Ilana Iṣiṣẹ ti Awọn Photodiodes ati Awọn Phototransistors
Ìdàgbàsókè ìmọ̀ ẹ̀rọ itanna òde òní gbára lé àwọn ẹ̀rọ sensọ tó lè “rí” ìmọ́lẹ̀ kí ó sì yí i padà sí àwọn àmì iná mànàmáná. Àwọn ẹ̀yà méjì tí a sábà máa ń lò fún ète yìí ni photodiodes àti phototransistors. Àwọn méjèèjì jẹ́ ti ìdílé àwọn semiconductors tó ní ìmọ̀lára ìmọ́lẹ̀, tí a ń lò ní gbogbogbòò nínú àwọn ẹ̀rọ adaṣiṣẹ, ìbánisọ̀rọ̀ opitika, àwọn ohun èlò ìwọ̀n , àti àwọn ẹ̀rọ oníbàárà bíi àwọn ìṣàkóso latọna jijin, àwọn ẹ̀rọ atẹ̀wé, àti àwọn sensọ ìmọ́lẹ̀ nínú àwọn fóònù alágbéká. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn méjèèjì ń dáhùn sí ìmọ́lẹ̀, photodiodes àti phototransistors ní àwọn ìlànà iṣẹ́, ànímọ́, àti àwọn ohun èlò tó yàtọ̀ síra. Àpilẹ̀kọ yìí jíròrò àwọn ìlànà iṣẹ́ wọn ní jíjinlẹ̀, ó fi wọ́n wéra, ó sì fúnni ní àpẹẹrẹ àwọn ohun èlò wọn.
-
1. Àwọn Ìpìlẹ̀ Ìmọ́lẹ̀ Nínú Àwọn Semiconductor
Láti lóye photodiodes àti phototransistors, a nílò láti rántí èrò pàtàkì ti semiconductors: àwọn charge carriers, electrons àti ihò. Nígbà tí ìmọ́lẹ̀ (photons) bá kọlu ohun èlò semiconductors kan, wọ́n máa ń fún electrons lágbára, èyí tí yóò mú kí wọ́n yípadà láti valence band sí conduction band. Ìlànà yìí máa ń ṣẹ̀dá electron-hole pairs. Bí photons bá ṣe ń gbà á sí i, bẹ́ẹ̀ náà ni àwọn charge carrier pairs máa ń ṣẹ̀dá, èyí sì máa ń mú kí iye current tó lè ṣàn pọ̀ sí i.
Kókó pàtàkì ni: ìmọ́lẹ̀ máa ń fa ìyípadà nínú àwọn ohun ìní iná mànàmáná ti àwọn èròjà. Àwọn ìyípadà wọ̀nyí lè jẹ́ ní ìrísí ìlọsíwájú nínú ìṣàn, ìdínkù nínú resistance, tàbí ìfarahàn folti. Nínú àwọn photodiodes àti phototransistors, ìyípadà àkọ́kọ́ ni a rí nínú ìṣàn.
-
2. Ìlànà Iṣẹ́ ti Photodiode
a. Eto ati Iru Iṣiṣẹ
Fọ́tòdíọ̀dù jẹ́ pátákó PN diode (tàbí àwọn ìyàtọ̀ bíi PIN àti àwọn fọ́tòdíọ̀dù avalanche) tí a ṣe láti jẹ́ kí ìmọ́lẹ̀ rọrùn. Ìṣètò PN náà ṣe agbègbè ìparẹ́, agbègbè tí kò ní àwọn ohun èlò ìsanwó ọ̀fẹ́ tí ó ń ṣiṣẹ́ bí "agbègbè ìyàsọ́tọ̀" tí a ti gba agbára.
