Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3 Polovodiče a jejich využití Kapitola 18 Fotodioda Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 FOTODIODA... 2 1.1 PRINCIP FUNKCE... 2 1.2 VA FOTODIODY... 3 1.3 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem fotodiody. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací. 1
1 Fotodioda Fotodioda je speciálně upravená dioda s otevřeným pouzdrem a čočkou, která soustřeďuje dopadající světlo na přechod PN. Jejich funkce je opačná než u LED. Fotodiody mají velkou citlivost a zatížitelnost, jejich mezní kmitočet je nižší než 100 khz. Fotodioda se při osvětlení stává zdrojem napětí. Na stejném principu jsou založeny i fotovoltaické články. Obrázek 1 - schématická značka fotodiody 1.1 Princip funkce Základem je polovodičový přechod, na který dopadá světlo. V obou polovodičích se dopadem fotonů uvolní dvojice elektron díra a proudí přechodem, přičemž náboje se na obou stranách hromadí vzniká rozdíl potenciálů, tzv. fotoelektrické napětí. Čím větší je intenzita dopadajícího světla, tím vyšší bude hodnota závěrného proudu. Obrázek 2 fotodioda Fotodioda je nejpoužívanější fotodetektor pro měřicí a komunikační účely, což je způsobeno především výbornou linearitou, nízkým šumem a větší citlivostí k delším vlnovým délkám. Využívá fotoelektrický jev k přeměně světelné energie na elektrickou energii. Obrázek 3 - příklad obvodu s fotodiodou 2
1.2 VA fotodiody Dosavadní chování fotodiody zobrazuje voltampérová charakteristika. Zobrazené křivky znázorňují funkci proudu při různém stupni osvětlení fotodiody. Platí tedy pro různé hodnoty světelného toku, počínaje stavem bez osvětlení. Z charakteristiky je patrné, že při napětí na fotodiodě polované v závěrném směru a při jejím osvětlení, teče fotodiodou závěrný proud, prakticky bez ohledu na velikost přiloženého napětí. Tento stav vyjadřuje rovná část charakteristiky označená (a). Závěrný proud je tím větší, čím je větší světelný tok. Obrázek 4 - VA fotodiody 1.3 Kontrolní otázky 1. Jaká je konstrukce fotodiody? 2. Vysvětlete princip fotodiody? 3. Jaký je mezní kmitočet fotodiody? 4. V jakých aplikacích se fotodioda používá? 5. Vysvětlete VA charakteristiku fotodiody. 6. Na čem je závislý závěrný proud? 7. Co se děje v PN přechodu vlivem dopadajícího světla? 8. Co znamená, že fotodioda se stává zdrojem napětí? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - SCHÉMATICKÁ ZNAČKA FOTODIODY... 2 OBRÁZEK 2 FOTODIODA... 2 OBRÁZEK 3 - PŘÍKLAD OBVODU S FOTODIODOU... 2 OBRÁZEK 4 - VA FOTODIODY... 3 6