Un φωτοδίοδος είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που παράγει φωτορεύμα όταν εκτίθεται στο φως. Οι φωτοδίοδοι χρησιμοποιούνται σε φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα και σε γραμμικούς φωτοανιχνευτές, αισθητήρες που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση φωτεινών σημάτων, όπως οπτικά σήματα ή ραδιοκύματα. Οι φωτοδίοδοι χρησιμοποιούνται επίσης σε μη ηλεκτρικές εφαρμογές, όπως η φωτολιθογραφία, η οποία χρησιμοποιεί μικρούς καθρέφτες για να σχεδιάσει σχέδια σε γκοφρέτες.
Στην φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα, ο πιο κοινός τύπος φωτοδιόδου είναι κατασκευασμένος από πυρίτιο. Υπάρχουν επίσης φωτοδίοδοι κατασκευασμένες από άλλα υλικά, όπως το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs), το φωσφίδιο του ινδίου (InP) και το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN). Αυτά τα διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές ιδιότητες που τα καθιστούν κατάλληλα για συγκεκριμένες εφαρμογές. Οι φωτοδίοδοι συνήθως κατασκευάζονται με ντόπινγκ του ημιαγωγού υλικού με περίσσεια φορέων. Η περίσσεια ηλεκτρονίων ή οπών προέρχεται από παράγοντες ντόπινγκ που προστίθενται κατά τη διαδικασία παραγωγής. Επιπλέον, είναι εσωτερικά απλό, με σύνδεση pn όπου η μία πλευρά είναι θετικά φορτισμένη και η άλλη αρνητικά. Όταν το φως χτυπά τη δίοδο, αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να ρέουν προς τη θετική πλευρά και οι οπές να ρέουν προς την αρνητική. Αυτό φορτίζει τη δίοδο, δημιουργώντας ένα φωτορεύμα που ρέει έξω από τη δίοδο σε ένα κύκλωμα.
Πώς λειτουργεί;
Η φωτοδίοδος είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που μετατρέπει το φως σε ηλεκτρικά σήματα. Χρησιμοποιείται σε ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και άλλες συσκευές όπως μικροσκόπια και τηλεσκόπια.
Δηλαδή, λειτουργεί μετατρέποντας φωτόνια σε ηλεκτρόνια μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Κάθε φωτόνιο φωτός έχει ενέργεια, η οποία προκαλεί την απελευθέρωση ηλεκτρονίων από τη φωτοδίοδο. Αυτά τα ηλεκτρόνια συλλέγονται σε έναν πυκνωτή, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο με τα φωτόνια του φωτός που ανιχνεύονται από τη φωτοδίοδο. Οι φωτοδίοδοι συνήθως κατασκευάζονται από ημιαγωγό υλικό όπως πυρίτιο, αρσενίδιο του γαλλίου ή υλικά III-V. Οι φωτοδίοδοι μπορούν επίσης να κατασκευαστούν από άλλα υλικά όπως το γερμάνιο ή το φωσφίδιο του ινδίου, αλλά αυτά τα υλικά είναι λιγότερο κοινά από το πυρίτιο και το αρσενίδιο του γαλλίου.
Οι φωτοδίοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση φωτός με μήκη κύματος που κυμαίνονται από το ορατό φως (400-700 nm) έως υπέρυθρο (1-3 μm). Ωστόσο, λόγω των περιορισμών των ζωνών απορρόφησης πυριτίου, η ανίχνευση υπέρυθρων μακρών κυμάτων (>4 μm) είναι δύσκολη για τις φωτοδίοδοι. Επιπλέον, τα λέιζερ υψηλής ισχύος μπορούν να βλάψουν τους αισθητήρες πυριτίου λόγω της ταχείας θέρμανσης που προκύπτει από τον φωτισμό λέιζερ.
Εφαρμογές Φωτοδιόδου
Μια φωτοδίοδος είναι διαφορετική από την α αντίσταση LDR, δηλαδή φωτοαντιστάσεις ή φωτοευαίσθητες αντιστάσεις. Στην περίπτωση της φωτοδιόδου, είναι πολύ πιο γρήγορη σε χρόνο απόκρισης, γεγονός που ανοίγει νέους τρόπους χρήσης της:
- Για κυκλώματα γρήγορης απόκρισης σε αλλαγές στο σκοτάδι ή στο φωτισμό.
- CD player για ανάγνωση με λέιζερ.
- οπτικά τσιπ.
- Για συνδέσεις οπτικών ινών.
- Κλπ
Όπως μπορείτε να δείτε, οι εφαρμογές μιας φωτοδιόδου είναι ευρείες και αποδίδει καλύτερα από μια αντίσταση LDR για την απόκρισή της. Επομένως, υπάρχουν πολλές εφαρμογές όπου ένα LDR δεν θα ήταν έγκυρο και μια φωτοδίοδος ισχύει.
Ενσωματωθείτε με το Arduino
να ενσωματωθούν η φωτοδίοδος με την πλακέτα Arduino, είναι απλώς θέμα σωστής σύνδεσης του στοιχείου και εγγραφής του κώδικα. Εδώ θα σας δείξω ένα παράδειγμα, αν και μπορείτε να το τροποποιήσετε και να δημιουργήσετε τα έργα που χρειάζεστε. Όσο για τη σύνδεση, είναι πολύ απλή, σε αυτή την περίπτωση θα χρησιμοποιήσουμε την είσοδο A1, δηλαδή την αναλογική, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιαδήποτε άλλη αναλογική εάν προτιμάτε. Και η άλλη ακίδα της φωτοδιόδου θα συνδεθεί στο GND.
Όσο για τον κώδικα, είναι ο παρακάτω, ένα απλό απλό απόσπασμα για μετρήστε την ένταση του φωτός με τη φωτοδίοδο:
void setup()
{
Serial.begin(9600);
Serial.print();
}
void loop ()
{
int lightsensor = analogRead(A1);
float voltage = lightsensor * (5.0 / 1023.0);
Serial.print(voltage);
Serial.println();
delay(2000);
}