Conteúdo do detector de foto diodo
Neste artigo, discutiremos sobre o detector de foto diodo da seguinte forma:
- Definição de fotodetector
- Tipos diferentes
- Diagrama de circuito
- Aplicações
- O que é um fotodiodo
- Características de um fotodiodo
- Princípio de funcionamento
- Fotodiodo de avalanche
- Diagrama de circuito
- Aplicações
- Vantagens desvantagens
- Fototransistor vs. fotodiodo
O que é um detector de fotos?
Definição de um detector de foto:
“Fotodetectores são elementos importantes, possuem a capacidade de transformar luz em sinais elétricos.”
"Fotodetectores são elementos importantes úteis no processamento de imagem, comunicação óptica, segurança e visão noturna e detecção de movimento. ”
Tipos de detectores de fotos:
Aplicações importantes de detectores de foto:
- Os fotodetectores podem ser empregados para propriedades como potência óptica e medições de fluxo luminoso.
- Eles são usados em vários tipos de sensores ópticos e projetos de microscópio.
- Os detectores de foto são essenciais para telêmetros a laser.
- Fotodetectores rápidos são comumente utilizados em comunicação de fibra óptica, metrologia de frequência, etc.
O que é um Photo Diode?
Definição de um fotodiodo:
“Um fotodiodo é basicamente um diodo de junção tipicamente pn."
Quando um fóton atinge o diodo, ele excita o elétron e gera um elétron móvel e um orifício de carga positiva. A absorção acontece na área de depleção da junção, o portador será removido da junção pelo potencial embutido na região de depleção.
Como funciona um fotodiodo?
Princípio de funcionamento do fotodiodo:
Um fotodiodo é uma junção pn ou uma configuração de PIN. Se um fóton atinge o diodo, ele produz o elétron e um orifício carregado positivamente. Quando ocorre alguma absorção na área de depleção da junção, esses portadores foram presos na junção da área interna desta região de depleção que criou uma fotocorrente.
Os fotodiodos são amplamente usados sob polarização inversa ou sem polarização. A luz ou fóton pode conduzir uma corrente através deste circuito, o que leva à polarização direta, que subsequentemente causa 'corrente escura' da direção reversa para a fotocorrente. Isso é conhecido como efeito natural e pode ser a base do design de células solares. Um painel solar é apenas uma combinação de vários fotodiodos eficazes.
A polarização reversa produz uma corrente menor ao longo da direção exatamente idêntica. Além disso, o fotodiodo exibe menos ruído.
Fotodiodos de avalanche tem um pré-arranjo semelhante, mas normalmente é operado com uma polarização reversa maior. Isso permite que cada provedor gerado por foto seja multiplicado com avalanche, levando aos efeitos internos do fotodiodo e melhorando a responsividade geral do dispositivo.
Materiais para fotodíodo:
Material usado no fotodiodo:
- Silício
- Germânio
- Sulfeto de Chumbo
A materiais utilizado para a construção do fotodiodo é importante para descrever suas propriedades, pois somente fótons com energia apropriada podem excitar elétrons em bandgap e serem capazes de produzir fotocorrentes substanciais.
É importante lembrar que os fotodiodos à base de silício possuem maior band-gap e por isso são capazes de produzir menos ruído do que os fotodiodos à base de germânio.
Como transistores e os CIs também são preparados por material semicondutor e compreendem junções pn, podendo atuar como um fotodiodo. Isso não é o aceito, uma carcaça opaca é obrigatória para remover esse efeito. Embora estes não sejam totalmente opacos para radiações de alta energia, ainda podem causar mau funcionamento dos CIs por fotocorrente induzida.
Aplicações de um Photo Diode:
- Os fotodiodos são usados em eletrônicos de consumo, ou seja, CD players, detectores de incêndio e fumaça, controles remotos, iluminação, etc.
- Eles também são empregados em várias aplicações médicas, detector e física de alta energia, etc.
Vantagens e desvantagens de um foto diodo:
VANTAGENS-
- Barulho baixo
- Baixo custo
- Compacto e leve.
- Longa vida
- Nenhuma alta tensão é necessária.
- Alta eficiência quântica.
DESVANTAGENS-
- Pequena área
- Sem ganho interno
- Sensibilidade muito menor
- O tempo de resposta é mais lento.
