Fotodiody

Fotodioda zamienia światło padające na złącze półprzewodnikowe w prąd elektryczny, dzięki czemu trafia do czujników natężenia światła, liczników impulsów, barier optycznych i wielu urządzeń pomiarowych. Ta kategoria w allee obejmuje części elektroniczne z działu Diody, a więc elementy, które kupuje się zwykle pod konkretny projekt, naprawę albo serię prototypów. Poniżej opisuję, czym różnią się typy fotodiod, jakie parametry sprawdzać w nocie katalogowej i jak bezpiecznie kupować je w allee.

Jak działa fotodioda i czym się różni od zwykłej diody

Zwykła dioda prostownicza przewodzi prąd w jednym kierunku i na tym kończy swoją pracę. Fotodioda jest projektowana tak, żeby fotony generowały w złączu pary elektron-dziura, a te tworzą mierzalny prąd. Im więcej światła, tym większy prąd, i właśnie ta zależność stoi za większością zastosowań.

Fotodiodę można pracować na dwa sposoby. W trybie fotowoltaicznym nie podaje się napięcia zewnętrznego, element działa jak mały ogniwo słoneczne i nadaje się do pomiarów o niewielkiej szybkości. W trybie fotoprzewodzenia wstecznie polaryzuje się złącze, co skraca czas reakcji i zwiększa liniowość, ale kosztem wyższego prądu ciemnego. Przy projektowaniu układu warto od razu ustalić, który tryb jest potrzebny, bo od tego zależy dobór wzmacniacza transimpedancyjnego.

Rodzaje fotodiod: PIN, lawinowe, Schottky i inne

Najczęściej spotyka się fotodiody PIN. Mają szeroką warstwę zubożoną o własności zbliżonej do izolatora, dzięki czemu szybko reagują i mają dobrą czułość. To zwykle pierwszy wybór do komunikacji optycznej i prostych czujników światła widzialnego.

Fotodiody lawinowe (APD) mnożą prąd dzięki zjawisku powielania lawinowego, więc nadają się do bardzo słabych sygnałów, na przykład w dalmierzach i systemach światłowodowych. Wymagają jednak stabilnego, wysokiego napięcia polaryzacji i starannej kompensacji temperaturowej. Warianty Schottky'ego są szybkie, ale mają mniejszą czułość w zakresie bliskiej podczerwieni.

Osobną grupę tworzą fotodiody z różnych materiałów. Krzem pokrywa zakres widzialny i bliską podczerwień, arsenek galu z indem (InGaAs) lepiej sprawdza się w telekomunikacji na długościach około 1300 i 1550 nm, a german obsługuje dalszą podczerwień kosztem wyższego prądu ciemnego. Dobór materiału zaczyna się więc od długości fali, którą musi obsłużyć Twoje urządzenie.

Najważniejsze parametry w nocie katalogowej

Sama nazwa modelu rzadko mówi wszystko. Zanim dodasz element do koszyka, otwórz kartę katalogową i sprawdź zakres spektralny, czyli zakres długości fali, w którym czułość jest akceptowalna. Obok niego podawana jest czułość, zwykle w amperach na wat (A/W), i to ona decyduje, ile prądu da element przy danym natężeniu światła.

Drugim parametrem jest prąd ciemny, czyli prąd płynący przy braku oświetlenia. Im jest mniejszy, tym lepiej w układach do pomiaru słabego światła. Trzeba też zwrócić uwagę na pojemność złączową, która ogranicza szybkość reakcji, oraz na maksymalne napięcie wsteczne. Przekroczenie go w praktyce kończy się uszkodzeniem diody, a nie tylko gorszym pomiarem.

Nie pomijaj pola czynnego i kąta widzenia. Mała powierzchnia czynna daje szybszy element, ale zbiera mniej światła, więc przy pomiarach z soczewką lub światłowodem trzeba liczyć się z kompromisem. Przy elementach z oknem warto sprawdzić, czy okno jest szklane, czy z filtrem, bo filtr zmienia charakterystykę spektralną.

Obudowy i wersje montażowe

Fotodiody występują w obudowach przewlekanych, najczęściej w klasycznej obudowie metalowej z okienkiem, często oznaczanej TO-18 lub TO-5, oraz w wersjach SMD do montażu powierzchniowego. Obudowa z okienkiem wymaga ostrożności przy lutowaniu i czyszczeniu, bo zabrudzona szybka potrafi zmniejszyć czułość bardziej niż zmiana temperatury.

Do zastosowań przemysłowych produkowane są też moduły z wbudowanym wzmacniaczem albo elementy z filtrem optycznym. Dla hobbystów i konstruktorów z mniejszymi budżetami wygodnym rozwiązaniem bywają zestawy z kilkoma wariantami, ale przed zakupem warto sprawdzić, czy rozstaw wyprowadzeń pasuje do płytki, którą już masz.

