Definición: Un tipo especial de dispositivo de unión PN que genera corriente cuando se expone a la luz se conoce como fotodiodo. También se le conoce como fotodetector o fotosensor. Opera en modo de polarización inversa y convierte la energia luminosa en energia electrica.
La siguiente figura muestra la representación simbólica de un fotodiodo:
Índice de contenidos
Principio de fotodiodo
Funciona según el principio de Efecto fotoeléctrico.
El principio de funcionamiento del fotodiodo es tal que cuando se ilumina la unión de este dispositivo semiconductor de dos terminales, la corriente eléctrica comienza a fluir a través de él. Solo la corriente minoritaria fluye a través del dispositivo cuando se le aplica cierto potencial inverso.
Construcción de Fotodiodo
La siguiente figura muestra el detalle constructivo de un fotodiodo:
La unión PN del dispositivo colocado dentro de un material de vidrio. Esto se hace para permitir que la energía de la luz pase a través de él. Como sólo la unión está expuesta a la radiación, la otra parte del material de vidrio se pinta de negro o se metaliza.
La unidad total es de una dimensión muy pequeña, casi 2,5 mm.
Es de destacar que la corriente que fluye a través del dispositivo está en micro-amperio y se mide a través de un amperímetro.
Modos operativos de fotodiodo
El fotodiodo funciona básicamente en dos modos:
- modo fotovoltaico: También se conoce como modo de polarización cero porque no se proporciona potencial inverso externo al dispositivo. Sin embargo, el flujo de portadores minoritarios tendrá 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. Aquí, se ve un aumento en el ancho de agotamiento con el cambio correspondiente en el voltaje inverso.
Comprendamos ahora la disposición detallada del circuito y el funcionamiento del fotodiodo.
Trabajo de fotodiodo
En el fotodiodo, una corriente inversa muy pequeña fluye a través del dispositivo que se denomina como corriente oscura. Se llama así porque esta corriente es totalmente el resultado del flujo de portadores minoritarios y, por lo tanto, fluye cuando el dispositivo no está expuesto a la radiación.
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 polarización inversa, entonces el portador minoritario, los agujeros del lado n experimentan una fuerza repulsiva del potencial positivo de la batería.
De manera similar, los electrones presentes en el lado p experimentan repulsión por el potencial negativo de la batería. Debido a este movimiento, el electrón y el hueco se recombinan en la unión, lo que genera una región de agotamiento en la unión.
Debido a este movimiento, una corriente inversa muy pequeña fluye a través del dispositivo conocido como corriente oscura.
La combinación de electrón y hueco en la unión genera un átomo neutro en el agotamiento. Debido a lo cual se restringe cualquier flujo adicional de corriente.
Ahora, la unión del dispositivo está iluminada con luz. A medida que la luz cae sobre la superficie de la unión, la temperatura de la unión aumenta. Esto hace que el electrón y el hueco se separen entre sí.
Cuando los dos se separan, los electrones del lado n se atraen hacia el potencial positivo de la batería. De manera similar, los agujeros presentes en el lado p son atraídos por el potencial negativo de la batería.
Este movimiento genera una alta corriente inversa a través del dispositivo.
Con el aumento de la intensidad de la luz, se generan más portadores de carga y fluyen a través del dispositivo. De este modo, se produce una gran corriente eléctrica a través del dispositivo.
Esta corriente se usa luego para impulsar otros circuitos del sistema.
Entonces, podemos decir que la intensidad de la energía de la luz es directamente proporcional a la corriente a través del dispositivo.
Solo el potencial polarizado positivo puede dejar el dispositivo sin corriente en el caso del fotodiodo.
Características del fotodiodo
La siguiente figura muestra la curva característica VI de un fotodiodo:
Aquí, la línea vertical representa la corriente inversa que fluye a través del dispositivo y la línea horizontal representa el potencial de polarización 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 así porque la corriente aumenta proporcionalmente con el flujo luminoso.
La siguiente figura muestra la curva de corriente versus iluminación:
Cabe señalar aquí que la corriente inversa no muestra un aumento significativo con el aumento del potencial inverso.
Ventajas del fotodiodo
- Muestra una respuesta rápida 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 iluminación, es necesaria la amplificación.
Aplicaciones del fotodiodo
- Los fotodiodos encuentran principalmente su uso en contadores y circuitos de conmutación.
- Los fotodiodos se utilizan ampliamente en un sistema de comunicación óptica.
- Los circuitos lógicos y los codificadores también utilizan fotodiodos.
- Es ampliamente utilizado en sistemas de alarma antirrobo. En tales sistemas de alarma, hasta que no se interrumpe la exposición a la radiación, la corriente fluye. Como la energía de la luz no cae sobre el dispositivo, suena la alarma.
En el caso de un fotodiodo típico, la corriente inversa normal está en el rango de decenas de microamperios.
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