Què és un fotorresistor?
Què és un fotodíode?
Definició de fotodíode
Un fotodíode es defineix com un díode de junta PN que genera corrent quan està exposat a la llum. Aquesta junta es forma combinant materials semiconductors de tipus P i N. El material de tipus P té portadors de càrrega positiva addicionals (forats), mentre que el material de tipus N té portadors de càrrega negativa addicionals (electrons). Quan aquests materials es troben, els electrons de la regió de tipus N es mouen cap a la regió de tipus P, recombint amb els forats i creant una regió de depleció. Aquesta regió actua com a barrera per a la difusió addicional de portadors de càrrega.
Un fotodíode té dos terminals, un ànoda i una catedra, que estan connectats a les regions de tipus P i N, respectivament. L'ànoda sol marcar-se amb una pestanya o un punt en el paquet del dispositiu. El símbol d'un fotodíode es mostra a continuació, amb dues fletxes que apunten cap a la junta per indicar que és sensible a la llum.
Principi de funcionament
Quan un fotodíode està connectat en polarització inversa a un circuit extern, una petita corrent inversa flueix de l'ànoda a la catedra. Aquesta corrent, coneguda com a corrent fosca, resulta de la generació tèrmica de portadors de càrrega minoritària en el semiconductor. La corrent fosca no depèn de la tensió inversa aplicada, sinó que varia amb la temperatura i el nivell de dopatge.
Quan la llum d'energia suficient impacta el fotodíode, crea parells electrón-forat en el material semiconductor. Aquest procés també es coneix com a efecte fotoelèctric intern. Si l'absorció de la llum ocorre en o prop de la regió de depleció, aquests portadors de càrrega són arrastrats pel camp elèctric a través de la junta, creant una corrent fotoelèctrica que s'afegeix a la corrent fosca. Així, els forats es mouen cap a l'ànoda, i els electrons cap a la catedra, i la corrent inversa augmenta amb l'augment de la intensitat de la llum.
La corrent fotoelèctrica és proporcional a la intensitat de la llum per una longitud d'ona i temperatura específiques. Si la intensitat de la llum és massa alta, la corrent fotoelèctrica arriba a un valor màxim anomenat corrent de saturació, més enllà del qual ja no augmenta. Aquesta corrent de saturació depèn de la geometria del dispositiu i les propietats del material.
El fotodíode pot funcionar en dos modes: mode fotovoltaic i mode fotoconductiu.
Mode fotovoltaic
En el mode fotovoltaic, no s'aplica cap tensió inversa externa al fotodíode, fent que actui com una cèl·la solar que genera energia a partir de la llum. La corrent fotoelèctrica flueix a través d'un circuit obert o una impedància de càrrega connectada als terminals. Si el circuit està obert o té una impedància elevada, es genera una tensió a través del dispositiu, polaritzant-lo en sentit directe. Aquesta tensió, anomenada tensió de circuit obert, depèn de la intensitat i la longitud d'ona de la llum.
El mode fotovoltaic explota l'efecte fotovoltaic, que s'utilitza per produir energia solar a partir de la llum solar. No obstant això, aquest mode té alguns inconvenients, com una velocitat de resposta baixa, una resistència en sèrie elevada i una sensibilitat baixa.
Mode fotoconductiu
En el mode fotoconductiu, s'aplica una tensió inversa externa al fotodíode, i aquest actua com un resistor variable que canvia la seva resistència amb la intensitat de la llum. La corrent fotoelèctrica flueix a través d'un circuit extern que proporciona una tensió de polarització i mesura la corrent o tensió de sortida.
El mode fotoconductiu té alguns avantatges sobre el mode fotovoltaic, com una velocitat de resposta elevada, una resistència en sèrie baixa, una sensibilitat elevada i un ampli rang dinàmic. No obstant això, aquest mode també té alguns inconvenients, com uns nivells de soroll més elevats, un consum d'energia més elevat i una linealitat menor.
Característiques del fotodíode
Les característiques d'un fotodíode descriuen el seu rendiment en diferents condicions de intensitat de llum, longitud d'ona, temperatura, tensió de polarització, etc. Algunes d'aquestes característiques són:
Aplicacions del fotodíode
Comunicació òptica
Mesurament òptic
Imatge òptica
Commutació òptica
Generació d'energia solar
Conclusió
Un fotodíode és un dispositiu semiconductor que converteix la llum en corrent elèctrica. Funciona segons el principi de l'efecte fotoelèctric intern, que crea parells electrón-forat quan els fòtons impacten el díode de junta PN. Un fotodíode opera en condicions de polarització inversa i té dos modes: mode fotovoltaic i mode fotoconductiu. Un fotodíode té diverses característiques, com la responsivitat, l'eficiència quàntica, la resposta espectral, la corrent fosca, la resistència fosca, el soroll, la linealitat i el temps de resposta.
Un fotodíode té moltes aplicacions en comunicació òptica, mesurament òptic, imatge òptica, commutació òptica i generació d'energia solar. Un fotodíode es pot utilitzar per fer circuits d'alarma i circuits comptadors detectant l'interrupció de raigs de llum. Un fotodíode és un dispositiu versàtil i útil que pot sentir i convertir la llum en electricitat.
