کاربردهای فتودیود

کاربردهای فتودیود:
فتودیودهای پیوند P-N دارای کاربردهای مشابه با سایر آشکارسازهای نوری مانند رساناهای نوری، ادوات تزویج شده شارژ و تکثیر کن های فوتونی (Photomultiplier) هستند.

این ادوات ممکن است برای تولید خروجی وابسته به روشنایی و یا تغییر در شرایط مدار (کنترل و کلیدزنی و یا پردازش سیگنال) مورد استفاده قرار گیرند.

همچنین فتودیودها در وسایل خانگی مانند پخش کننده CD، تشخیص دود و لوازم پزشکی کاربرد دارند. یکی از کاربردهای مهم فتودیودها، در گیرنده مادون قرمز موجود در کنترل از راه دور وسایلی مانند تلویزیون و کولر است.

در بسیاری دیگر از کاربردها نیز ممکن است از فتودیود یا فتوکانداکتور استفاده شود. هر کدام از انواع سنسورهای نوری ممکن است در اندازه گیری نور (در دوربین ها) و یا پاسخ به تغییر سطح نور (روشنایی اتوماتیک خیابان ها) به کار روند.

فتودیودها معمولا با یک عنصر دیگر که از خود نور ساطع می کند، ترکیب می شوند و برای تشخیص وجود یک مانع مکانیکی (کلید نوری) و یا تزویج دو مدار آنالوگ و یا دیجیتال (اپتوکوپلر) به کار می روند، مخصوصا زمانی که یک ایزولاسیون الکتریکی بسیار قوی برای امنیت بالا در آن ها وجود داشته باشد.

همچنین ترکیب فتودیود و LED در بسیاری از سیستم های سنسوری برای ایجاد مشخصه های متنوع بر اساس جذب نوری دیده می شود.

فتودیودها معمولا در علوم و نیز در صنعت به منظور اندازه گیری شدت نور مورد استفاده قرار می گیرند؛ زیرا دارای پاسخ خطی تری نسبت به فتوکانداکتیوها هستند.

همچنین فتودیودها در ابزارهای پزشکی مانند سی تی اسکن (Computed Tomograph) و ابزارهای آنالیز نمونه و نیز ضربان سنج ها (Pulse Oximeters) یافت می شوند.

فتودیودهای PIN نسبت به فتودیودهای PN بسیار سریع تر و حساس تر هستند و به همین دلیل معمولا در مخابرات نوری کاربرد عمده دارند.

اگر شدت روشنایی نور بسیار پایین باشد، معمولا از فتودیودهای پیوند P-N استفاده نمی شود. در این مواقع که حساسیت بالا مورد نیاز است، فتودیودهای بهمنی، ادوات تزویج شده شارژ و تکثیر کن های فوتونی مورد استفاده قرار می گیرند.

نمونه ای از این کاربردها در نجوم، تجهیزات دید در شب، طیف سنجی (Spectroscopy) و یافتن بر لیزر ( Laser Rangefinding) است.

اثرات نامطلوب در فتودیود:
هر پیوند P-N اگر در معرض تابش نوری قرار گیرد، به صورت بالقوه یک فتودیود است. ادوات نیمه رسانا مانند دیودها، ترانزیستورها و آی سی های شامل پیوند P-N اگر در معرض تشعشعات الکترومغناطیسی ناخواسته با طول موج کافی برای تولید جریان نوری قرار گیرند، دارای عملکرد مناسب نخواهند بود.

به همین دلیل و برای جلوگیری از برخورد این امواج، تمام این ادوات در محفظه های مات، تولید می شوند. اگر این محفظه در برابر تشعشعات پرانرژی مانند اشعه X، فرابنفش یا اشعه گاما به صورت کامل ایزوله نشده باشند، به دلیل جریان نوری القا شده ادوات فوق دچار اختلال در عملکرد خواهند شد.

تشعشعات پس زمینه از بسته بندی نیز قابل توجه هستند و باید از روش هایی مانند Radiation Hardening استفاده شود.

البته به این نکته باید توجه شود که در بعضی موارد این پدیده مطلوب است. به عنوان مثال در LEDها به عنوان ادوات حساس به نور و یا در مزارع انرژی و در دیودهای نور افکن یا جاذب نور مورد استفاده قرار می گیرند.

منحنی مشخصه جریان-ولتاژ:
یک فتودیود معمولا در مد بایاس معکوس عمل می کند. منحنی مشخصه جریان-ولتاژ فتودیود در شکل زیر نشان داده شده است.

بر اساس این نمودار، جریان نوری تقریبا مستقل از ولتاژ بایاس معکوس اعمالی است. برای روشنایی صفر لوکس، جریان نوری جز برای جریان تاریک کوچک تقریبا برابر با صفر است.

این مقدار تقریبا در مرتبه نانو آمپر است. هرچه توان نوری بالاتر رود، جریان نوری نیز به صورت خطی بالا می رود.