Fotodiodo

<p style=”text-align: left;”>Definici贸n: Un tipo especial de dispositivo de uni贸n PN que genera corriente cuando se expone a la luz se conoce como fotodiodo. Tambi茅n se le conoce como fotodetector o fotosensor. Opera en modo de polarizaci贸n inversa y convierte la energia luminosa en energia electrica.

La siguiente figura muestra la representaci贸n simb贸lica de un fotodiodo:

s铆mbolo de fotodiodo

Índice de contenidos

Principio de fotodiodo

Funciona seg煤n el principio de Efecto fotoel茅ctrico.

El principio de funcionamiento del fotodiodo es tal que cuando se ilumina la uni贸n de este dispositivo semiconductor de dos terminales, la corriente el茅ctrica comienza a fluir a trav茅s de 茅l. Solo la corriente minoritaria fluye a trav茅s del dispositivo cuando se le aplica cierto potencial inverso.

Construcci贸n de Fotodiodo

La siguiente figura muestra el detalle constructivo de un fotodiodo:

detalle constructivo de fotodiodo

La uni贸n PN del dispositivo colocado dentro de un material de vidrio. Esto se hace para permitir que la energ铆a de la luz pase a trav茅s de 茅l. Como s贸lo la uni贸n est谩 expuesta a la radiaci贸n, la otra parte del material de vidrio se pinta de negro o se metaliza.

La unidad total es de una dimensi贸n muy peque帽a, casi 2,5 mm.

Es de destacar que la corriente que fluye a trav茅s del dispositivo est谩 en micro-amperio y se mide a trav茅s de un amper铆metro.

Modos operativos de fotodiodo

El fotodiodo funciona b谩sicamente en dos modos:

  • modo fotovoltaico: Tambi茅n se conoce como modo de polarizaci贸n cero porque no se proporciona potencial inverso externo al dispositivo. Sin embargo, el flujo de portadores minoritarios tendr谩 lugar cuando el dispositivo se exponga a la luz.
  • Modo fotoconductor: Cuando se aplica un cierto potencial inverso al dispositivo, se comporta como un dispositivo fotoconductor. Aqu铆, se ve un aumento en el ancho de agotamiento con el cambio correspondiente en el voltaje inverso.

Comprendamos ahora la disposici贸n detallada del circuito y el funcionamiento del fotodiodo.

Trabajo de fotodiodo

En el fotodiodo, una corriente inversa muy peque帽a fluye a trav茅s del dispositivo que se denomina como corriente oscura. Se llama as铆 porque esta corriente es totalmente el resultado del flujo de portadores minoritarios y, por lo tanto, fluye cuando el dispositivo no est谩 expuesto a la radiaci贸n.estructura de fotodiodo

Los electrones presentes en el lado p y los huecos presentes en el lado n son los portadores minoritarios. Cuando se aplica cierto voltaje de polarizaci贸n inversa, entonces el portador minoritario, los agujeros del lado n experimentan una fuerza repulsiva del potencial positivo de la bater铆a.

De manera similar, los electrones presentes en el lado p experimentan repulsi贸n por el potencial negativo de la bater铆a. Debido a este movimiento, el electr贸n y el hueco se recombinan en la uni贸n, lo que genera una regi贸n de agotamiento en la uni贸n.

Debido a este movimiento, una corriente inversa muy peque帽a fluye a trav茅s del dispositivo conocido como corriente oscura.

La combinaci贸n de electr贸n y hueco en la uni贸n genera un 谩tomo neutro en el agotamiento. Debido a lo cual se restringe cualquier flujo adicional de corriente.

Ahora, la uni贸n del dispositivo est谩 iluminada con luz. A medida que la luz cae sobre la superficie de la uni贸n, la temperatura de la uni贸n aumenta. Esto hace que el electr贸n y el hueco se separen entre s铆.

Cuando los dos se separan, los electrones del lado n se atraen hacia el potencial positivo de la bater铆a. De manera similar, los agujeros presentes en el lado p son atra铆dos por el potencial negativo de la bater铆a.

Este movimiento genera una alta corriente inversa a trav茅s del dispositivo.

Con el aumento de la intensidad de la luz, se generan m谩s portadores de carga y fluyen a trav茅s del dispositivo. De este modo, se produce una gran corriente el茅ctrica a trav茅s del dispositivo.

Esta corriente se usa luego para impulsar otros circuitos del sistema.

Entonces, podemos decir que la intensidad de la energ铆a de la luz es directamente proporcional a la corriente a trav茅s del dispositivo.

Solo el potencial polarizado positivo puede dejar el dispositivo sin corriente en el caso del fotodiodo.

Caracter铆sticas del fotodiodo

La siguiente figura muestra la curva caracter铆stica VI de un fotodiodo:caracteristicas del fotodiodo

Aqu铆, la l铆nea vertical representa la corriente inversa que fluye a trav茅s del dispositivo y la l铆nea horizontal representa el potencial de polarizaci贸n inversa.

La primera curva representa la corriente oscura que se genera debido a los portadores minoritarios en ausencia de luz.

Como podemos ver en la figura anterior, toda la curva muestra un espacio casi igual entre ellas. Esto es as铆 porque la corriente aumenta proporcionalmente con el flujo luminoso.

La siguiente figura muestra la curva de corriente versus iluminaci贸n:

iluminaci贸n vs curva actual

Cabe se帽alar aqu铆 que la corriente inversa no muestra un aumento significativo con el aumento del potencial inverso.

Ventajas del fotodiodo

  • Muestra una respuesta r谩pida cuando se expone a la luz.
  • El fotodiodo ofrece una alta velocidad operativa.
  • Proporciona una respuesta lineal.
  • Es un dispositivo de bajo costo.

Desventajas del fotodiodo

  • Es un dispositivo dependiente de la temperatura. Y muestra poca estabilidad de temperatura.
  • Cuando se proporciona poca iluminaci贸n, es necesaria la amplificaci贸n.

Aplicaciones del fotodiodo

  1. Los fotodiodos encuentran principalmente su uso en contadores y circuitos de conmutaci贸n.
  2. Los fotodiodos se utilizan ampliamente en un sistema de comunicaci贸n 贸ptica.
  3. Los circuitos l贸gicos y los codificadores tambi茅n utilizan fotodiodos.
  4. Es ampliamente utilizado en sistemas de alarma antirrobo. En tales sistemas de alarma, hasta que no se interrumpe la exposici贸n a la radiaci贸n, la corriente fluye. Como la energ铆a de la luz no cae sobre el dispositivo, suena la alarma.

En el caso de un fotodiodo t铆pico, la corriente inversa normal est谩 en el rango de decenas de microamperios.

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