Àwọn fọ́tòdáìdì lè ṣiṣẹ́ ní onírúurú ọ̀nà, ṣùgbọ́n àwọn tí a sábà máa ń lò jùlọ ni:
1. Ipo fọtoconductive (iyipada idakeji)
Fọ́tòdíòdù náà jẹ́ ti ìyípadà-ìyípadà. Agbègbè ìparẹ́ náà ń gbòòrò sí i, ìdáhùn náà ń yára sí i, agbára ìdènà náà ń dínkù, ìlà-ìlànà sì dára ní gbogbogbòò. Ọ̀nà yìí wọ́pọ̀ fún àwọn sensọ̀ àti ìbánisọ̀rọ̀ optíkì.
2. Ipo fọtovoltaic (ko si oju-iwoye/oju-iwoye odo)
Àwọn fọ́tòdáìdì kì í ṣe ẹ̀tanú síta. Ìmọ́lẹ̀ tó ń wọlé máa ń mú fólẹ́ẹ̀tì tó jọ sẹ́ẹ̀lì oòrùn jáde, bó tilẹ̀ jẹ́ pé ó kéré sí i. Èyí ní àǹfààní ariwo tó dínkù, èyí tó mú kó yẹ fún àwọn ìwọ̀n kan, àmọ́ ìdáhùn náà lè lọ́ra ju ẹ̀tanú tó ń padà lọ.
b. Ọ̀nà Ìyípadà Ìmọ́lẹ̀ sí Ìṣàn
Nígbà tí a bá fi photodiode hàn sí ìmọ́lẹ̀:
1. A máa ń fa àwọn fọ́tònù sínú agbègbè ìparẹ́ tàbí nítòsí ìsopọ̀ náà.
2. A ṣe àkójọpọ̀ ihò elekitironi kan.
3. Pápá iná mànàmáná ti inu ni ipade naa ya awọn bata naa:
– A ti tì àwọn elekitironi sí ẹ̀gbẹ́ N
– Ihò ti a ti tì sí ẹ̀gbẹ́ P
4. Ìyàsọ́tọ̀ agbára yìí máa ń mú kí iná fọ́tò wà.
Àpapọ̀ ìjáde gbogbo sábà máa ń jẹ́ àpapọ̀:
– Òkùnkùn dúdú: òkùn kékeré kan tí ó ń ṣàn láìsí ìmọ́lẹ̀ (nítorí àwọn ipa ooru).
– Ìṣàn fọ́tò: ìṣàn tó bá agbára ìmọ́lẹ̀ mu.
Ní ṣókí, ìmọ́lẹ̀ náà máa ń tàn yòò → ó máa ń pọ̀ sí i.
c. Àwọn Ànímọ́ Àwọn Fọ́tòdíọ̀dì
Diẹ ninu awọn abuda pataki ti awọn photodiodes pẹlu:
– Ìdáhùn kíákíá (ó yẹ fún àwọn àmì ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ gíga)
- Ilọsi ila si ina lori ibiti o kan pato
– Isan agbara ti o njade kere ni akawe si phototransistor, nitorinaa o maa nilo amplifier (op-amp/transimpedance amplifier)
– Ariwo ati ina dudu jẹ awọn ifosiwewe pataki ninu awọn ohun elo deede.
-
3. Ìlànà Iṣẹ́ ti Phototransistor
a. Ìṣètò Pàtàkì ti Ẹ̀rọ Ìyípadà Fọ́tò
Fọ́tòtransistor jẹ́ transistor BJT (nígbà gbogbo NPN) tí a mú kí ìpìlẹ̀ rẹ̀ jẹ́ èyí tí ó ní ìmọ̀lára ìmọ́lẹ̀. Nínú fọ́tòtransistor, ìmọ́lẹ̀ ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí “ìṣàn ìpìlẹ̀” tí ó ń ṣàkóso ìṣàn akójọpọ̀-emitter.
