Fitsipiky ny fiasan'ny Photodiodes sy Phototransistors
Ny fivoaran'ny teknolojia elektronika maoderina dia miankina betsaka amin'ny fitaovana sensor afaka "mahita" ny hazavana sy mamadika izany ho famantarana elektrika. Ny singa roa ampiasaina matetika indrindra amin'izany dia ny photodiodes sy ny phototransistors. Samy anisan'ny fianakavian'ny semiconductors saro-pady amin'ny hazavana izy roa ireo, izay ampiasaina betsaka amin'ny rafitra automation, fifandraisana optika, fitaovana fandrefesana , ary fitaovana ho an'ny mpanjifa toy ny fanaraha-maso lavitra, mpanonta printy, ary sensor hazavana amin'ny finday. Na dia samy mamaly ny hazavana aza izy roa ireo, ny photodiodes sy ny phototransistors dia manana foto-piasa, toetra ary fampiharana samihafa. Ity lahatsoratra ity dia miresaka lalina momba ny foto-piasany, mampitaha azy ireo, ary manome ohatra amin'ny fampiharana azy ireo.
-
1. Fototry ny Fahitana Hazavana ao amin'ny Semiconductors
Mba hahatakarana ny fotodioda sy ny fototransistora, dia mila mitadidy ny foto-kevitra fototra momba ny semiconductor isika: ireo mpitondra fiampangana, elektrôna ary lavaka. Rehefa mikasika fitaovana semiconductor ny hazavana (photona), dia manome hery ny elektrôna izy ireo, ka mahatonga azy ireo hifindra avy amin'ny tarika valence mankany amin'ny tarika conduction. Io dingana io dia mamorona mpivady elektrôna-lavaka. Arakaraka ny maha betsaka ny fotona voaray no maha betsaka ny mpivady mpitondra fiampangana miforona, ka mampitombo ny habetsaky ny courant afaka mikoriana.
Ny hevi-dehibe dia: ny hazavana dia miteraka fiovana eo amin'ny toetran'ny singa elektrika. Ireo fiovana ireo dia mety ho amin'ny endrika fitomboan'ny courant, fihenan'ny resistance, na fisehoan'ny voltazy. Ao amin'ny photodiodes sy phototransistors, ny fiovana voalohany dia hita amin'ny courant.
-
2. Fitsipiky ny fiasan'ny Photodiode
a. Rafitra sy fomba fiasa
Ny photodiode dia diode PN (na karazana toy ny photodiode PIN sy avalanche) izay natao ho mora tohina amin'ny hazavana. Ny rafitra PN dia mamorona faritra fihenan-jiro, faritra tsy misy mpitondra herinaratra afaka izay miasa toy ny "faritra fisarahana" misy herinaratra.
Afaka miasa amin'ny fomba maro samihafa ny photodiodes, fa ny tena ampiasaina matetika dia:
1. Fomba fitarihana hazavana (fihenjanana mivadika)
Miovaova ny fironany (reverse-biased) ny fotodioda. Mivelatra ny faritra fihenan'ny hazavana, miha-haingana ny fihetsika, mihena ny capacitance, ary tsara amin'ny ankapobeny ny linearity. Fahita matetika amin'ny sensor sy ny fifandraisana optika ity fomba ity.
2. Fomba fotovoltaika (tsy misy fitongilanana/tsy fitongilanana aotra)
Tsy mitongilana avy any ivelany ny photodiodes. Ny hazavana miditra dia mamokatra voltazy mitovy amin'ny sela masoandro, na dia kely kokoa aza. Izany dia manana tombony amin'ny tabataba ambany kokoa, ka mahatonga azy io ho mety amin'ny fandrefesana sasany, saingy mety ho miadana kokoa noho ny reverse bias ny valiny.
b. Fomba fanovana ny hazavana ho herinaratra
Rehefa tratran'ny hazavana ny photodiode:
1. Voatsindrona ao amin'ny faritra mihena na akaikin'ny fihaonan-dalana ny fotona.
2. Miforona ny mpivady elektrôna-lavaka.
3. Saha elektrika Ny anatiny eo amin'ny fihaonan-dalana no mampisaraka ny mpivady:
- Atosika mankany amin'ny ilany N ny elektrôna
- Lavaka natosiky ny ilany P
4. Io fisarahana fiampangana io dia miteraka courant photocourant.
Ny fivoahana manontolo dia mazàna fitambaran'ireto:
– Rivotra maizina: rivotra kely mikoriana na dia tsy misy hazavana aza (noho ny fiantraikan'ny hafanana).