Wśród producentów, których warto znać

Przy wyborze fotodiod sięga się zwykle po sprawdzonych producentów, których karty katalogowe są kompletne i dobrze opisane. Do takich firm należą Hamamatsu, Vishay, Osram czy Everlight, a w obszarze światłowodów i fotoniki także Thorlabs. Ich dokumentacja zawiera krzywe spektralne i dane pomiarowe w funkcji temperatury, co ułatwia projektowanie.

Nazwa producenta to tylko punkt startu. Równie ważne jest, czy konkretny model jest dostępny w wersji, której potrzebujesz, i czy sprzedawca podaje pełne oznaczenie z przyrostkiem. Dwie fotodiody z tego samego katalogu mogą różnić się obudową, filtrem albo klasą selekcji, a to zmienia wynik.

Licytacja czy Kup Teraz przy zakupie części

W przypadku elementów elektronicznych o znanym numerze katalogowym zwykle wygodniej kupić od razu w formule Kup Teraz. Nie musisz czekać na zakończenie aukcji, a cena jest znana przed złożeniem zamówienia. Dla projektu, w którym każdy dzień opóźnienia kosztuje, to rozsądniejsze rozwiązanie.

Licytacja ma sens, gdy szukasz większej partii elementów, używanego sprzętu pomiarowego albo starszego modelu, którego nie ma już w sprzedaży. Wtedy liczy się nie tylko cena, ale też opis stanu i zdjęcia. Przed licytacją przeczytaj uważnie ofertę i zadaj sprzedawcy pytanie o oryginalność i stan, jeśli coś jest niejasne.

Bezpieczne zakupy w allee

Przy zakupie półprzewodników liczy się pewność, że dostaniesz oryginał, a nie podróbkę. Sprawdzaj oznaczenie na opisie, porównuj je z kartą katalogową producenta i zwracaj uwagę na to, czy sprzedawca jest firmą, czy prywatną osobą. Oferty sklepów partnerskich i firm mają zazwyczaj bardziej szczegółowe opisy parametrów.

Płatności w allee obejmuje ochrona allee Ochrona Kupujących. Zachowaj potwierdzenie zamówienia i korespondencję ze sprzedawcą, bo to one są podstawą ewentualnego zgłoszenia, gdy towar nie zgadza się z opisem. Jeśli element przychodzi uszkodzony albo to nie ten model, zgłoś problem jak najszybciej, zanim zaczniesz montować go w układzie.

Najczęstsze pytania

Czym różni się fotodioda od fototranzystora?

Fotodioda reaguje szybciej i ma bardziej liniową charakterystykę, dlatego częściej wybiera się ją do pomiarów natężenia światła i komunikacji. Fototranzystor daje większy sygnał przy niewielkim natężeniu, ale działa wolniej i gorzej znosi zmiany oświetlenia. Przy projekcie pomiarowym zwykle wybiera się fotodiodę.

Jak dobrać fotodiodę do długości fali w moim urządzeniu?

Zacznij od długości fali źródła światła, a następnie sprawdź zakres spektralny w nocie katalogowej. Krzem dobrze działa w zakresie widzialnym, a do podczerwieni o długościach około 1300 i 1550 nm lepiej nadaje się InGaAs. Element spoza zakresu da bardzo słaby sygnał, nawet jeśli reszta parametrów wygląda dobrze.

Czy mogę zasilić fotodiodę bez napięcia wstecznego?

Tak, w trybie fotowoltaicznym fotodioda pracuje bez zewnętrznego napięcia. Jest wtedy wolniejsza i ma większą nieliniowość, ale prostsza w układzie. Do szybkich pomiarów lub precyzyjnej fotometrii lepiej zastosować polaryzację wsteczną, przy zachowaniu limitu napięcia podanego przez producenta.

Co oznacza prąd ciemny i dlaczego jest ważny?

Prąd ciemny to prąd płynący przez fotodiodę przy braku światła, zwykle rosnący wraz z temperaturą i napięciem wstecznym. Przy słabych sygnałach może zakłócić pomiar, bo układ nie odróżni go od światła. Dlatego w czujnikach do pomiaru niskiego natężenia wybiera się elementy z małym prądem ciemnym.

Jakie informacje powinna zawierać oferta fotodiody?

Dobra oferta podaje pełne oznaczenie modelu, producenta, obudowę, zakres spektralny, czułość i maksymalne napięcie wsteczne. Warto też sprawdzić, czy opisany jest stan towaru, na przykład czy to nowy element czy zdemontowany z urządzenia. Jeśli brakuje danych, poproś sprzedawcę o kartę katalogową przed zakupem.

Czy przy zakupie fotodiod działa ochrona kupujących?

Zakupy w allee objęte są ochroną allee Ochrona Kupujących, zgodnie z zasadami tego programu. Zachowaj potwierdzenie zamówienia i wszystkie wiadomości ze sprzedawcą. W razie niezgodności opisu z towarem zgłoś sprawę od razu, z dokumentacją i zdjęciami.