Láìdàbí àwọn photodiodes, tí wọ́n ń mú current jáde tààrà láti inú ipa photon, àwọn phototransistors ń lo gain transistor. Nítorí gain, current output ti phototransistor lè tóbi jù bẹ́ẹ̀ lọ.
b. Ọ̀nà Ìṣiṣẹ́: Ìmọ́lẹ̀ gẹ́gẹ́ bí àyípadà fún Ìṣàn ìpìlẹ̀
Bí ó ṣe ń ṣiṣẹ́ ni a lè ṣàlàyé rẹ̀ báyìí:
1. Ìmọ́lẹ̀ ń kọlu agbègbè ìpìlẹ̀-àkójọpọ̀ (nígbà gbogbo ìsopọ̀ BC).
2. Àwọn ìsopọ̀ ihò elekitironi ni a ṣẹ̀dá nítorí gbígba fọ́tòn.
3. Ipa yii n mu ina kekere kan wa ti o baamu ina ipilẹ fọto.
4. Nínú transistor BJT kan, ìṣàn àkójọpọ̀ jẹ́ nǹkan bíi:
\[
I_C \approx \beta \cdot I_B
\]
Níwọ́n ìgbà tí ìmọ́lẹ̀ ti “dá” \(I_B \), ìmọ́lẹ̀ yóò ṣàkóso \(I_C \).
Nítorí náà, àwọn ìyípadà kékeré nínú agbára ìmọ́lẹ̀ lè fa àwọn ìyípadà tó pọ̀ sí i nínú ìṣiṣẹ́ akójọpọ̀ ju ti photodiode lọ, nítorí ìfàmọ́ra \(\beta\).
c. Ipo Circuit ati Imuse
A maa n lo awọn fọto transistors ni awọn ipo wọnyi:
– Emitter tí ó wọ́pọ̀: akójọpọ̀ sí folti nípasẹ̀ resistor, ìjáde ní akójọpọ̀. Nígbà tí a bá fara hàn sí ìmọ́lẹ̀, transistor náà máa ń “TÍN” sí i, folti ìjáde náà máa ń yípadà.
– Olùkójọpọ̀ gbogbogbò (atẹ̀lé emitter): ìjáde ní emitter, ó wúlò fún àwọn kan ṣùgbọ́n kò wọ́pọ̀ nínú àwọn sensọ̀ tí ó rọrùn.
Nígbà míìrán, àwọn fọ́tòtransistors máa ń yọ píìnì ìpìlẹ̀ kúrò (píìnì mẹ́ta), ṣùgbọ́n ọ̀pọ̀lọpọ̀ tún ní píìnì méjì péré (ìpìlẹ̀ inú kò ṣeé wọ̀).
d. Àwọn Àbùdá Àwọn Fọ́tòtransistors
– Ó ní ìfarabalẹ̀ díẹ̀ sí i (ìṣẹ̀dá tó pọ̀ sí i)
– Ó lọ́ra ju àwọn photodiodes lọ nítorí ìlànà ìtọ́jú agbára àti ìṣiṣẹ́ transistor
– Ó máa ń jẹ́ aláìlágbára díẹ̀ lábẹ́ àwọn ipò kan, pàápàá jùlọ nítòsí ìkún
– Ó yẹ fún wíwá ìmọ́lẹ̀/dúdú, ìmòye ohun, optocouplers, àwọn kàkà ìyípadà, àti àwọn ohun èlò ìdarí tí ó rọrùn.
