| photodiode (Electronics - computer science, nuclear energy ) |
Fotodiodo.
(fotodiodo). Abreviatura de «diodo fotoconductivo». || (Véase PHOTOCONDUCTIVE DIODE).
El fotodiodo es un componente electrónico semiconductor que permite detectar luz y convertirla en una señal eléctrica. Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico interno, donde los fotones (partículas de luz) que inciden sobre la unión PN del diodo generan pares electrón-hueco, lo que da lugar a una corriente eléctrica.
En condiciones normales, el fotodiodo se polariza en inversa (la tensión se aplica de modo que no conduce corriente en ausencia de luz). Cuando no hay luz, la corriente que circula es muy baja (corriente de oscuridad). Pero al recibir luz, los fotones liberan electrones en la zona de agotamiento del diodo, y esta generación de portadores produce un aumento de la corriente inversa. Cuanta más intensidad lumínica incide sobre el fotodiodo, mayor será la corriente generada.
El fotodiodo es rápido, sensible y lineal, lo que lo hace ideal para aplicaciones donde se necesita precisión, como comunicaciones ópticas, equipos médicos, sensores de proximidad, y sistemas de control automático.
Existen varios tipos de fotodiodos:
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Fotodiodos PIN, con una capa intrínseca adicional para mejorar la sensibilidad.
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Fotodiodos avalancha, que operan a tensiones más altas y amplifican la señal generada internamente.
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Fotodiodos Schottky, de respuesta muy rápida, usados en frecuencias elevadas.
En sensores de presencia, el fotodiodo suele acompañar a un LED emisor. Si el haz de luz se interrumpe o refleja (dependiendo del tipo de sensor), la luz incide sobre el fotodiodo, generando una señal que indica la detección de un objeto.
Por su tamaño reducido, bajo consumo y gran precisión, el fotodiodo es uno de los elementos más utilizados en detección óptica moderna.
Figura : Parte superior: dos símbolos esquemáticos posibles para un sensor óptico de presencia, utilizando un fototransistor (izquierda) o un fotodiodo (derecha). Existen otras variantes posibles.
Parte inferior: el símbolo esquemático de un sensor de efecto Hall, comúnmente utilizado en un sensor magnético.
| N.º |
Configuración del símbolo |
Tipo de sensor / Sensor type |
Componente receptor / Receiver component |
Descripción / Description |
Aplicación común / Common application |
| 1 |
LED + Fototransistor (parte superior izquierda) |
Sensor óptico transmisivo o reflectivo
Transmissive or Reflective Optical Sensor
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Fototransistor
Phototransistor
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El LED emite luz, generalmente infrarroja, que es interrumpida o reflejada por un objeto. El fototransistor detecta la luz y produce una señal eléctrica.
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Contadores, detección de objetos, automatización
Counting, object detection, automation
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| 2 |
LED + Fotodiodo (parte superior derecha) |
Sensor óptico transmisivo o reflectivo
Transmissive or Reflective Optical Sensor
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Fotodiodo
Photodiode
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El fotodiodo convierte la luz recibida en una corriente eléctrica proporcional a su intensidad. Se utiliza cuando se requiere alta velocidad y sensibilidad.
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Sensores de precisión, control óptico
Precision sensors, optical control
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| 3 |
Módulo con 4 pines (parte inferior) |
Módulo de sensor electrónico
Sensor module
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Interno (variable según diseño)
Internal (varies by design)
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Representación genérica de un sensor con terminales para alimentación, tierra y dos salidas. Puede ser digital, analógico o de colector abierto.
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Montaje industrial, robótica, control de sistemas
Industrial mounting, robotics, system control
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Fotodiodo: funcionamiento, parámetros y modos de operación
Un fotodiodo (photodiode) es un diodo semiconductor cuya unión está expuesta a la luz. Para su funcionamiento típico se utiliza en polarización inversa (reverse-biased), conectando el terminal positivo al material tipo n y el negativo al material tipo p.
En estas condiciones se forma una región de agotamiento (depletion region) que normalmente no conduce. Sin embargo, cuando un fotón es absorbido, puede liberar un electrón, generando un par electrón-hueco. Estas cargas se desplazan bajo el campo eléctrico, produciendo una corriente proporcional a la luz incidente.
Corriente fotoeléctrica
La corriente generada depende de la cantidad de luz:
I ∝ Φ
donde Φ representa el flujo luminoso. Mientras no haya recombinación, la corriente es proporcional al número de fotones absorbidos.
Corriente oscura
Incluso sin luz, existe una pequeña corriente debida a efectos térmicos llamada corriente oscura (dark current). Esta corriente aumenta con la temperatura de forma aproximadamente exponencial:
Idark ∝ eT
Para obtener mediciones precisas, la corriente oscura debe ser mucho menor que la corriente generada por la luz.
Modos de operación
Modo fotoconductivo (photoconductive mode):
- Se aplica una tensión inversa constante
- Se mide la corriente generada por la luz
- Mayor velocidad de respuesta debido a menor capacitancia
- Mayor corriente oscura
Modo fotovoltaico (photovoltaic mode):
- No se aplica tensión externa significativa
- El fotodiodo genera una tensión al acumular carga
- Menor ruido
- Respuesta más lenta
Parámetros importantes
- Corriente fotoeléctrica (photocurrent): corriente generada por la luz
- Corriente oscura (dark current): corriente sin iluminación
- Tensión inversa (reverse bias voltage): tensión aplicada para mejorar respuesta
- Capacitancia (capacitance): afecta la velocidad del sensor
- Tiempo de respuesta (response time): velocidad de detección
Relaciones prácticas
Al aumentar la tensión inversa, se incrementa el espesor de la región de agotamiento, reduciendo la capacitancia y mejorando la velocidad:
C ↓ cuando VR ↑
Sin embargo, esto también incrementa la corriente oscura:
Idark ↑ cuando VR ↑
Aplicaciones
- Sensores de luz
- Comunicación óptica
- Medición de intensidad luminosa
- Celdas solares (modo fotovoltaico)
En resumen, el fotodiodo convierte la energía luminosa en corriente eléctrica mediante la generación de portadores en la unión semiconductor, siendo un dispositivo clave en sistemas optoelectrónicos.
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