BÀI tập lớn vật LIỆU và LINH KIỆN điện tử DIODE QUANG (PHOTO DIODE)

Khái niệm, ký hiệu 1.1_Khái niệm Điốt quang hay diode quang Photodiode là một linh kiện bán dẫn biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện dựa trên hiệu ứng quang điện.. Hiểu một cá

KHOA ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ DIODE QUANG (PHOTO DIODE)

Giảng viên hướng dẫn : Phạm Xuân Thành

Lớp: Điện tử 3 - K16

Nhóm thực hiện: Nhóm 3

Lê Thị Minh Hạnh 2021603056

Đặng Trung Hiếu 2021603018

Nguyễn Đức Hiếu 2021602634

Nguyễn Đức Hiếu 2021602599

1 Diode quang là gì?

1.1_Khái niệm 2

1.2_Ký hiệu 2

1.3_Cấu tạo 2

2 Nguyên lý và chế độ làm việc 2.1_Nguyên lý hoạt động 3

2.2_Chế độ làm việc 5

2.3_Các đặc trưng hoạt động 7

3 Ứng dụng 7

1 Khái niệm, ký hiệu

1.1_Khái niệm

Điốt quang hay diode quang (Photodiode) là một linh kiện bán dẫn biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện dựa trên hiệu ứng quang điện Hiểu một cách

đơn giản, thiết bị có mối nối P-N đặc biệt tạo ra dòng điện khi có ánh sáng chiếu vào được gọi là Điốt quang Nó còn được gọi là bộ tách sóng quang hay bộ cảm biến quang Nên nhớ Điốt quang hoạt động ở chế độ phân cực ngược nhé các bạn Chiều ngược với chiều của Diode đó

1.2_Ký hiệu

Trong mạch điện thì Điốt quang có ký hiệu tương tự Diode nhưng có thêm 2

mũi tên chiếu vào, biểu thị ánh sáng chiếu vào Điốt quang

1.3_Cấu tạo

Chất bán dẫn Ký hiệu hóa Vùng bước sóng (nm)

Tellua cadmi-thuỷ ngân HgCdTe 400–14.000

2 Nguyên lý và chế độ làm việc

2.1_Nguyên lý hoạt động

Điốt quang hoạt động dựa trên Hiệu ứng quang điện Trong hiệu ứng quang

điện, các điện tử sau khi hấp thụ năng lượng từ các photon trong ánh sáng Sau

đó chúng làm nguyên tử chuyển sang trạng thái kích thích làm bắn electron ra ngoài

Nguyên tắc hoạt động của điốt quang là sao cho khi mối nối P-N của Điốt quang được chiếu sáng thì dòng điện bắt đầu chạy qua nó

Trong điốt quang, một dòng điện ngược rất nhỏ chạy qua thiết bị được gọi là dòng điện ngược (dòng điện nghịch) Nó được gọi như vậy bởi vì dòng điện này hoàn toàn là kết quả của dòng chảy của các hạt tải điện thiểu số và do đó sẽ chảy khi thiết bị không tiếp xúc với bức xạ (Không có ánh sáng chiếu vào)

 Khi chưa được chiếu sáng:

Các electron có mặt ở phía P và các lỗ trống ở phía N là hạt tải điện thiểu số Khi đặt một điện áp phân cực ngược nhất định thì hạt tải điện nhỏ nhất, các lỗ trống từ phía N chịu lực đẩy từ điện thế dương của pin (cực âm của nguồn) Tương tự, các electron hiện diện ở phía P chịu lực đẩy từ thế âm của pin (cực dương của nguồn) Do sự chuyển động này, điện tử và lỗ trống tái kết hợp tại chỗ nối, kết quả là tạo ra vùng suy giảm ở chỗ nối (mối tiếp giáp P-N)

Nguyên lý làm việc Điốt quang khi chiếu sáng

 Khi được chiếu sáng:

