O que é um fotodiodo?

O que é um Fotodiodo?

Definição de Fotodiodo

Um fotodiodo é definido como um diodo de junção PN que gera corrente quando exposto à luz. Essa junção é formada pela combinação de materiais semicondutores do tipo P e N. O material do tipo P tem portadores de carga positivos extras (buracos), enquanto o material do tipo N tem portadores de carga negativos extras (elétrons). Quando esses materiais se encontram, os elétrons da região do tipo N se movem para a região do tipo P, recombinando com buracos e criando uma região de esgotamento. Esta região atua como uma barreira para a difusão adicional de portadores de carga.

Um fotodiodo possui dois terminais, um ânodo e um cátodo, que estão conectados às regiões do tipo P e N, respectivamente. O ânodo geralmente é marcado com uma aba ou um ponto na embalagem do dispositivo. O símbolo de um fotodiodo é mostrado abaixo, com duas setas apontando para a junção para indicar que ele é sensível à luz.

Princípio de Funcionamento

Quando um fotodiodo está conectado em polarização inversa a um circuito externo, uma pequena corrente inversa flui do ânodo para o cátodo. Essa corrente, conhecida como corrente escura, resulta da geração térmica de portadores de carga minoritários no semicondutor. A corrente escura não depende da tensão inversa aplicada, mas varia com a temperatura e o nível de dopagem.

Quando a luz de energia suficiente atinge o fotodiodo, ela cria pares elétron-buraco no material semicondutor. Este processo também é conhecido como o efeito fotoelétrico interno. Se a absorção de luz ocorre na região de esgotamento ou próxima a ela, esses portadores de carga são varridos pelo campo elétrico através da junção, criando uma corrente fotogênica que se soma à corrente escura. Assim, os buracos se movem em direção ao ânodo, e os elétrons se movem em direção ao cátodo, e a corrente inversa aumenta com o aumento da intensidade luminosa.

A corrente fotogênica é proporcional à intensidade luminosa para um comprimento de onda e temperatura específicos. Se a intensidade luminosa for muito alta, a corrente fotogênica atinge um valor máximo chamado de corrente de saturação, além do qual não aumenta mais. Esta corrente de saturação depende da geometria e das propriedades do material do dispositivo.

O fotodiodo pode operar em dois modos: modo fotovoltaico e modo fotocondutivo.

Modo Fotovoltaico

No modo fotovoltaico, nenhuma tensão inversa externa é aplicada ao fotodiodo, fazendo-o agir como uma célula solar que gera energia a partir da luz. A corrente fotogênica flui através de um curto-circuito ou impedância de carga conectada aos terminais. Se o circuito estiver aberto ou tiver alta impedância, uma tensão se acumula no dispositivo, polarizando-o diretamente. Esta tensão, chamada de tensão em circuito aberto, depende da intensidade luminosa e do comprimento de onda.

O modo fotovoltaico explora o efeito fotovoltaico, que é usado para produzir energia solar a partir da luz solar. No entanto, este modo tem algumas desvantagens, como baixa velocidade de resposta, alta resistência em série e baixa sensibilidade.

Modo Fotocondutivo

No modo fotocondutivo, uma tensão inversa externa é aplicada ao fotodiodo, e ele age como um resistor variável que muda sua resistência com a intensidade luminosa. A corrente fotogênica flui através de um circuito externo que fornece uma tensão de polarização e mede a corrente ou tensão de saída.

O modo fotocondutivo tem algumas vantagens sobre o modo fotovoltaico, como alta velocidade de resposta, baixa resistência em série, alta sensibilidade e ampla faixa dinâmica. No entanto, este modo também tem algumas desvantagens, como níveis de ruído mais altos, maior consumo de energia e menor linearidade.

Características do Fotodiodo

As características de um fotodiodo descrevem seu desempenho sob diferentes condições de intensidade luminosa, comprimento de onda, temperatura, tensão de polarização, etc. Algumas dessas características são:

Aplicações do Fotodiodo

• Comunicação óptica

• Medição óptica

• Imagem óptica

• Comutação óptica

• Geração de energia solar

Conclusão

Um fotodiodo é um dispositivo semicondutor que converte luz em corrente elétrica. Ele funciona com base no princípio do efeito fotoelétrico interno, que cria pares elétron-buraco quando fótons atingem o diodo de junção PN. Um fotodiodo opera em condições de polarização inversa e tem dois modos: modo fotovoltaico e modo fotocondutivo. Um fotodiodo possui várias características, como responsividade, eficiência quântica, resposta espectral, corrente escura, resistência escura, ruído, linearidade e tempo de resposta.

Um fotodiodo tem muitas aplicações em comunicação óptica, medição óptica, imagem óptica, comutação óptica e geração de energia solar. Um fotodiodo pode ser usado para fazer circuitos de alarme e circuitos contadores detectando a interrupção de feixes de luz. Um fotodiodo é um dispositivo versátil e útil que pode detectar e converter luz em eletricidade.