– Courant photocourant: courant mifanandrify amin'ny hamafin'ny hazavana.
Raha lazaina tsotra, arakaraka ny maha-mamirapiratra ny hazavana → no maha-lehibe ny courant photocourant.
c. Toetran'ny Photodiodes
Ireto misy toetra mampiavaka ny photodiodes:
- Valiny haingana (mety amin'ny famantarana matetika avo lenta)
- Haavony lineary mankany amin'ny hazavana amin'ny elanelana iray
– Kely dia kely ny courant mivoaka raha oharina amin'ny phototransistor, ka matetika izy io dia mitaky amplifier (op-amp/transimpedance amplifier)
– Ny tabataba sy ny fikorianan'ny rano maizina dia anton-javatra manan-danja amin'ny fampiharana fahaiza-manao mazava.
-
3. Fitsipiky ny fiasan'ny Phototransistor
a. Rafitra fototra amin'ny Phototransistor
Ny phototransistor dia transistor BJT (matetika NPN) izay natao ho saro-pady amin'ny hazavana ny fotony. Ao amin'ny phototransistor, ny hazavana dia miasa toy ny "courant base" izay mifehy ny courant collector-emitter.
Tsy tahaka ny photodiodes, izay mamokatra courant mivantana avy amin'ny vokatry ny photon, ny phototransistor dia mampiasa ny gain-n'ny transistor. Noho ny gain, ny courant avoakan'ny phototransistor dia mety ho lehibe kokoa.
b. Fomba fiasa: Hazavana ho solon'ny herinaratra fototra
Azo hazavaina toy izao manaraka izao ny fomba fiasany:
1. Mamely ny faritra fotony sy mpanangona (matetika ny fihaonan'ny BC) ny hazavana.
2. Miforona ny tsiroaroa elektrôna sy lavaka noho ny fidiran'ny fotona.
3. Io vokatra io dia miteraka courant kely mitovy amin'ny courant photobase.
4. Ao amin'ny transistor BJT, ny courant collector dia eo amin'ny:
\[
I_C \approx \beta \cdot I_B
\]
Koa satria ny hazavana no "mamorona" ny \( I_B \), ny hazavana no hifehy ny \( I_C \).
Vokatr'izany, ny fiovana kely eo amin'ny hamafin'ny hazavana dia mety hiteraka fiovana lehibe kokoa eo amin'ny herin'ny mpanangona noho ny ao amin'ny photodiode, noho ny gain factor \(\beta\).
c. Fomba sy Fampiharana ny Fizaran-tany
Matetika ampiasaina amin'ireto fomba manaraka ireto ny phototransistors:
– Emittera iraisana: mpanangona mankany amin'ny voltazy amin'ny alàlan'ny resistor, mivoaka eo amin'ny mpanangona. Rehefa tratran'ny hazavana, dia "ON" kokoa ny transistor, miova ny voltazy mivoaka.
– Mpanangona iraisana (mpanaraka emitter): vokatra avy amin'ny emitter, ilaina amin'ny sasany saingy tsy dia fahita firy amin'ny sensor tsotra.
