Valo- tai fotodiodi

Julkaistu: torstai 9.2.2017

Näkyvän valon havaitsemiseen voidaan käyttää monia erilaisia komponentteja ja yleisimpiä (sekä halvimpia) lienevät fotodiodit/valodiodit, fototransistori/valotransistori sekä LDR-/valovastukset. Kutakin näistä komponenteista on saatavilla erikokoisina ja -näköisinä.

Kyseiset komponentit poikkeavat toiminnaltaan kuitenkin toisistaan, esimerkiksi nopeuden ja toimintaperiaatteen mukaan. Tällä sivulla käsitellään kuitenkin vain fotodiodi, vaikka teknisesti voitaisiin samalla puhua myös fototransistoristakin, koska fotodiodi on periaatteessa fototransistori, minkä kanta on jätetty kytkemättä (eli käyttäjällä ei ole fyysistä pääsyä kannalle, muuten kuin osoittamalla valonsäde komponenttiin mistä komponentin linssi ohjaa valon transistorin kannalle). Toisaalta fotodiodeja käytetään myös aurinkopaneeleissa, sillä fotodiodi generoi napoihinsa jännitteen kun tarpeeksi voimakas valo siihen osuu.

Fotodiodin piirikaaviosymboli on esitetty alla:

Fotodiodi

kuvan lähde.

Piirilevyillä ja kytkentäkaavioissa diodille käytetään hyvin usein kirjainta D tai V kuvaamaan komponentin tyyppiä.

Fotodiodin toiminta

Fotodiodi toimii anodista katodiin (eli plussasta miinukseen) mentäessä kuten tavallinenkin diodi. Eli diodin läpi kulkee virta, kun sen kynnysjännite (0,6 volttia) ylittyy.

Estosuuntaan diodi toimii kuitenkin siten, että se vastustaa virran kulkua pimeässä. Käytännössä valoa yleensä on kuitenkin aina jonkin verran ympäristössä ja diodi johtaa hieman estosuuntaankin. Diodi muuttuu estosuuntaan lähes täysin johtavaksi silloin, kun fotodiodiin kohdistuu tarpeeksi voimakas valo (fotonit). Mikä on sitten tarpeeksi voimakas, riippuu fotodiodin spektrisestä responsiivisuudesta eli suomeksi sanottuna diodin herkkyydestä eri valon aallonpituuksille.

Diodin spektristä herkkyyttä säätämällä saadaankin aikaiseksi esimerkiksi infrapunavaloon reagoivia diodeja. Näitä löytyykin joka kodista, missä käytetään jonkin sortin televisiota (kaukosäätimen IR-lähetin ja television IR-vastaanotin).

Fotodiodin tai fototransistorin käyttö

Fotodiodia/-transistoria voidaan käyttää esimerkiksi valaistuksen voimakkuuden mittaamiseen tai hämäräkytkin sovelluksissa. Fotodiodia/-transistoria voidaan käyttää myös on/off-kytkennöissä tai vaikkapa kosmisen taustasäteilyn mittaamisessa (okei, tavalliselle harrastajalle hieman haastavampi mitattava).

Fotodiodi voidaan kytkeä esimerkiksi transistoriohjaukseen alla olevalla tavalla:

kuvan lähde

Huomaa kytkennästä, että fotodiodi kytketään nimenomaan estosuuntaisesti. Mitä enemmän fotodiodi alkaa johtamaan valon osuessa siihen, sitä enemmän diodi syöttää kytkentään virtaa ja transistori vahvistaa tätä efektiä entisestään.

Näillä sivuilla käytännön esimerkki fotodiodin/-transistorin käytöstä löytyy rakenteluista kohdasta: automaattinen valomerkin sammutin.

 

Lähteitä ja linkkejä:
https://fi.wikipedia.org/wiki/Fotodiodi
https://fi.wikipedia.org/wiki/Valo
https://fi.wikipedia.org/wiki/Spektri
https://en.wikipedia.org/wiki/Photodiode
http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_4.html