Fotodiyot Nedir ?
Foto diyot ışık enerjisiyle iletime geçen diyottur.
Normal bir diyot ters yönde kutuplandığında, akan ters yönlü akım sızıntı akımıdır ve değeri çok küçüktür. Bu akıma azınlık akım taşıyıcıları neden olur ve eğer dışarıdan müdahale edilmez ise değeri çok küçük olur. Bu akımı arttırmanın yolu dışarıdan bir enerji vererek valans bağlarının koparılması ve dolayısı ile azınlık akım taşıyıcı sayılarının arttırılması ile mümkündür.
Bu enerji ısı enerjisi olabildiği gibi, ışık enerjiside olabilir. Bu amaçla bir mercek vasıtası ile toplanan ışık enerjisi, tam birleşim yüzeyine odaklanarak valans bağları koparılıp, azınlık akım taşıyıcıları sayısı ve buna bağlı olarakta ters yön akımı arttırılabilir. Bu tür diyotlara fotodiyot denir. Bu diyotlar elektronik devrelerde ters yönde kutuplanarak ışık şiddeti ölçme ve ışıkla kontrol devrelerinde ışık şiddeti ve dalga boyunu değişken akıma çeviren dönüştürücüler olarak kullanılırlar.
Foto diyotlara polarma geriliminin uygulanışı normal diyotlara göre ters yöndedir. Yani anoduna negatif (-), katoduna pozitif (+) gerilim uygulanır.
Fotodiyot Çeşitleri
1. GERMANYUM FOTODİYOT
Aslı alaşım yoluyla yapılan bir NP jonksiyon diyotudur. Cam veya metal bir koruyucu içerisine konularak iki ucu dışarıya çıkartılır.
Koruyucunun bir tarafı, ışığın jonksiyon üzerinde toplanmasını sağlayacak şekilde bir mercek ile kapatılmıştır.
Diyodun devreye bağlanması sırasında firmasınca uçlarına konulan işarete dikkat etmek gerekir. Hassas yüzeyi çok küçük olduğundan, 1.-3mA ‘den daha fazla ters akıma dayanamaz.
Aşırı yüklemeyi önlemek için, bir direnç ile koruyucu önlem alınır. Işık şiddeti arttırıldıkça ters yön akımı da artar.
FOTODİYODUN ÇALIŞMA PRENSİBİ
Foto diyot ters polarmalı bağlandığından üzerine ışık gelmediği müddetçe çalışmaz. Bilindiği gibi ters polarma nedeniyle P-N birleşme yüzeyinin iki tarafında “+” ve “-” yükü bulunmayan bir nötr bölge oluşmaktadır.
Şekil’de görüldüğü gibi birleşme yüzeyine ışık gelince, bu ışığın verdiği enerji ile kovalan bağlarını kıran P bölgesi elektronları, gerilim kaynağının pozitif kutbunun çekme etkisi nedeniyle N bölgesine ve oradan da N bölgesi serbest elektronları ile birlikte kaynağa doğru akmaya başlar.
Diğer taraftan, kaynağın negatif kutbundan kopan elektronlar, diyodun P bölgesine doğru akar.,,
a) Yapısal gösterimi
b) Sembolik gösterimi
2. SİMETRİK FOTODİYOTLAR
Alternatif akım devrelerinde kullanılmak üzere, Şekil ‘de görüldüğü gibi NPN veya PNP yapılı simetrik fotodiyotlar da üretilmektedir.
Işığa Duyarlı Diyotların Kullanım Alanları
Uzaktan kumanda, alarm sistemi, sayma devreleri, yangın ihbar sistemleri, elektronik hesap makineleri, gibi çeşitli konuları kapsamaktadır.
Şekil de ışığa duyarlı elemanların, foto elektrik akımının (Iph) ışık şiddetine göre değişimleri verilmiştir.
Fotodiyottan geçen akım, ışığın şiddetine göre 100 mikroamper ile 100 miliamper arasında değişebilir. Üzerinde oluşan gerilim ise 0.14 V ile 0.15 V arasında değişmekte olup çok küçüktür.
LED ve Fotodiyot Arasındaki Fark
Hem LED’ler hem de fotodiyotlar PN bağlantılı yarı iletken diyotlardır, ancak aralarında aşağıdaki tabloda listelenen çeşitli farklılıklar bulunmaktadır.
| Fark | Led | Fotodiyot |
|---|---|---|
| Tanım | Elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştüren bir PN eklem yarıiletken diyotuna LED (Işık Yayan Diyot) denir. | Işık enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren bir PN eklemli yarı iletken diyot, fotodiyot olarak bilinir. |
| Çalışma prensibi | LED’ler elektrolüminesans prensibiyle çalışır. | Fotodiyot, fotokondüktans prensibiyle çalışır. |
| Önyargı oluşturma modu | LED yalnızca ileri yönlü polarizasyonda çalışır. | Fotodiyotlar yalnızca ters polarizasyonda çalışır. Bununla birlikte, ileri polarizasyonda da çalışabilirler. |
| Ana işlev | LED’lerin temel işlevi ışık yaymaktır. | Fotodiyotun temel işlevi elektrik üretmektir. |
| Yarı iletken malzemeler | LED’ler, galyum arsenit (GaAs), galyum fosfit (GaP), indiyum fosfit (InP) gibi yarı iletken malzemelerle üretilir. | Fotodiyotların çoğu silikon, germanyum ve indiyum-galyum-arsenit gibi malzemelerden üretilir. |
| Kaçak akım | LED’ler her zaman ileri yönde kutuplandırıldığından, kaçak akım oluşmaz. | Dış ışık yokluğunda, fotodiyot durumunda kaçak akım oluşur. Bu kaçak akım karanlık akım olarak bilinir. |
| Ters kutuplamanın etkisi | Bir LED’in ters kutuplanması, ona kalıcı hasar verebilir. | Ters kutuplama, fotodiyota zarar vermez çünkü fotodiyot, ters kutuplamada çalışmak üzere özel olarak tasarlanmıştır. |
| Fiziksel yapı | LED, ışığı her yöne dağıtmak için kubbe şeklinde bir yapıda epoksi reçine gibi şeffaf bir malzeme ile kaplanmıştır. | Fotodiyotun yapısı, ışığı PN eklemine odaklayan bir mercekten oluşur. |
| Giriş olmadığında çıktı | LED’lerde, elektrik girişi olmadığında ışık çıkışı olmaz. | Fotodiyotta, giriş ışığı olmadığında, karanlık akım olarak adlandırılan küçük bir elektrik çıkışı oluşur. |
| Uygulamalar | LED’ler alan aydınlatmasında, ekranlarda, araç farlarında, sinyal lambalarında, el fenerlerinde vb. kullanılır. | Fotodiyotlar güneş panellerinde, optokuplörlerde, optik iletişimde, otomatik deklanşör kontrolünde, duman dedektörlerinde ve diğer birçok ışık algılama uygulamasında kullanılır. |
LED ile fotodiyot arasındaki en önemli fark, çalışma şekillerindedir. LED elektrik enerjisini ışığa dönüştürürken, fotodiyot ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür.