Que é un fotodiodo
Que é un fotodiodo?
Definición de fotodiodo
Un fotodiodo está definido como un diodo de unión PN que xera corrente cando está exposto á luz. Esta unión fórmase combinando materiais semiconductores de tipo P e N. O material de tipo P ten portadores de carga positiva extra (buracos), mentres que o material de tipo N ten portadores de carga negativa extra (electrones). Cando estes materiais se atopan, os electrones da rexión de tipo N moveñanse á rexión de tipo P, recombinándose cos buracos e creando unha rexión de esgotamento. Esta rexión actúa como barrera para a difusión adicional de portadores de carga.
Un fotodiodo ten dous terminais, un ánodo e un catodo, que están conectados ás rexións de tipo P e N, respectivamente. O ánodo adoita marcarse con unha pestaña ou un punto no paquete do dispositivo. O símbolo dun fotodiodo amósase a continuación, con dúas frechas apuntando cara á unión para indicar que é sensible á luz.
Principio de funcionamento
Cando un fotodiodo está conectado en polarización inversa a un circuito externo, flúe unha pequena corrente inversa do ánodo ao catodo. Esta corrente, coñecida como corrente obscura, resulta da xeración térmica de portadores de carga minoritarios no semiconductor. A corrente obscura non depende da tensión inversa aplicada, pero varía coa temperatura e o nivel de dopaxe.
Cando a luz de enerxía suficiente incide no fotodiodo, crea pares electrón-buraco no material semiconductor. Este proceso tamén coñécese como o efecto fotoeléctrico interno. Se a absorción da luz ocorre na ou preto da rexión de esgotamento, estes portadores de carga son arrastrados polo campo eléctrico a través da unión, creando unha corrente fotogenerada que se suma á corrente obscura. Así, os buracos móvense cara ao ánodo, e os electrones cara ao catodo, e a corrente inversa aumenta co aumento da intensidade da luz.
A corrente fotogenerada é proporcional á intensidade da luz para unha lonxitude de onda e temperatura específicas. Se a intensidade da luz é demasiado alta, a corrente fotogenerada alcanza un valor máximo chamado corrente de saturación, máis alá do cal xa non aumenta. Esta corrente de saturación depende da xeometría e as propiedades do material do dispositivo.
O fotodiodo pode operar en dous modos: modo fotovoltaico e modo fotoconductor.
Modo fotovoltaico
No modo fotovoltaico, non se aplica ningunha tensión inversa externa ao fotodiodo, facendo que actúe como unha célula solar que xera enerxía a partir da luz. A corrente fotogenerada flúe a través dun curto circuito ou impedancia de carga conectada aos terminais. Se o circuito está aberto ou ten alta impedancia, constrúese unha tensión a través do dispositivo, polarizándoo en sentido directo. Esta tensión, chamada tensión de circuito aberto, depende da intensidade e lonxitude de onda da luz.
O modo fotovoltaico explota o efecto fotovoltaico, que se usa para producir enerxía solar a partir da luz solar. No entanto, este modo ten algunhas desvantaxes, como baixa velocidade de resposta, alta resistencia en serie e baixa sensibilidade.
Modo fotoconductor
No modo fotoconductor, aplícase unha tensión inversa externa ao fotodiodo, e actúa como un resistor variable que cambia a súa resistencia con a intensidade da luz. A corrente fotogenerada flúe a través dun circuito externo que proporciona unha tensión de polarización e mide a corrente ou tensión de saída.
O modo fotoconductor ten algunhas vantaxes sobre o modo fotovoltaico, como alta velocidade de resposta, baixa resistencia en serie, alta sensibilidade e ampla gama dinámica. No entanto, este modo tamén ten algunhas desvantaxes, como niveis de ruido máis altos, maior consumo de potencia e menor linearidade.
Características do fotodiodo
As características dun fotodiodo describen o seu rendemento baixo diferentes condicións de intensidade de luz, lonxitude de onda, temperatura, tensión de polarización, etc. Algúns destes características son:
Aplicacións do fotodiodo
Comunicación óptica
Medición óptica
Imaxe óptica
Conmutación óptica
Xeración de enerxía solar
Conclusión
Un fotodiodo é un dispositivo semiconductor que converte a luz en corrente eléctrica. Funciona segundo o principio do efecto fotoeléctrico interno que crea pares electrón-buraco cando os fotóns inciden no diodo de unión PN. Un fotodiodo opera en condicións de polarización inversa e ten dous modos: modo fotovoltaico e modo fotoconductor. Un fotodiodo ten varias características, como responsabilidade, eficiencia cuántica, resposta espectral, corrente obscura, resistencia obscura, ruido, linearidade e tempo de resposta.
Un fotodiodo ten moitas aplicacións en comunicación óptica, medición óptica, imaxe óptica, conmutación óptica e xeración de enerxía solar. Un fotodiodo pode usarse para facer circuitos de alarma e circuitos de contaxe detectando a interrupción de haces de luz. Un fotodiodo é un dispositivo versátil e útil que pode sentir e converter a luz en electricidade.
