Detector de fotos:Características,Tipos,Ventajas,7 Aplicaciones

Contenido del detector de fotodiodo

En este artículo discutiremos sobre el detector de fotodiodos de la siguiente manera:

  • Definición de fotodetector
  • Diferentes tipos
  • Diagrama de circuito
  • Aplicaciones
  • ¿Qué es un fotodiodo?
  • Características de un fotodiodo.
  • Principio de funcionamiento
  • Fotodiodo de avalancha
  • Diagrama de circuito
  • Aplicaciones
  • Ventajas desventajas
  • Fototransistor frente a fotodiodo

¿Qué es un fotodetector?

Definición de un fotodetector:

"Los fotodetectores son elementos importantes, poseen la capacidad de transformar la luz en señales eléctricas".

"Fotodetectores son elementos importantes útiles en el procesamiento de imágenes, comunicación óptica, seguridad, visión nocturna y detección de movimiento ".

Tipos de fotodetectores:

Tipos de detectores de fotos
Tipos de detectores de fotos

Aplicaciones importantes de los detectores de fotos:

  • Los fotodetectores se pueden emplear para propiedades como potencia óptica, mediciones de flujo luminoso.
  • Se utilizan en varios tipos de diseño de microscopios y sensores ópticos.
  • Los fotodetectores son esenciales para los telémetros láser.
  • Los fotodetectores rápidos se utilizan comúnmente en comunicaciones de fibra óptica, metrología de frecuencia, etc.

¿Qué es un fotodiodo?

Definición de fotodiodo:

“Un fotodiodo es básicamente un diodo de unión pn típicamente."

Cuando un fotón golpea el diodo, excita el electrón y genera un electrón móvil y un agujero de carga positiva. La absorción ocurre en el área de agotamiento de la unión, el portador se eliminará de la unión por el potencial incorporado de la región de agotamiento.

¿Cómo funciona un fotodiodo?

Principio de funcionamiento del fotodiodo:

Un fotodiodo es una unión pn o una configuración de PIN. Si un fotón golpea el diodo, produce el electrón y un agujero cargado positivamente. Cuando ocurre alguna absorción en el área de agotamiento de la unión, estos portadores han quedado atrapados en la unión del área incorporada de esta región de agotamiento que creó una fotocorriente.

Los fotodiodos se utilizan ampliamente con sesgo inverso o sin sesgo. La luz o el fotón pueden conducir una corriente a través de este circuito, lo que da lugar a la polarización directa, que posteriormente causa una 'corriente oscura' desde la dirección inversa a la fotocorriente. Esto se conoce como efecto natural y puede ser la base del diseño de células solares. Un panel solar es solo una combinación de múltiples fotodiodos efectivos.

El sesgo inverso produce una corriente menor en una dirección exactamente idéntica. Aparte de eso, el fotodiodo exhibe menos ruido.

Fotodiodos de avalancha tiene un arreglo previo similar, pero normalmente se opera con una mayor polarización inversa. Esto permite que cada uno de los proveedores generados por fotografías se multiplique con un desglose de avalancha, lo que lleva a los efectos internos del fotodiodo y mejora la capacidad de respuesta general del dispositivo.

Materiales para un fotodiodo:

Material utilizado en fotodiodo:

  • Silicio
  • Germanio
  • Sulfuro de plomo

La materiales utilizado para la construcción de fotodiodos es importante para describir sus propiedades porque solo los fotones con la energía adecuada pueden excitar electrones en banda prohibida y producir fotocorrientes sustanciales.

Es importante recordar que los fotodiodos basados ​​en silicio tienen una mayor banda prohibida y debido a esto es capaz de producir menos ruido que los fotodiodos basados ​​en germanio.

Como transistores y los circuitos integrados también están preparados con material semiconductor y comprenden uniones pn, pueden actuar como un fotodiodo. Esto no es lo aceptado, una carcasa opaca es obligatoria para eliminar este efecto. Aunque estos no son completamente opacos a las radiaciones de alta energía, aún pueden causar que los circuitos integrados funcionen mal por la fotocorriente inducida.

Aplicaciones de un fotodiodo:

  • Los fotodiodos se utilizan en electrónica de consumo, es decir, reproductores de CD, detectores de humo y fuego, controles remotos, iluminación, etc.
  • Estos también se emplean en diversas aplicaciones médicas, detectores y física de alta energía, etc.

Ventajas y desventajas de un fotodiodo:

VENTAJAS

  • Ruido bajo
  • Bajo costo
  • Compacto y ligero.
  • Larga vida
  • No se requiere alto voltaje.
  • Alta eficiencia cuántica.

DESVENTAJAS-

  • Área pequeña
  • Sin ganancia interna
  • Sensibilidad mucho menor
  • El tiempo de respuesta es más lento.

