フォトダイオードは、光を電流に変換する半導体 p-n 接合デバイスです。フォトダイオードは一般的に LED で使用されます。電流を発生させるのは、フォトダイオードでの光子の吸収です。フォトダイオードには、光学フィルターまたは内蔵レンズが装備されている場合があり、その表面積は大きいものから小さいものまでさまざまです。フォトダイオードの表面積が大きくなると、デバイスの応答時間が遅くなります。大面積フォトダイオードは、過去に太陽光発電に使用された最も一般的なタイプの太陽電池であり、現在でも使用されています。
フォトダイオードとダイオードの違いは?
光子検出ダイオードまたはフォトダイオードは、通常の半導体ダイオードに似ていますが、(真空の UV または X 線を検出するために) 露光するか、光が敏感な部分に到達できるようにするウィンドウまたは光ファイバー接続でパッケージ化することができます。デバイスの。光検出ダイオードは、さまざまなアプリケーションで使用されています。フォトダイオードとして使用するために特別に設計された多くのダイオードは、応答速度を上げるために、pn 接合ではなく PIN 接合を採用しています。フォトダイオードは、逆バイアスで動作するように設計された半導体デバイスです。
基本的な動作原理
フォトダイオードは、pn 接合とも呼ばれる PIN 構造で構成されています。十分なエネルギーを持つ光子がダイオードに衝突すると、半導体である電子と正孔のペアが生成されます。このメカニズムは、一部のコンテキストでは内部光電効果と呼ばれます。接合の空乏領域、またはそこから 1 拡散距離離れた領域で吸収が発生した場合、キャリアは空乏領域のビルトイン電界によって接合から一掃され、新しい接合が形成されます。その結果、正孔は陽極に向かって移動し、電子は陰極に向かって移動し、光電流が発生します。フォトダイオードを流れる総電流は、暗電流 (光がない場合に生成される電流) と光電流の合計です。したがって、前述のように、デバイスの感度を最大化するには、暗電流を最小限に抑える必要があります。
与えられたスペクトル分布に関して、光電流は放射照度に少なくとも 1 次まで直線的に比例します。
太陽光発電の動作モード
フォトダイオードのI-V特性は、フォトダイオードの重要な特性を示しています。フォトダイオードの典型的な特性グラフの線形負荷線は、外部回路の応答を表します。
I =(印加バイアス電圧 - ダイオード電圧)/総抵抗
光起電力モード (ゼロ バイアス) では、光電流がカソードへの短絡を介してアノードに流れ、電気が生成されます。回路が開いているとき、または光電流がデバイスから出るのを妨げる負荷インピーダンスが存在するときはいつでも、ダイオードを順方向にバイアスした方向、つまりカソードに対してアノードが正の方向に電圧が上昇します。回路が短絡したり、インピーダンスが低い場合、状況に応じて、順方向電流が光電流の全部または一部を吸収します。このモードは、太陽電池の基本原理である光起電力効果を利用します。セルは、大きな表面積を持つ単なるフォトダイオードです。光電池は、可能な限り最高の電力出力を達成するために、光電流と比較して小さな順方向電流のみを引き起こす電圧で動作します。
光伝導モード
光伝導ダイオードを逆バイアス モードで動作させることは可能です。つまり、カソードはアノードに対して正にバイアスされます。逆バイアスを追加すると空乏層が広がるため、ジャンクションの静電容量が減少し、電界のある領域が拡大し、電子がより迅速に収集されます。これにより、デバイスの応答時間が短縮されます。逆バイアスは、光電流に大きな変化を引き起こすことなく、暗電流の生成にもつながります。
このモードはより高速であるという事実にもかかわらず、光伝導モードは、とりわけ暗電流またはアバランシェ効果の結果として、より多くの電子ノイズを生成する可能性があります。漏れ電流が少ない (1 nA 未満) ため、良好な PIN ダイオードは、多くの場合、回路に大きなジョンソン ナイキスト ノイズを導入することなく、一般的な回路で使用できます。
アプリケーション
p-n フォトダイオードは、光伝導体、電荷結合素子 (CCD)、光電子増倍管などの他のタイプの光検出器と同様の用途 (医療用画像など) で使用されます。照明に依存する出力を生成するために使用される場合 (たとえば、測定用のアナログ)、または回路の状態を変更するために使用される場合、それらは非常に便利です (デジタル、制御およびスイッチング、またはデジタル信号処理のいずれか)。
とりわけ、フォトダイオードは、コンパクト ディスク プレーヤー (CD プレーヤー)、煙探知器、医療機器、赤外線リモート コントロール デバイスの受信機などの民生用電子機器で使用され、テレビから空気に至るまでのさまざまな電子機器を制御するために使用されます。コンディショナー。フォトダイオードと光伝導体は、どちらも幅広いアプリケーションに適しています。アプリケーションに応じて、どちらのタイプのフォト センサーも、カメラの露出計などの光測定に使用したり、暗くなってから街路照明をオンにするときなどの光レベルに応答したりするために使用できます。
結論
フォトダイオードは、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光センサーの一種で、エレクトロニクス (電圧または電流) で使用されます。 PN接合を持つ半導体デバイスの例は、フォトダイオードです。 p（正）層とn（負）層の間に真性層が存在し、2つの層をつなぎます。フォトダイオードは、光エネルギーを入力として受け取ることにより、光エネルギーを電流に変換します。このデバイスは、光検出器、光センサー、または光検出器とも呼ばれます。フォトダイオードは逆バイアス状態で動作します。つまり、バッテリー (または電源) のマイナス端子がフォトダイオードの p 側に接続され、バッテリーのプラス端子が n 側に接続されます。
曲線の動き
体が曲線を描くとき、これがモーションです。また、2 次元および 3 次元の動きでもあります。結果として、純粋な並進運動は常に直線である必要はありません。オブジェクトが向きを変えずに曲がった経路を進む場合、この状況は実現可能です。
例。発射体の動き
並進運動 (タイプ曲線)
放物線パスの後にボールが続きます。
図に示すように、問題のボールは点 O から投げられ、点 A と点 B を通過して点 C に到達します。発射運動は、このタイプの動きの名前です。曲線運動は発射体運動の性質です。点 O から点 C に到達するために、ボールは直線ではなく曲線を描いて移動します。
結論
生成される可能性のある体のさまざまな回転知覚の数はゼロです。その結果、物体に作用する正味の力と正味のトルクがゼロの場合、剛体は機械的平衡状態にあると推測できます。力とトルクはベクトル量であるため、方向は適切な符号規則に従って取得する必要があります。
