Définition: Un type spécial de dispositif de jonction PN qui génère du courant lorsqu’il est exposé à la lumière est appelé photodiode. Il est également connu sous le nom de photodétecteur ou de photosenseur. Il fonctionne en mode biaisé inversé et convertit l’énergie lumineuse en énergie électrique.
La figure ci-dessous montre la représentation symbolique d’une photodiode:
Principe de la photodiode
Il fonctionne sur le principe de Effet photoélectrique.
Le principe de fonctionnement de la photodiode est tel que lorsque la jonction de ce dispositif semi-conducteur à deux terminales est éclairée, le courant électrique commence à traverser. Seul le courant minoritaire traverse le dispositif lorsque le potentiel inverse s’y est appliqué.
Construction de la photodiode
La figure ci-dessous montre le détail de construction d’une photodiode:
La jonction PN de l’appareil placé à l’intérieur d’un matériau en verre. Ceci est fait sur commande pour permettre à l’énergie lumineuse de la traverser. Comme la seule jonction est exposée au rayonnement, donc, l’autre partie du matériau en verre est peinte en noir ou métallisé.
L’unité globale est de très petite dimension presque environ 2,5 mm.
Il est à noter que le courant traversant l’appareil est en micro-ampère et est mesuré par un ampèremètre.
Modes opérationnels de la photodiode
Photodiode fonctionne essentiellement en deux modes:
- Mode photovoltaïque: Il est également connu sous le nom de mode biais zéro car aucun potentiel inverse externe n’est fourni à l’appareil. Cependant, le flux de transporteur minoritaire aura lieu lorsque l’appareil sera exposé à la lumière.
- Mode photoconducteur: Lorsqu’un certain potentiel inverse est appliqué à l’appareil, il se comporte comme un dispositif photoconducteur. Ici, une augmentation de la largeur de déplétion est observée avec le changement correspondant en tension inverse.
Comprenons maintenant l’agencement de circuits détaillé et le fonctionnement de la photodiode.
Fonctionnement de la photodiode
Dans la photodiode, un très petit courant inversé circule à travers l’appareil qui est appelé courant sombre. On l’appelle, car ce courant est totalement le résultat de l’écoulement des porteurs minoritaires et s’écoule donc lorsque le dispositif n’est pas exposé au rayonnement.
Les électrons présents dans le côté p et les trous présents dans le côté n sont les porteurs minoritaires. Lorsqu’une certaine tension à polarisation inverse est appliquée, alors porteurs minoritaires, les trous de la face N éprouvent la force répulsive du potentiel positif de la batterie.
De même, les électrons présents dans le côté p éprouvent une répulsion du potentiel négatif de la batterie. En raison de ce mouvement, des électrons et des trous se recombinaient à la jonction générant des régions de déplétion à la jonction.
En raison de ce mouvement, un très petit courant inversé circule à travers l’appareil connu sous le nom de courant sombre.
La combinaison d’électrons et de trou à la jonction génère un atome neutre à l’épuisement. En raison de laquelle tout flux de courant supplémentaire est restreint.
Maintenant, la jonction de l’appareil est éclairée de lumière. Lorsque la lumière tombe à la surface de la jonction, la température de la jonction augmente. Cela fait séparer l’électron et le trou les uns des autres.
Aux deux se séparent, les électrons du côté n sont attirés vers le potentiel positif de la batterie. De même, les trous présents dans le côté p sont attirés par le potentiel négatif de la batterie.
Ce mouvement génère ensuite un courant inversé élevé à travers l’appareil.
Avec l’augmentation de l’intensité de la lumière, plus de porteurs de charge sont générés et circulent à travers l’appareil. Ainsi, produisant un grand courant électrique via l’appareil.
Ce courant est ensuite utilisé pour conduire d’autres circuits du système.
Ainsi, nous pouvons dire que l’intensité de l’énergie lumineuse est directement proportionnelle au courant via l’appareil.
Seul le potentiel biaisé positif peut mettre le dispositif dans aucun état actuel dans le cas de la photodiode.
Caractéristiques de la photodiode
La figure ci-dessous montre la courbe caractéristique VI d’une photodiode:
Ici, la ligne verticale représente le courant inversé qui coule à travers l’appareil et la ligne horizontale représente le potentiel biaisé inversé.
La première courbe représente le courant sombre qui génère en raison des porteurs minoritaires en l’absence de lumière.
Comme nous pouvons le voir dans la figure ci-dessus que toute la courbe montre un espacement presque égal entre eux. Il en est ainsi parce que le courant augmente proportionnellement avec le flux lumineux.
La figure ci-dessous montre la courbe pour le courant par rapport à l’éclairage:
Il est à noter ici que le courant inverse ne montre pas une augmentation significative avec l’augmentation du potentiel inverse.
Avantages de la photodiode
- Il montre une réponse rapide lorsqu’elle est exposée à la lumière.
- Photodiode offre une vitesse opérationnelle élevée.
- Il fournit une réponse linéaire.
- Il s’agit d’un appareil à faible coût.
Inconvénients de la photodiode
- Il s’agit d’un dispositif dépendant de la température. Et montre une mauvaise stabilité de la température.
- Lorsque un faible éclairage est fourni, une amplification est nécessaire.
Applications de la photodiode
- Les photodiodes trouvent principalement son utilisation dans les compteurs et les circuits de commutation.
- Les photodiodes sont largement utilisées dans un système de communication optique.
- Les circuits logiques et les encodeurs utilisent également la photodiode.
- Il est largement utilisé dans les systèmes d’alarme cambrioleurs. Dans de tels systèmes d’alarme, jusqu’à ce que l’exposition au rayonnement ne soit pas interrompue, le courant circule. Comme l’énergie lumineuse ne tombe pas sur l’appareil, il semble l’alarme.
En cas de photodiode typique, le courant inversé normal est dans des dizaines de plage de microampere.