Фотодиод и светодиод в чем разница
Перейти к содержимому

Фотодиод и светодиод в чем разница

  • автор:

31. Фотодиоды и светодиоды. Структуры и схемы подключений

Фотодиод, работа которого основана нафотовольтаическом эффекте(разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд (ЭДС)) называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой изолятора i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов ифототранзисторов.

При воздействии квантовизлучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область.Токфотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n

Фотодиод может работать в двух режимах:

-фотогальванический — без внешнего напряжения

-фотодиодный — с внешним обратным напряжением

Особенности:

-простота технологии изготовления и структур

-сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия

-малое сопротивление базы

Светодио́д или светоизлучающий диод — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника.

Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиоде имеетсяp-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда —электроныидырки— рекомбинируют с излучениемфотонов(из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:

-Высокий КПД. Современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной лампе с холодным катодом (CCFL).

-Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).

-Длительный срок службы. Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

-Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это — достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.

-Малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком.

-Безопасность — не требуются высокие напряжения.

-Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

-Отсутствие ядовитых составляющих (ртутьи др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.

Светодиоды и фотодиоды

Светодиод — это полупроводниковый прибор, который излучает свет при пропускании через него тока в прямом направлении. Светодиод в электрической цепи ведёт себя также как обычный диод, только прямое напряжение светодиода в зависимости от типа светодиода составляет от 1,5 до 2,5 В, то есть при прямом включении светодиода падение напряжения на нём составляет 1,5…2,5 В. Этот эффект иногда используется в стабилизаторах напряжения, когда требуется получить стабильное напряжение в диапазоне 1,5…2,5 В (см. раздел Стабилитроны).

Рабочий ток светодиода лежит обычно в диапазоне 5…20 мА, поэтому практически во всех случаях питание светодиода выполняется через гасящий резистор. Рабочий ток указывается в справочниках. Длительное превышение рабочего тока приводит неисправности светодиода. Пример расчета гасящего резистора и схема включения светодиода найдётся здесь: Применение резисторов. Если вы знакомы с электроникой, микропроцессорами (или хотите с этими темами познакомиться), то рекомендую книгу Как стать программистом, где вы узнаете как подключить светодиоды к микропроцессору и как заставить их работать по заданной программе.

Светодиоды бывают разных цветов и типов. Они могут испускать как видимое излучение, так и инфракрасное (ИК-излучение). Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза. Светодиоды в настоящее время используются очень широко, например, в различных устройствах индикации. Некоторое время назад появились сверхъяркие светодиоды, которые используются для освещения помещений вместо ламп. Такие светодиоды потребляют в десятки раз меньше электроэнергии и имеют срок службы 30000 часов и выше, что в сотни раз больше срока службы любых ламп. Правда, стоимость таких светодиодов пока высока.

Светодиоды

Рис. 4. Светодиоды.

Фотодиод – это полупроводниковый прибор, который имеет светочувствительную поверхность. В зависимости от величины освещённости этой поверхности, меняется ток через фотодиод, если на него подано напряжение (фотодиод включается в обратном направлении, как и стабилитрон). Этот эффект используется в различных оптических датчиках. Например, пара светодиод-фотодиод используется в компьютерной мыши, подробнее см. здесь: Ремонт компьютерной мыши. Такой режим работы носит название фотодиодный режим.

Однако фотодиод может работать и в режиме генерации электроэнергии (солнечные батареи). В этом случае напряжение на светодиод не подаётся, а наоборот, снимается. Это называется фотогальванический режим.

Таким образом, принцип работы фотодиода определяется выбранным режимом. В фотодиодном режиме фотодиод может работать как датчик освещённости. В фотогальваническом – как источник электроэнергии. Конечно, один фотодиод – это очень слабый источник электроэнергии. Для того чтобы получить хоть какую-то реальную энергию, нужно включить вместе десятки и сотни фотодиодов. Отсюда и внушительные размеры солнечных батарей.

Примеры внешнего вида светодиодов приведены на рис. 4. Примеры внешнего вида фотодиодов приведены на рис. 5 (по центру – ИК-фотодиод; ИК-фотодиоды обычно имеют «тонировку», чтобы исключить засветку от внешних источников). Условное графическое обозначение (УГО) светодиодов и фотодиодов изображено на рис. 6.

Фотодиоды

Рис. 5. Фотодиоды.

УГО фотодиодов и светодиодов

Рис. 6. УГО фотодиодов и светодиодов.

