan fotosurat kuchayadi.
Fotodiodning spektral xarakteristikasi fotodokning tushayotgan nurning to'lqin uzunligiga fotodiodga bog'liqligidir. U uzun to'lqin uzunliklarida tasma oralig'i bilan, qisqa to'lqinlarda esa katta yutilish koeffitsienti va yorug'lik kvantlarining pasayishi bilan zaryad tashuvchilarning sirt rekombinatsiyasi ta'sirining oshishi bilan aniqlanadi. Ya'ni qisqa to'lqin uzunlikdagi sezgirlik chegarasi taglik qalinligi va sirt rekombinatsiya tezligiga bog'liq. Maksimalning fotodiodning spektral xarakteristikasidagi o'rni yutilish koeffitsientining o'sish darajasiga juda bog'liq. Vaqt konstantasi - fotodiod oqimi yoritilgandan keyin yoki fotodiod barqaror holat qiymatiga nisbatan e (63%) koeffitsienti bilan qoraygandan keyin o'zgaradigan vaqt.
Fotogenerator rejimida ishlaydigan fotodiodlar ko'pincha quyosh nurlanishining energiyasini elektr energiyasiga aylantiradigan quvvat manbai sifatida ishlatiladi. Ular quyosh elementlari deb ataladi va kosmik kemalarda ishlatiladigan quyosh panellarining bir qismidir.
Silikon quyosh xujayralarining samaradorligi 20 % ga teng va kino quyosh hujayralarida bu juda katta ahamiyatga ega bo'lishi mumkin. Quyosh panellarining muhim texnik parametrlari ularning chiqish quvvati quyosh batareyasi bilan ishlaydigan massa va maydonga nisbati. Ushbu parametrlar navbati bilan 200 Vt/kg va 1 kw/m2 qiymatlariga etadi.
Fotovoltaik rejimda fotodiod ishlaganda, elektr ta'minoti elektronga qulflash yo'nalishi bo'yicha kiritiladi. Turli yoritgichlarda fotodiod vah ning teskari filiallari ishlatiladi.
Foto-ta'lim rejimida fotodiodni yoqish sxemasi: a-yoqish sxemasi, b-voh fotodiod
Rn yuk rezistoridagi oqim va kuchlanish fotodiod vah kesishgan nuqtalari va Rn rezistor qarshiligiga mos keladigan yuk liniyasi bo'yicha grafik jihatdan aniqlanishi mumkin. Yorug'lik bo'lmasa, fotodiod oddiy diod rejimida ishlaydi. Germaniyalik fotodiodlarning qorong'u oqimi 10-30 mkA, silikon 1 - 3 mkA.
Agar fotodiodlarda yarim Supero'tkazuvchilar stabilitronlarda bo'lgani kabi, zaryadlovchilarning ko'chki ko'payishi bilan birga qaytariladigan elektr buzilishidan foydalansangiz, u holda fototektsiya va shuning uchun sezuvchanlik sezilarli darajada oshadi.
Ko'chki fotodiodlarning sezuvchanligi an'anaviy fotodiodlardan (Germaniyadagi – 200 – 300 marta, silikon – 104 – 106 marta) bir necha buyurtma bo'lishi mumkin.
Ko'chki fotodiodlari tezkor fotoelektrik qurilmalar bo'lib, ularning chastota diapazoni 10 Ghzga yetishi mumkin. Ko'chki fotodiodlarining kamchiliklari an'anaviy fotodiodlarga nisbatan yuqori shovqin darajasidir.
Photoresistor (a), Ugo (b), energiya (v) va volt-amper (D) fotorezistorning xususiyatlari
Fotodiodlardan tashqari, fotorezistorlar, fototransistorlar va fototiristorlar ishlatiladi, unda ichki foto effekti ishlatiladi. Ularning xarakterli kamchiliklari yuqori inertsionaldir (fgr < 10 - 16 kHz chegara chastotasi), bu ularni qo'llashni cheklaydi. Fototransistorning dizayni odatiy tranzistorga o'xshaydi, uning ichida taglik yoritilishi mumkin bo'lgan oyna mavjud. Ugo fototransistor-unga qaratilgan ikkita o'q bilan tranzistor.
LED va fotodiodlar ko'pincha juftlikda ishlatiladi. Shu bilan birga, ular fotodiodning fotosensitiv platformasi LED chiqadigan padning qarshisida joylashgan tarzda bitta tanaga joylashtiriladi. "LED – photodiod" juftlarini ishlatadigan yarim o'tkazgich qurilmalari optron deb ataladi.
Bunday asboblardagi kirish va chiqish davrlari elektr bilan bog'liq emas, chunki signal uzatish optik nurlanish orqali amalga oshiriladi.
Xulosa
Hozirgi kunda barcha texnalogiyalar rivojlanib energiya sarfi kamayib bormoqda. Hattoki oddiy cho’g’lanma lampalar ham led lampalarg almashtirilishi bilan birga aqilli va kam energiya talab qiladigan darajaga olib kelinyabdi. Uning aqilli bo’lishi uni masofadan boshqarish, rangini o’zgartirish va sensorlar orqali avtomatlashtirilyabdi. Albatta bunday funksiyaga ega lampalar nisbatan qimmat lekin uni energiya tejash orqali qoplanadi. Bizning loihamiz ham ikkita sensor va rele bilan boshqariladi. Bunday turdagi lampalarni ishlab chiqarishni yo’lga qo’yish orqali energiya sarfini ancha kamaytirgan bo’lamiz chunki u faqatgina qorong’uda va harakatni sezgan vaqtda yonadi.
Yorug‘lik ta’sirida harakatchan zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi oshadi. Bunda ularni paydo bo‘lishining turli mexanizmlari mavjuddir. Kovaklar va elektron konsentratsiyasining o‘sishi, elektromagnit nurlanishlar elektronlarning g‘alayonlashtirishi va ularni valent zonadan o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tkazishi hisobiga yuz berishi mumkin. Elektronlar valent zonadan kirishma sathiga o‘tganda faqatgina kovakli elektro o‘tkazuvchanlik oshadi. Elektronlarning kirishma sathidan o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tganda ham elektr elektr o‘tkazuvchanlik kuzatiladi. Shunday qilib, yorug‘lik bilan yoritilganda yarimo‘tkazgichda harakatchan zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi ∆n va ∆p kattalikka oshsa, uning o‘tkazuvchanligi keskin o‘sadi:
|