Quais são as características de um Photo Diode?
Existem dois tipos de características de fotodíodo
- Características elétricas
- Características ópticas
Características elétricas do fotodíodo:
RESISTÊNCIA A SHUNT, RSH
Resistência de Shunt (RSH) é usado para estimar o ruído térmico quando nenhuma polarização reversa é aplicada. É a relação entre tensão e corrente.
É calculado a partir da inclinação da curva VI do fotodiodo na origem.
RESISTÊNCIA EM SÉRIE
A resistência em série é dada por Rs e vem das resistências do silício. A expressão é dada pela seguinte equação -
CAPACITÂNCIA DE JUNÇÃO, (Cj)
Capacitância da junção (Cj) é a capacitância do diodo em uma determinada polarização reversa.
A capacitância da junção é proporcional à área de difusão e inversamente proporcional à largura da área de depleção.
TEMPO DE SUBIDA E QUEDA (tr , Tf )
O tempo necessário para atingir noventa por cento de dez por cento é conhecido como tempo de subida e o tempo necessário para cair de noventa por cento para dez por cento é conhecido como tempo de queda. Este parâmetro comumente expresso em resposta de frequência de decaimento de 3dB como segue.
tr= 0.35 / f3dB
TENSÃO DE DESCARGA (VBR)
É o máximo negativo tensão que pode ser aplicada ao diodo terminal.
POTÊNCIA EQUIVALENTE DE RUÍDO (NEP)
A intensidade do fóton é um pré-requisito para equivaler o ruído a uma polarização reversa especificada. É uma medida de NEP.
TEMPO DE RESPOSTA (tr)
É definido pelo tempo necessário para um diodo responder a uma entrada de degrau na luz em um modo de polarização reversa especificado de operação.
Corrente de curto-circuito (ISC):
Com o diodo pinos em curto, a corrente que flui em uma determinada intensidade de luz.
Características ópticas do fotodíodo:
EFICIÊNCIA QUÂNTICA, QE
QE é amplamente reconhecida como a porcentagem dos fótons incidentes que contribuem para a fotocorrente.
QE=R obs/R Id (% 100)
RESPONSIVIDADE, R
A responsividade de um fotodiodo de silício é a medição da sensibilidade à luz. É dado pela razão de Ip para a potência de luz vinda (P) para o comprimento de onda dado.
R = IP/P em comprimento de onda específico
NÃO UNIFORMIDADE
É bem definido como as variações de responsividade testemunhadas sobre a área de superfície do fotodiodo ativo com pontos triviais de luz.
NÃO-LINEARIDADE
Uma característica de fotodiodo de silício é linear por natureza, embora pequenas mudanças na corrente regulem a linearidade da fotocorrente.
Ruídos em um Photo Diode:
Em um fotodiodo, dois tipos de ruídos são introduzidos; eles são
- Barulho de tiro
- Johnson Ruído.
Barulho de tiro
É expresso pela seguinte equação.
Ruído térmico ou ruído Johnson
O fotodetector pode produzir ruído Johnson devido à geração térmica do portador. A magnitude deste ruído atual gerado é:
Portanto, o ruído total é,
Explique os mecanismos de avalanche e zener:
O colapso da avalanche ocorre apenas em tensões mais altas. Suponha que o campo elétrico (E) na região de transição seja enorme. Então, um e- vindo do lado P pode ser acelerado com energia cinética para colidir com a rede e produzir ionizacao. As interações criarão a multiplicação de portadores; o elétron original e o elétron gerado são varridos para o lado N, e o buraco de criação é desviado para o P. Este processo é Avalanche, pois cada portador de entrada pode iniciar o grande número de portadores.
O efeito Zener acontece quando o tunelamento de elétrons ocorre da banda de valência do lado P para a banda de condução do lado N, pode causar fluxo de corrente reversa do terminal N para o terminal P. As inevitabilidades básicas para a corrente de tunelamento são um grande número de elétrons que são destacados de uma quantidade substancial de estado desocupado por uma pequena barreira. Uma vez que a probabilidade de tunelamento é governada pela largura da barreira, o doping deve ser grande.
Compare entre foto transistor e foto diodo:
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Atualmente estou investido na área de Eletrônica e comunicação.
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