Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Indice de contenidos
¿Qué es el fotodiodo?
El fotodiodo es una especie de diodo semiconductor de unión pn que funciona con la intensidad de la luz que incide sobre él en la condición de polarización inversa.
Principio de funcionamiento del fotodiodo
Cuando un diodoestá en condición de polarización inversa, habría una corriente de saturación inversa fluyendo a través de él desde el terminal positivo al negativo del diodo. Los inevitables portadores de carga minoritarios provocan esta corriente de saturación inversa en el cristal semiconductor. El valor de esta corriente de saturación inversa no depende del voltaje inverso aplicado a través del diodo, sino que depende de la concentración de portadores de carga minoritarios en el cristal semiconductor. Por lo tanto, para un cierto rango de voltaje inverso a través del diodo, esta corriente permanece casi constante. Podemos controlar la corriente de saturación inversa en un diodo controlando la concentración de portadores de carga minoritarios en el cristal semiconductor. Podemos cambiar la concentración de portadores de carga minoritarios en un semiconductor al suministrar energía externa al cristal.
En el fotodiodo, hacemos lo mismo para controlar la conductividad del dispositivo. Como sugiere el nombre en el fotodiodo, la unión pn queda expuesta a la luz. Dependiendo de la intensidad de la luz, los enlaces covalentes en el cristal se rompen y generan pares de agujeros de electrones libres a través y cerca de la unión pn. Como resultado, la corriente inversa en el diodo aumenta o, en otras palabras, aumenta la conductividad del dispositivo.
NB: – Aquí debe tenerse en cuenta que en un fotodiodo, solo la parte de unión pn del diodo debe exponerse a la luz, esto se debe a que si la luz se aleja de la unión, los pares de electrones y agujeros creados fuera de la unión se tiempo suficiente para recombinarse, por lo tanto, no pueden contribuir con corriente inversa. Pero los pares de agujeros de electrones creados en la unión o muy cerca de la unión, pueden propagarse fácilmente hacia la polaridad opuesta debido a la influencia del campo eléctrico a través de la unión y, por lo tanto, aumenta la corriente a través del fotodiodo.
Construcción de fotodiodo
Los fotodiodos están disponibles en un paquete metálico. El diodo es una unión apn, montado en un sustrato de plástico aislado. Luego sellamos el sustrato de plástico en la caja de metal. En la parte superior de la caja de metal, hay una ventana transparente, que permite que la luz llegue hasta el empalme PN . Dos cables, ánodo y cátodo del diodo salen de la parte inferior de la caja metálica. Una pestaña que se extiende desde el lado de la parte inferior de la caja metálica identifica el cable del cátodo.
Símbolo de fotodiodo
El símbolo de un fotodiodo es como un diodo ordinario, excepto por dos flechas inclinadas hacia abajo para simbolizar la luz.
Característica del fotodiodo
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Resistencia a la oscuridad del fotodiodo
Es cierto que siempre hay algunos portadores de carga minoritarios en el cristal semiconductor incluso en condiciones de oscuridad extrema; estos portadores de carga minoritarios en el cristal semiconductor están presentes debido a las inevitables impurezas y la excitación térmica natural del cristal. Entonces, incluso en condiciones de oscuridad, habría una pequeña y constante corriente de saturación inversa en el diodo. Esta corriente está fija para un fotodiodo y la corriente se conoce como corriente oscura. La relación entre el voltaje inverso máximo soportable y la corriente oscura de un fotodiodo se llama resistencia oscura de ese diodo.
- Cuando aplicamos luz al diodo, la corriente inversa aumenta. Esta relación es lineal. El valor de la corriente inversa es directamente proporcional a la intensidad de la energía luminosa incidente.
- Si seguimos aumentando la intensidad de la luz, después de un cierto valor de corriente inversa. La corriente no aumentará más al aumentar la intensidad de la luz. A este valor máximo de corriente inversa lo llamamos corriente de saturación del fotodiodo .
Aplicaciones del fotodiodo
Hay muchas aplicaciones del fotodiodo. No tenemos el alcance de discutir todas las aplicaciones del fotodiodo en este breve artículo. Analizaremos aquí solo dos aplicaciones populares del fotodiodo .
Circuito de alarma con fotodiodo
Por lo tanto, configuramos una fuente de luz de tal manera que la luz siempre incida sobre un fotodiodo. Siempre que la luz incida en la función del fotodiodo, habrá una corriente inversa a través del diodo, ya que el diodo ya está conectado en condición de polarización inversa en el circuito de alarma. Si ocurre una obstrucción en la fuente de luz, la corriente inversa en el fotodiodo desciende al nivel de corriente oscura. El circuito está diseñado de tal manera que cuando baja la corriente inversa, una campana de alarma comienza a sonar. Podemos colocar este arreglo en la puerta para impedir la entrada de personas. En esta disposición, el haz de luz atraviesa la puerta de un lado a otro. Colocamos el fotodiodo en el lado opuesto de la fuente de luz. Cuando cualquier persona entra por la puerta, el haz de luz se interrumpe y suena la alarma.
Circuito contador usando fotodiodo
Cuando un número de artículos pasa por una cinta transportadora, estos se pueden contar fácilmente mediante el uso de un fotodiodo. Aquí, colocamos una fuente de luz en un lado de la cinta transportadora y un fotodiodo en el lado opuesto de la cinta. La fuente de luz y el fotodiodo están instalados de tal manera que la luz llega directamente al fotodiodo. A medida que la luz incida sobre el fotodiodo , habrá una corriente de recuperación inversa en el circuito. Conectamos el fotodiodo con un circuito contador. El haz de luz se interrumpe, el contador obtiene un incremento. Cuando un elemento pasa el rayo de luz, rompe el rayo de luz y el contador cuenta el elemento.