-
4. Ìfiwéra ti Photodiode vs Phototransistor
Àkópọ̀ àwọn ìyàtọ̀ pàtàkì nìyí:
1. Iyara idahun
– Photodiode: iyara pupọ (o dara fun awọn ibaraẹnisọrọ opitika, iyipada iyara)
– Fọ́tòtransistor: lọ́ra (tó fún àwọn sensọ gbogbogbò)
2. Ìmọ́lára/ìmúdàgba
– Photodiode: ina kekere, nigbagbogbo nilo afikun
– Phototransistor: agbara nla nitori ere transistor
3. Ìbáṣepọ̀
– Awọn fọtodiodi: ni gbogbogbo laini diẹ sii
– Fọ́tòtransistor: le jẹ ti kii ṣe laini, o le kun ni irọrun
4. Àwọn eré
– Photodiode: nigbagbogbo nilo Circuit amplifier lọwọlọwọ-si-folti
– Phototransistor: le ṣee lo taara pẹlu resistance fifuye ti o rọrun
5. Ohun elo
– Awọn fọtodiodi: ibaraẹnisọrọ okun opitiki, awọn sensọ deede, wiwọn ina ti a ṣe atunṣe
– Àwọn fọ́tò transistors: àwọn ohun tí ń ṣe àwárí, àwọn sensọ̀ ìlà, àwọn optocouplers, àwọn ìyípadà ìmọ́lẹ̀
-
5. Àwọn àpẹẹrẹ Àwọn Ohun Tí A Lè Fi Sílò Nínú Ìgbésí Ayé Gíga
1. Optocoupler
Ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn optocouplers ló ń lo phototransistors nítorí pé àmì ìjáde gbọ́dọ̀ tóbi tó láti fi wakọ̀ àwọn iyika oni-nọ́ńbà tàbí yíyípo.
2. Olùgbà infurarẹẹdi
Nínú àwọn olugba IR (àwọn remotes), àwọn modulu olugba IR photodiodes tàbí àwọn modulu olugba IR tí ó da lórí photodiode pẹ̀lú àwọn amplifiers inú ni a sábà máa ń lò nítorí wọ́n nílò ìdáhùn kíákíá sí modulation (fún àpẹẹrẹ 38 kHz).
3. Sensọ laini lori robot
A maa n lo awọn fọto transistors pẹlu awọn LED IR gẹgẹbi awọn gbigbe lati ka awọn imọlẹ ina lati awọn oju dudu/funfun.
4. Mita kikankikan ina
Àwọn fọ́tòdáìdì yẹ fún àwọn ẹ̀rọ tí ó nílò ìṣedéédé àti ìdúróṣinṣin kíkankíkan.
-
6. Kesimpolan
Àwọn fọ́tòdáìdì àti fọ́tòdáìsìtọ́ọ̀mù méjèèjì máa ń yí ìmọ́lẹ̀ padà sí àwọn àmì iná mànàmáná, ṣùgbọ́n wọ́n máa ń ṣiṣẹ́ nípa lílo àwọn ọ̀nà ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀. Fọ́tòdáìdì ń lo ìṣẹ̀dá àwọn ìsopọ̀-ihò elekitironi ní ìsopọ̀ PN láti ṣẹ̀dá fọ́tòdáìdì tí ó yára àti tí ó ní ìlà, èyí tí ó mú kí wọ́n dára fún àwọn ohun èlò iyàrá gíga àti àwọn ìwọ̀n pípéye. Ní ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, àwọn fọ́tòdáìsìtọ́ọ̀ ń lo àwọn ipa ìmọ́lẹ̀ láti “rọ́pò” ìṣàn omi ìpìlẹ̀ náà lẹ́yìn náà wọ́n ń mú un pọ̀ sí i nípasẹ̀ èrè transistor náà, èyí tí ó ń mú kí wọ́n ní ìmọ̀lára àti rọrùn láti lò nínú àwọn àyíká tí ó rọrùn, bó tilẹ̀ jẹ́ pé wọ́n sábà máa ń lọ́ra tí wọn kò sì ní ìlà púpọ̀.
Nípa òye bí àwọn méjèèjì ṣe ń ṣiṣẹ́, a lè yan àwọn èròjà tó tọ́ fún àwọn àìní wa: yálà a ń wá iyára àti ìpéye (photodiodes) tàbí ìfọkànsí àti ìrọ̀rùn (phototransistors). Nígbà tí a bá lò ó dáadáa, àwọn méjèèjì jẹ́ ìpìlẹ̀ pàtàkì fún àwọn ètò sensọ opitika òde òní .