Bây giờ, mối tiếp xúc P-N của Điốt quang được chiếu sáng bằng ánh sáng Khi ánh sáng rơi trên bề mặt của mối tiếp xúc thì nhiệt độ của đường giao nhau sẽ tăng lên Điều này làm cho electron và lỗ trống tách ra khỏi nhau

Khi hai electron tách ra thì electron từ phía N bị hút về phía cực dương của nguồn Tương tự, các lỗ trống ở phía P bị thu hút bởi cực âm của nguồn

Với sự gia tăng cường độ ánh sáng, nhiều hạt mang điện được tạo ra và chảy qua mạch điện Qua đó, sinh ra dòng điện lớn qua Điốt quang

Dòng điện này sau đó được sử dụng để dẫn điện các mạch khác của hệ thống Vì vậy, chúng ta có thể nói cường độ năng lượng ánh sáng tỷ lệ thuận với dòng điện qua thiết bị

2.2_Chế độ làm việc

 Chế độ quang điện (Photovoltaic mode):

Điốt quang làm việc khi có điện áp đặt lên 2 đầu của nó Dòng quang điện được ánh sáng tạo ra và có thể dùng làm nguồn cấp điện Các tấm pin năng lượng mặt trời thường trời hoạt động ở chế độ này

 Chế độ quang dẫn (Photoconductive mode):

Photodiode quang dẫn làm việc có đặt thiên áp ngược Khi một điện thế ngược nhất định được đặt vào thiết bị thì thiết bị đó sẽ hoạt động như một thiết bị quang dẫn Ở đây, sự gia tăng chiều rộng vùng suy giảm (lớp tiếp xúc P-N) được nhìn thấy với sự thay đổi tương ứng của điện áp ngược

 Hiệu suất: Là tỷ số công suất dòng quang điện tạo ra với quang thông, biểu diễn A/W

 Đáp tuyến phổ chi tiết thì phản ánh ở hiệu suất lượng tử của photodiode cho

từng bước sóng photon, và nó không đồng đều Chất liệu và công nghệ cho ra các vùng phổ làm việc của photodiode khác nhau

 Dòng tối: Là dòng dò của điốt nói chung, vận dụng vào photodiode là dòng điện khi không có ánh sáng chiếu vào

 Đáp ứng thời gian: Phản ánh mức độ dòng quang điện bắt kịp thay đổi quang

thông, và có thể xác định theo quy tắc Ramo

3 Ứng dụng

-Các ứng dụng của điốt quang liên quan đến các ứng dụng tương tự của bộ tách sóng quang như thiết bị ghép điện tích, chất dẫn quang và ống nhân quang

-Ứng dụng rộng rãi trong các kỹ thuật điện tử, đặc biệt là các thiết bị đo đạc, truyền dẫn thông tin, giám sát và điều khiển… Vai trò chủ yếu của chúng là cảm biến một trạng thái nào đó Ví dụ như nhận biết khi nào giấy trong một khay máy in hết, dùng làm pin mặt trời

-Các điốt này được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như máy dò khói, đầu đĩa compact, TV và điều khiển từ xa trong VCR

-Trong các thiết bị tiêu dùng khác như radio đồng hồ, đồng hồ đo ánh sáng máy ảnh và đèn đường, chất dẫn quang thường được sử dụng hơn là điốt quang -Photodiode thường được sử dụng để đo chính xác cường độ ánh sáng trong khoa học và công nghiệp Nói chung, chúng có phản ứng nâng cao, tuyến tính hơn so với chất dẫn quang

-Photodiode cũng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng y tế như dụng cụ

để phân tích mẫu, máy dò để chụp cắt lớp vi tính và cũng được sử dụng trong máy theo dõi khí máu

-Các điốt này nhanh hơn và phức tạp hơn nhiều so với điốt tiếp giáp PN bình thường và do đó thường được sử dụng để điều chỉnh ánh sáng và trong truyền thông quang học

Cảm biến ánh sáng Photodiode