Indraindray ny fototransistors dia nesorina ny pin fototra (3-pin), fa maro koa no manana 2-pin fotsiny (tsy azo idirana ny fototra anatiny).
d. Toetran'ny Phototransistors
– Saro-pady kokoa (courant avoakan'ny herinaratra)
– Miadana kokoa noho ny photodiodes noho ny fizotran'ny fitahirizana fiampangana sy ny dinamikan'ny transistor
- Mirona ho tsy dia lineary loatra amin'ny toe-javatra sasany, indrindra rehefa akaiky saturation
– Azo ampiasaina amin'ny fitadiavana hazavana/haizina, fitiliana zavatra, optocouplers, mpanisa revolisiona, ary fampiharana fanaraha-maso tsotra.
-
4. Fampitahana ny Photodiode sy ny Phototransistor
Ireto misy famintinana ny fahasamihafana lehibe:
1. Hafainganam-pandeha
– Fotodioda: tena haingana (tsara ho an'ny fifandraisana optika, fanovana haingana)
– Fototransistor: miadana kokoa (ampy ho an'ny sensor ankapobeny)
2. Fahatsapana / fanamafisana
– Fotodioda: herinaratra kely, matetika mila fanamafisana
– Fototransistor: courant lehibe kokoa noho ny gain transistor
3. Linearity
– Fotodioda: amin'ny ankapobeny dia linear kokoa
– Fototransistor: mety ho tsy lineary, mora mahavoky
4. Andian-dahatsoratra
– Fotodioda: matetika mitaky fizaran-tany fanamafisana herinaratra avy amin'ny herinaratra mankany amin'ny herinaratra
– Fototransistor: azo ampiasaina mivantana miaraka amin'ny resistor enta-mavesatra tsotra
5. Aplikasi
– Fotodioda: fifandraisana fibre optique, sensor mazava tsara, fandrefesana hazavana voarindra
– Fototransistora: mpitsikilo zavatra, mpitsikilo tsipika, optocoupler, switch jiro
-
5. Ohatra amin'ny fampiharana eo amin'ny fiainana tena izy
1. Optocoupler
Maro amin'ireo optocoupler no mampiasa phototransistor satria mila lehibe ampy ny famantarana mivoaka mba hampandehanana ireo circuit nomerika na switching.
2. Mpandray infrarouge
Ao amin'ny mpandray IR (remote), matetika ampiasaina ny photodiodes na môdiodes mpandray IR mifototra amin'ny photodiode misy amplifier anatiny satria mitaky valiny haingana amin'ny modulation (oh: 38 kHz).
3. Sensor tsipika eo amin'ny robot
Matetika ampiasaina miaraka amin'ny LED IR ho toy ny mpandefa ny phototransistor mba hamakiana ny taratra avy amin'ny velarana mainty/fotsy.
4. Fandrefesana ny hamafin'ny hazavana
Ny photodiodes dia mety kokoa amin'ny fitaovana izay mitaky fahamarinan'ny hamafiny sy ny linearité.
-
6. Fehiny
Samy mamadika ny hazavana ho famantarana elektrika ny photodiodes sy ny phototransistor, saingy miasa amin'ny fomba samihafa izy ireo. Mampiasa ny fiforonan'ny pair'ireo lavaka elektrôna eo amin'ny PN junction ny photodiodes mba hamoronana photocourant haingana sy somary linear, ka mahatonga azy ireo ho tsara indrindra amin'ny fampiharana haingam-pandeha sy fandrefesana marina. Ny phototransistor kosa dia mampiasa ny vokatry ny hazavana mba "hanolo" ny courant fototra ary avy eo dia hampitombo izany amin'ny alàlan'ny gain an'ny transistor, ka mahatonga azy ireo ho saro-pady kokoa sy mora ampiasaina amin'ny fizaran-tany tsotra, na dia matetika miadana kokoa sy tsy dia linear loatra aza izy ireo.
Amin'ny fahatakarana ny fomba fiasan'izy roa ireo, dia afaka misafidy ireo singa mety amin'ny filantsika isika: na mitady hafainganam-pandeha sy fahamarinan-toerana (photodiodes) isika na fahatsapana sy fahatsorana (phototransistors). Rehefa ampiasaina araka ny tokony ho izy, dia samy fototra iorenan'ny rafitra sensor optika maoderina izy roa ireo.
