Fotodiodos (tipos de fotodiodos, fotodiodo, simbolo del fotodiodo)
Operación y características de los fotodiodos:
Operación del fotodiodo: cuando una unión PN es opuesta, circula una pequeña corriente de saturación invertida debido a agujeros y electrones generados térmicamente a través de la unión como portadores de carga minoritarios.
El aumento en la temperatura de la unión genera más pares de electrones de agujeros y, por lo tanto, la corriente minoritaria (invertida) aumenta la corriente. El mismo efecto ocurre si la unión está encendida (ver Fig. 20-17).
Los pares de los electrones de los agujeros son generados por la energía incidente de la luz, y los portadores de carga minoritarios se barren a través de la unión para producir un flujo de flujo invertido.
El aumento en la iluminación de la unión aumenta el número de portadores de carga generados y, por lo tanto, aumenta el nivel de corriente invertido. Los diodos diseñados para ser sensibles a la iluminación se llaman fotodiodos.
Características:
Considere las características de iluminación típicas de los fotododos en la Figura 20-18. Cuando la unión está oscura, la corriente oscura (ID) parece ser cero. Como regla, la identificación es de aproximadamente 2 na. Un nivel de iluminación de 20 MW / cm2 produce una corriente invertida de aproximadamente 60 μA.
El aumento de la tensión inversa no aumenta significativamente IR. Por lo tanto, cada característica es aproximadamente una línea horizontal.
La Figura 20-19 muestra un circuito fotodiodo simple que usa un sesgo invertido de 2 V. (tenga en cuenta el símbolo del circuito del dispositivo). Al suponer que D1 tiene las características de la Figura 20-18, la corriente a un nivel de iluminación de 5 MW / cm2 es aproximadamente 13 μA. A 20 MW / cm2, la corriente de diodo es de alrededor de 60 μA.
La resistencia del dispositivo en cada nivel de iluminación se calcula fácilmente: (a 5 mW / cm2, r = 2 V / 13 μA = 154 kΩ), (a 20 mW / cm2, r = 2 V / 60 μA = 33 kΩ).
La resistencia cambió de un factor de aproximadamente 5 del bajo nivel de iluminación en un nivel alto, lo que demuestra que una operación de fotodiodo puede usarse como un dispositivo fotoconductor.
Cuando se elimina la tensión del sesgo opuesto a través de un fotodiodo, los portadores de carga minoritarios continúan siendo barridos a través de la unión mientras el diodo está encendido. Con un circuito externo conectado en los terminales de diodos, los portadores minoritarios regresan a sus lados originales.
Los electrones que han cruzado la unión J ahora fluirán a través del terminal RT y en el terminal P.
Esto significa que el dispositivo se comporta como una celda de tensión, el lado N es el terminal negativo y el lado P del terminal positivo, como se ilustra en la Figura 20-20.
De hecho, se puede medir una tensión en el terminal del fotodiodo, positivo en el lado P y negativo en el lado n. Por lo tanto, el fotodiodo es un dispositivo fotovoltaico, así como un dispositivo fotoconductor.
Las características de la Figura 20-18 muestran que cuando se enciende, el fotodiodo debe ser sesgado hacia adelante para reducir la corriente invertida a cero.
Cabe señalar que VR y VF tienen diferentes escalas sobre las características de los fotododides ilustrados en la Figura 20-18. No se puede dibujar una línea de carga CC que cruza las regiones delantera e inversa sobre estas características. Se deben usar escalas iguales para cada parte de las características para dibujar dicha línea de carga.
Especificación:
En la Figura 20-21 se ilustra una especificación parcial para una operación de fotodiodo típica. La corriente de luz (IT) se enumera como 10 μA a un nivel de iluminación de 5 MW / cm2 cuando el sesgo opuesto es 2 V. Esto a veces se define como una corriente de cortocircuito (ISC).
La corriente oscura (ID) se especifica como 2 NA como máximo cuando el voltaje inverso es de 20 V, y el voltaje terminal en el circuito abierto (VOC) se administra a 350 mV. Tenga en cuenta que el tiempo de respuesta típico (muy) de 2 ns para un fotodiodo es mucho más alto que el de una célula fotoconductora.
La sensibilidad (s) de los diodos es el cambio en la corriente de diodo producida por un cambio dado en la intensidad de la luz. La disipación de potencia, el voltaje de falla invertido y la onda de la onda de salida de la punta también se enumeran.
Construcción:
La Figura 20-22 (a) muestra el corte transversal de un diodo fotográfico difuso. Vemos que una capa delgada de P altamente dopada se encuentra en la parte superior donde está expuesta a la luz incidente. La región de agotamiento de la unión penetra profundamente en la capa de tipo N de tipo ligeramente dopada.
Esto está en contacto con una capa N muy baja que se conecta a un contacto de película de metal. Se proporciona un contacto en forma de anillo en la parte superior de la capa de tipo P.
Los fotodiodos de baja corriente (también llamados fotododides de señal) generalmente están contenidos en un cuadro de tipo Tipo con una lente en la parte superior, [ver Fig. 20-22 (b)]. También se usa la encapsulación plástica transparente, [Fig. 20-22 (c)].
Aplicaciones de Fotodiodo:
Los fotododios se pueden usar como dispositivos fotoconductores en el tipo de circuitos. También se pueden usar en los circuitos donde operan como dispositivos fotovoltaicos. La Figura 20-23 muestra las características de los fotododides típicos dibujados en el primer y segundo cuadrantes para más conveniencia.
Cuando el dispositivo se usa con voltaje inverso, funciona como un dispositivo fotoconductor. Cuando funcionan sin tensión inversa, funciona como un dispositivo fotovoltaico. En algunos circuitos, el fotodiodo puede cambiar entre el modo fotoconductor y el modo fotovoltaico.