fotodiode

fotod.png
het algemeen gebruikte symbool voor fotodiode in schakelingen, op finimuis.nl is dit symbool ook in gebruik.

Een fotodiode bezit twee aansluitingen welke Anode en Kathode worden genoemd, zie de afbeelding hieronder:
fotod1.png

Een fotodiode is een elektronisch onderdeel, welke een type lichtdetector omvat.

De fotodiode werkt op basis van een PN-halfgeleiderovergang, die zo is gemaakt dat er licht op kan vallen.
Daartoe hebben ze of een lichtvenster of een glasvezelverbinding om licht op de halfgeleiderovergang te kunnen laten vallen.
Fotodiodes kunnen op twee manieren worden gebruikt: in normale of omgekeerde positie.
In normale toestand wordt er door opvallend licht een elektrische spanning over de diode opgewekt waardoor er een stroom in de doorlaatrichting gaat lopen.
Dit heet het foto-elektrisch effect en is ook de basis van de zonnecel.
De kleur van het opvallend licht, bepaald de hoogte van de opgewekte spanning en de stroom. Zie onderstaande tekening:
fotokar.png

Het foto-elektrisch effect:

Het foto-elektrisch effect is het verschijnsel dat elektronen, die niet zo sterk gebonden zijn aan een atoom, loskomen nadat ze voldoende energie hebben opgenomen van een invallende lichtgolf.
Het fenomeen werd ontdekt door Heinrich Hertz in 1887 tijdens zijn experimenten met elektromagnetische golven. Door een metaal te bestralen kon er elektrische stroom opgewekt worden.
Later zou Philipp Lenard een verband zien tussen de frequentie van de gebruikte straling en de grootte
van de opgewekte stroom (in dit geval het aantal uitgestoten elektronen). In de gedachtegang van de toenmalige fysici was er enkel een verband mogelijk met de intensiteit van de straling, maar niet met de stralingsfrequentie.
Dit was niet het enige vreemde gedrag van de elektronen: de spanning die nodig was om de uitgestoten elektronen te stoppen (de remspanning) bleek enkel afhankelijk van de frequentie en niet van de intensiteit.
Dit was volledig in tegenspraak met de golftheorie op dat moment. Zie onderstaande tekening:
fotoelekeffect.png

Hieronder staat een tekening, waaruit het egenlijke effect blijkt:
fotoelekeffect1.png
Wanneer twee geleidende platen(+ en -) bijvoorbeeld in een vacuümbuis(weggelaten in de tekening)via een gelijkspanningsbron(batterij) verbonden zijn, zal één van de twee een positieve lading krijgen en de andere een negatieve lading. Valt er licht op de negatieve plaat, dan worden er elektronen uitgezonden(geëmitteerd), waardoor er een stroom gaat lopen in het circuit.
Dit is het foto-elektrisch effect, waarbij een Ampére-meter de hoeveelheid stroom weer kan geven. Dit gebeurt echter niet als het invallende licht een te lage frequentie heeft, ook al is de lichtsterkte nog zo groot.
Dit effect is niet te verklaren met de klassieke Wetten van Maxwell van elektromagnetisme die stelt dat licht is opgebouwd uit golven. Het foto-elektrisch effect heeft aan de wieg gestaan van het besef van de dualiteit van golven en deeltjes.

Werking fotodiode:

Wanneer er een sperspanning over de fotodiode wordt aangelegd, heeft deze net als een andere diode een zeer hoge weerstand.
Er gaat echter een sperstroom lopen, die vrijwel onafhankelijk is van de sperspanning als er licht van een geschikte golflengte op de PN-overgang valt.
Schakelingen gebaseerd op dit effect zijn gevoeliger voor licht dan schakelingen die op het fotovoltaïsch effect reageren.
Het aanleggen van een hoge sperspanning verkleint de overgangs-capaciteit, waardoor de diode sneller wordt.
Zo kunnen bijvoorbeeld signalen die in een glasvezel worden verzonden worden gedetecteerd.

Toepassingen:

PN-overgangs fotodiodes worden in dezelfde soort toepassingen gebruikt als een lichtgevoelige weerstand (LDR).
Belichtingsmeters van camera's en de wekker-radio waarvan de lichtsterkte van het display varieert met het omgevingslicht gebruiken meestal lichtgevoelige weerstanden, hoewel er geen principiële reden is waarom een fotodiode niet zou kunnen.
Ontvangers voor infrarood-afstandsbedieningen(televisie, video) gebruiken vaak fotodiodes.
Fotodiodes worden vaak gebruikt voor nauwkeurige lichtmeting in wetenschap en industrie. Ze hebben vaak een meer lineaire karakteristiek dan lichtgevoelige weerstanden en reageren veel sneller op lichtvariaties.
Een silicium fotodiode is al gevoelig voor infrarood licht. Deze worden ook gebruikt in afstandsbedieningen.
Een germanium fotodiode reageert op zonlicht. Deze zijn echter veel minder in de handel.

Samengevat:

Een fotodiode is in zekere zin complementair aan een led. Een led is een diode die licht uitstraalt indien er voldoende stroom door vloeit. Een fotodiode is daarentegen een diode die in geleiding komt indien er voldoende licht op invalt.
Een fotodiode zendt dus zelf geen licht uit maar zijn spanning-stroom-karakteristiek is afhankelijk van de lichtinval.
Een fotodiode is steeds gevoelig voor bepaalde lichtfrequenties(dus kleuren) en voor andere lichtfrequenties is deze dan niet of minder gevoelig. Zo heb je fotodiodes die bijvoorbeeld gevoelig zijn voor infrarood licht en fotodiodes die gevoelig zijn voor zichtbaar licht.
Een fotodiode voert in sperrichting een lekstroom die afhankelijk is van de hoeveelheid licht die erop valt. Hij kan daardoor als lichtdetector gebruikt worden.

Fysieke voorbeelden van een Fotodiode:

bpw34.png
De BPW34 fotodiode in plastic omhulling en bedraad

bpx61.png
De BPX61 fotodiode in TO-5 behuizing

sh203p.png
De SFH203P fotodiode in 5mm ronde plastic led-behuizing

sfh2400.png
De SFH2400 in SMART-DIL omhulling

sfh231.png
De SFH231 fotodiode in TO-18 omhulling, dit betreft een GERMANIUM-type

Laatste update : 29 november 2014

Terug naar de Diode en dergelijke pagina
Terug naar Component informatie
Terug naar Startpagina
Email aan Finimuis.nl