¿Qué es el fotodiodo?
El
fotodiodo es un tipo de diodo semiconductor de unión pn que funciona con la
intensidad de la luz que cae sobre él en la condición de polarización inversa.
Principio de funcionamiento del
fotodiodo
Cuando un diodo está en condición de polarización inversa, habría una corriente de saturación inversa que fluye a través de él desde el terminal positivo al negativo del diodo. Los portadores de carga minoritarios inevitables causan 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 suministrando energía externa al cristal. En el fotodiodo, hacemos lo mismo para controlar la conductividad del dispositivo. Como su nombre indica 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 libres de electrones 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 se debe tener en cuenta
que en un fotodiodo, solo la porción 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
creados a partir de la unión se vuelven tiempo suficiente para recombinar, por
lo tanto, no pueden contribuir con corriente inversa. Pero los pares 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, la corriente a través del
fotodiodo aumenta.
Construcción de fotodiodos
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 se complete hasta la unión PN. Dos cables,
el ánodo y el cátodo del diodo salen de la parte inferior de la carcasa de
metal. Una lengüeta que se extiende desde el lado de la parte inferior de la
carcasa metálica identifica el cable del cátodo.
Símbolo del fotodiodo
El símbolo de un fotodiodo es
como el diodo ordinario, excepto por dos flechas inclinadas hacia abajo para
simbolizar la luz.
Característica del fotodiodo
1.
Resistencia
oscura 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 impurezas inevitables y la
excitación térmica natural del cristal. Entonces, incluso en condiciones oscuras,
habría una pequeña y constante corriente de saturación inversa en el diodo. Esta
corriente se 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.
2. 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 con el aumento de la intensidad de la luz. Llamamos
a este valor máximo de corriente inversa como 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. Discutiremos aquí solo dos aplicaciones populares del fotodiodo.
las aplicaciones del fotodiodo en este breve artículo. Discutiremos 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 cae sobre un fotodiodo. Mientras a luz incida en la función del fotodiodo, habrá una corriente inversa a través del diodo, ya que el diodo ya está conectado en condiciones de polarización inversa en el circuito de alarma. Si se produce una obstrucción en la fuente de luz, la corriente inversa en el fotodiodo desciende al nivel de corriente oscura. El circuito está diseñado de este modo cuando baja la corriente inversa, y suena una campana de alarma. Podemos colocar este arreglo en la puerta para que la entrada de personas sea defectuosa. En esta disposición, el haz de luz cruza la puerta de un lado a otro. Encajamos el fotodiodo en el lado opuesto de la fuente de luz. Cuando una persona entra por la puerta, el haz de luz se rompe y suena la alarma.
Contador de circuito con fotodiodo
Cuando un número de artículos atraviesa una cinta transportadora, estos pueden contarse fácilmente mediante el uso de fotodiodos. Aquí, conectamos 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 cae sobre el fotodiodo , habrá una corriente de recuperación inversa en el circuito. Conectamos el fotodiodo con un circuito contador. El haz de luz se rompe, el contador obtiene un incremento. Cuando un artículo pasa el haz de luz, rompe el haz de luz y el contador cuenta el artículo.