¿Cuáles son las características de un fotodiodo?

Hay dos tipos de características de fotodiodo.

  • Características eléctricas
  • Características ópticas

Características eléctricas del fotodiodo:

Operación de fotodiodo
Circuito equivalente de fotodiodo de silicio, crédito de imagen - Kennlinie_Fotodiodo_1.png: Gregorio Hess (Ghe42) obra derivada: Científico de materiales (hablar), Operación de fotodiodoCC BY-SA 3.0

RESISTENCIA AL DESVÍO, RSH

Resistencia a la derivación (RSH) se utiliza para estimar el ruido térmico cuando no se aplica polarización inversa. Es la relación de voltaje a corriente.

Se calcula a partir de la pendiente de la curva VI del fotodiodo en el origen.

RESISTENCIA EN SERIE

La resistencia en serie viene dada por Rs y proviene de las resistencias del silicio. La expresión viene dada por la siguiente ecuación:

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CAPACITANCIA DE UNIÓN, (Cj)

Capacitancia de unión (Cj) es la capacitancia del diodo con una polarización inversa determinada.

La capacitancia de la unión es proporcional al área de difusión e inversamente proporcional al ancho del área de agotamiento.

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TIEMPO DE LEVANTAMIENTO Y CAÍDAr , tf )

El tiempo necesario para llegar al noventa por ciento desde el diez por ciento se conoce como tiempo de subida y el tiempo necesario para bajar del noventa por ciento al diez por ciento se conoce como tiempo de caída. Este parámetro se expresa comúnmente en respuesta de frecuencia de decaimiento de 3dB como sigue.

                                tr= 0.35 / f3dB

TENSIÓN DE ROTURA (VBR)

es el maximo negativo voltaje que se puede aplicar al diodo terminal.

POTENCIA EQUIVALENTE DE RUIDO (NEP)

La intensidad del fotón es un requisito previo para equivaler el ruido con una polarización inversa especificada. Es una medida de NEP.

TIEMPO DE RESPUESTA (tr)

Se define por el tiempo requerido para que un diodo responda a una entrada escalonada a la luz en un modo de operación de polarización inversa especificado.

Corriente de cortocircuito (ISC):

Con la diodo pines en cortocircuito, la corriente que fluye a una intensidad de luz dada.

Características ópticas del fotodiodo:

Fotodiodo de silicio de respuesta
Crédito de la imagen: kaimartinFotodiodo de silicio de respuestaCC BY-SA 3.0

EFICIENCIA CUÁNTICA, QE

QE se reconoce ampliamente como el porcentaje de fotones incidentes que contribuyen a la fotocorriente.

                               QE=R obs/R Id (100%)

RESPONSIVIDAD, R

La capacidad de respuesta de un fotodiodo de silicio es la medida de la sensibilidad a la luz. Viene dada por la relación de Ip a la potencia de la luz (P) que se aproxima para la longitud de onda dada.

                              R = yoP/P en una longitud de onda específica

NO UNIFORMIDAD

Está bien definido como las variaciones de capacidad de respuesta observadas sobre el área de la superficie del fotodiodo activo con puntos de luz triviales.

NO LINEALIDAD

Una característica de fotodiodo de silicio es de naturaleza lineal, aunque un cambio menor en la corriente regula la linealidad de la fotocorriente.

Ruidos en un fotodiodo:

En un fotodiodo se introducen dos tipos de ruidos; son

  • Disparo
  • Ruido Johnson.

Disparo

Se expresa mediante la siguiente ecuación.

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Ruido térmico o ruido Johnson

El fotodetector puede producir ruido de Johnson debido a la generación térmica de portadora. La magnitud de este ruido de corriente generado es:

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Por lo tanto, el ruido total es,

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Explique los mecanismos de avalancha y zener:

La ruptura por avalancha ocurre solo en los voltajes más altos. Suponga que el campo eléctrico (E) en la región de transición es enorme. Entonces, un e entrante desde el lado P puede acelerarse con energía cinética para chocar con la red y producir ionización. Las interacciones crearán una multiplicación de portadores; el electrón original y el electrón generado son barridos hacia el lado N, y el hueco creado es volcado hacia el P. Este proceso es una avalancha ya que cada portador entrante puede iniciar la gran cantidad de portadores.

El efecto Zener ocurre una vez que se produce un túnel de electrones desde la banda de cenefa del lado P a la banda de conducción del lado N, lo que puede causar un flujo de corriente inverso desde el terminal N al P. Las inevitabilidades básicas de la corriente de túnel son una gran cantidad de electrones que se desprenden de una cantidad sustancial de estado desocupado por una barrera de hojalata. Dado que la probabilidad de tunelización se rige por el ancho de la barrera, el dopaje debe ser elevado.

Compare entre fototransistor y fotodiodo:

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