В былые времена, когда радиолюбителей в стране было много, а радиодеталей почему-то мало, достать светодиоды, а тем более фотодиоды заводского изготовления было крайне сложно. Поэтому электронщики-любители делали фотодиоды из обычных германиевых транзисторов серий МП38…МП42. Эти транзисторы изготавливались в металлическом корпусе. Чтобы превратить транзистор в фототранзистор, надо было осторожно спилить верхнюю часть корпуса. Тогда транзистор мог работать как фототранзистор. Конечно, это была не совсем адекватная альтернатива. Однако, как известно, на безрыбье…

Светодиоды также являются фотодиодами

В некоторых случаях на герметизированные стеклом диоды может воздействовать свет и возникать гудение. Фоточувствительность герметизированных стеклянных диодов также может вызывать низкочастотный шум 100/120 Гц. Некоторым инженерам часто нужен относительно дешевый фотоприемник, но они часто говорят, что роль 1N4148 не очевидна. Поэтому как подключиться стало самой большой проблемой для инженеров.

Диод 1N914 / 1N4148 обладает достаточной светочувствительностью, чтобы вызывать жужжащий звук, но недостаточной для использования в качестве фотоэлемента. В основном они чувствительны к инфракрасному свету, а не к видимому свету. Даже при ярком солнечном свете его фототок составляет всего около 10 нА. Стеклянные диоды не могут заменить солнечные фотоэлектрические панели! Интересно, что по сравнению с прямыми солнечными лучами фонарик старого образца с лампами накаливания может возбуждать в этих диодах в два-три раза больше фототока; Источник питания переменного тока Лампа накаливания мощностью 60 Вт может производить около 7% модуляции фототока (100 Гц).

При покупке в больших количествах стоимость светодиодов составляет около 2 центов каждый, что примерно в 5 раз больше, чем у диодов, но когда светодиоды используются в качестве фотолабрик, их светочувствительность намного выше. Под прямыми солнечными лучами фототок красного светодиода диаметром 5 мм (1000 мКд при 20 мА) превышает 20 мкА. В солнечных тропических районах он может заряжать батарею часов. Светодиод не очень подходит для выработки электроэнергии, но его удобно использовать в качестве фотодетектора, а его цена составляет всего 10% от стоимости специального детектора.

Спектральная чувствительность светодиодов зависит от их цвета, и они обнаруживают длины волн, которые короче или равны длинам волн их собственного излучения. Это зависит от характеристик упаковки, свет того цвета, который она может поглотить, не попадет на светодиод. Светодиоды белого света содержат люминофоры, которые могут преобразовывать монохроматический свет в белый свет, и являются не очень хорошими фотолаборами.

Производители не будут измерять характеристики светодиодов как фотоламп. Небольшие конструктивные изменения, оказывающие минимальное влияние на поведение светодиодов, могут значительно изменить их характеристики как фотолабор. При использовании светодиода в качестве фотоэлемента пользователи должны сами определять свои характеристики и придерживаться консервативной конструкции, чтобы схема могла нормально работать даже при внесении изменений. В схемах массового производства трудно использовать светодиоды в качестве фотоламп, но в мелкосерийных или односистемных конструкциях это можно сделать.

Гениальное приложение — управлять светодиодами через аналоговый микроконтроллер. Отключив управляющий им цифровой выход и определив его выход фототока, светодиод можно использовать в качестве фотодетектора. Если микроконтроллер имеет двойные контакты аналогового ввода / цифрового ввода / вывода, такие как ADuC7023 или контроллер Atmel ATMega, используемый Arduinos, для реализации фотодетектора можно использовать один светодиод и два резистора, и потребуется только один вывод процессора.

Полупроводниковые диоды могут быть подключены к фотоэлементам двумя способами: в фотоэлектрическом режиме и в режиме световода. Солнечная панель работает в фотоэлектрическом режиме. Когда он освещен светом, его анодное напряжение выше, чем катодное напряжение, генерируя ток, пропорциональный падающему свету, который протекает в любой цепи, подключенной между анодом и катодом. Диод смещен в прямом направлении, а его емкость в несколько раз больше, чем емкость обратного смещения.

В режиме световода свет освещает фотодиод с обратной поляризацией, вызывая прохождение фототока пропорционально падающему свету. Для сигналов переменного тока лучше всего использовать режим световода, который имеет лучшую частотную характеристику, но измерение освещенности в фотоэлектрическом режиме очень просто.

какая разница между фотодиодом и светодиодом?

Фото — принимает свет (открывается-закрывается под воздействием света) , светодиод — излучает при прямом включении.

Остальные ответы

Противоположная.
Светодиод светится (красивыми огоньками) . Сейчас выпускают светодиоды самых рахных цветов.
А фотодиод реагирует на свет — он просто начинает проводить ток при освещении и не проводит в темноте.
Т. е. — это совершенно разные устройства по своему назначению.

фотодиод реагирует на свет а светодиод его генерирует
фотодиод регистрирует излучение, светодиод излучает

Фотодиод-воспринимает внешний свет и реагирует на него электрическим образом. Светодиод-реагирует от электричества-светом, накалом, яркостью!

Непринципиальная, небольшие химические примеси. Светодиод тоже обладает светочувствительностью.

впринципе светодиод, особенно инфракрасный при освещении таким же светодиодом проявляет себя как фотодиод

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *