Hallo,
wenn man eine Fotodiode vor einer Lichtquelle hält und die Lichtsärke
verändert, dann verändert sich auch die Spannung von der Fotodiode.
Wieso ist dies so?
Spannung ist ja eigentlich Energie durch Ladung (U=W/q). Die Energie in
der Fotodiode kommt von den einfallenden Photonen, die die Elektronen in
das Leitungsband anheben. Die Energie des Lichtes hängt von der
Wellenlänge ab. Wenn man nun die Lichtsärke erhöht trifft mehr Licht
ein, aber das Licht hat nicht mehr Energie.
Wieso ändert sich trotzdem die Spannung der Fotodiode?
Die Fotodiode ist eine Diode und die hat, wie jede andere Diode auch,
eine gewisse Flusspannung, die abhängig ist vom Strom. Produziert die
Fotodiode mehr Strom, steigt die Spannung an, wird allerdings auf die
Diodenspannung begrenzt.
Vereinfacht ausgedrückt ist eine Fotodiode eine der Lichtmenge
proportionale Stromquelle, parallel zu einer Diode.
Siehe auch:
http://de.wikipedia.org/wiki/Fotodiode
Habe jetzt nen bisschen darüber nachgedacht, doch mir ist dies immer
noch nicht schlüssig. Wenn mehr Licht einfällt sind mehr freie
Elektronen auf dem Leitungsband vorhanden. Doch wieso haben diese dann
auch mehr Energie?
Wieso steigt die Spannung also mit der Stromstärke an?
Im Wiki steht, dass die "Ausgangsspannung [...] logarithmisch von der
einfallenden Lichtleistung abhängig" ist. Was stimmt den nun?
@ Roemer (Gast)
>noch nicht schlüssig. Wenn mehr Licht einfällt sind mehr freie>Elektronen auf dem Leitungsband vorhanden.
Ja.
> Doch wieso haben diese dann auch mehr Energie?
Haben sie doch gar nicht. Es fliesst mehr Strom durch die PhotoDIODE,
deshalb
> Wieso steigt die Spannung also mit der Stromstärke an?>Im Wiki steht, dass die "Ausgangsspannung [...] logarithmisch von der>einfallenden Lichtleistung abhängig" ist. Was stimmt den nun?
steigt die Spannung logarithmisch, umgedrehte Diodenkennlinie.
Der Strom steigt linear, und das über viele Zehnerpotenzen! Allerdings
nur im Kurzschlussbetrieb, siehe Lichtsensor / Helligkeitssensor
MFg
Falk
MfG
Falk
Ist doch eigentlich ganz einfach.
Die Spannung, die an der Photodiode entsteht hängt (vorerst) nur von der
Wellenlänge des Lichtes ab.
Dabei gilt: U*e = h*f = h*c/lambda
Diese Spannung kann mit einem wirklich hochohmigen (Ri > 10GOhm)
Voltmeter gemessen werden. Verunreinigungen der Halbleiter sorgen dabei
schon für geringe Verluste.
Ist die durch Lichteinstrahlung der verfügbare Strom nicht ausreichend
hoch, so bricht die Spannung ein. Ein normales Voltmeter ist daher zur
Messung (Ri = 10MOhm) ungeeignet.
Wird die Intensität des Lichtes erhöht, so steigt der verfügbare Strom
und somit auch die an Ri=10MOhm messbare Spannung.
Die charakteristische Spannung (siehe oben) kann auch bei größter
Intensität dabei nicht überschritten werden.
alles klar ?
alles klar !
Janosch
ich kann janosch nur zustimmen. die spannung die du misst, entsteht
durch den innenwiderstand der diode und des spannungsmessers und sagt
somit nicht direkt etwas über die energie der elektronen aus. ähnlich
wie bei photozellen kannst du die spannung nur zb über die
gegenfeldmethode bestimmen. dabei ist der strom 0 und innenwiderstände
des messgerätes spielen keine rolle mehr.
Ein Voltmeter mit nicht unendlichem Innenwiderstand mißt letztlich nur
den Spannungsabfall des Fotodiodenstroms an diesem Innenwiderstand.
Letztlich mißt du also mit einem Voltmeter einen dem Fotostrom
proportionalen Spannungsabfall und nicht die Leerlaufspannung der
Fotodiode.
Kai Klaas
Zunächst geht es um die Erzeugung der Ladungsträger:
Wenn ein Photon für das Material ausreichende Energie hat, erzeugt es in
der Sperrschicht ein Ladungsträgerpaar.Langwelliges IR-Licht kann in Si
keinen Photostrom erzeugen, da die Energie der Photonen nicht ausreicht,
egal wie intensiv das Licht ist. Bis zu einer Obergrenze der
Photonenenergie, ab der sie mehrere Ladungsträger erzeugen können, gilt
die Aussage: Die Zahl der Ladungsträger, also der Fotostrom ist
proportional zur Lichtintensität (Je Photon ein Ladungsträgerpaar).
Spannung an der Sperrschicht entsteht dann dadurch, dass die
entstandenen Ladungsträger an die angrenzende P- oder N-Schicht
diffundieren. Dabei spielt die Wärmebewegung eine erhebliche Rolle, die
die e-Funktion mit ins Spiel bringt und damit den logarithmischen
Zusammenhang zwischen Spannung an der Sperrschicht und
Ladungsträgermenge bedingt.
Peter R. schrieb:
> Zunächst geht es um die Erzeugung der Ladungsträger:>> Wenn ein Photon für das Material ausreichende Energie hat, erzeugt es in> der Sperrschicht ein Ladungsträgerpaar.Langwelliges IR-Licht kann in Si> keinen Photostrom erzeugen, da die Energie der Photonen nicht ausreicht,> egal wie intensiv das Licht ist. Bis zu einer Obergrenze der
natürlich können photodioden auf ir-licht reagieren. schon normale
si-photodioden haben ihre höchste empfindichkeit bei ca 1000nm. die
energie der photonen muss nur höher als der bandabstand sein (bei si
1,1eV und damit nahes infrarot). bei sermanium ist der bandabstand noch
geringer.
Frank hat geschrieben: natürlich können Fotodioden auf IR-Licht
reagieren ...
hab ich doch garnicht ausgeschlossen.
Ist das Licht von Glasfaser-Strecken (optische Fenster bei 1300 und 1500
nm Wellenlänge )kein Infrarotlicht ? auf diese Wellenlänge hat sich
meine Aussage bezüglich langwelligen Infrarotlichts bezogen.
Peter R. schrieb:
> Ist das Licht von Glasfaser-Strecken (optische Fenster bei 1300 und 1500> nm Wellenlänge )kein Infrarotlicht ? auf diese Wellenlänge hat sich> meine Aussage bezüglich langwelligen Infrarotlichts bezogen.
war leider nicht zu erkennen, aber in dem wellenlängenbereich
funktioniert germanium (oder InGaAs.. ) und im prinzip geht das mit
speziellen materialien bis fast 6µm nur müssen die fotodioden dann meist
stark gekühlt werden was bei diesen wellenlängen ja eigentlich auch
logisch ist. einmal ist ja der sperrstrom von der temperatur abhängung
und zum anderen "sieht" eine warme fotodiode sonst ihr eigenes licht ;-)
.
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