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ÓTEMA 3. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Y OPTOELECTRÓNICOS
3.1. Diodos semiconductores
3.2. Transistor bipolar
3.3. Transistor MOSFET
3.4. Diodos emisores de luz y diodos láser3.4. Diodos emisores de luz y diodos láser
3.5. Dispositivos fotodetectores
3.1. Diodos semiconductores: Unión PN
VUnión PN
Conceptos generales
V
V
I
P N
V
I
Es el dispositivo más sencillo y básico. Consiste en un semiconductor con dos zonas de distinta impurificación:zonas de distinta impurificación:- Un lado dopado con impurezas aceptadoras (Tipo P).- El otro con impurezas donadoras (Tipo N).
Tiene dos terminales externos (metales) para aplicar tensiones (diferencia de tensión V entre el lado P y el N) y que fluya la corriente I (del lado P al N).y ) y q y ( )
Si la tensión aplicada entre terminales V=0 La unión está en equilibrio
Si la tensión aplicada entre terminales es diferente de cero Diodo polarizadoSi la tensión V>0 Polarización directa (I >0)Si la tensión V<0 Polarización inversa (I <0)Si la tensión V<0 Polarización inversa (I <0)
Unión PN en equilibrio
NP En el SC tipo P existen muchos huecos y pocos electrones, y en el SC tipo N hay
h l t hmuchos electrones y pocos huecos.
– A temperatura ambiente, los huecos de la zona P pasan por difusión hacia la
300 K
zona N y los electrones de la zona N pasan a la zona P.
– La difusión deja el lado P cargado
Idn
IapIdp
Ian
negativamente y el lado N cargado positivamente (en torno a la unión).
– Debido a estas zonas cargadas aparece
V0E
un campo eléctrico que origina corrientes de arrastre que compensan las de difusión Dando lugar a corriente total nula.
X X
corriente total nula.
– En equilibrio I = In + Ip =0
Xp Xn
pp0 NA nn0 ND
np0 pn0
Perfil de las concentraciones de portadores de carga
Xp Xn
Unión PN polarizada
P NDifusión de huecos
Equilibrio: difusión = arrastre I = 0de huecos
Difusión de electrones
Carga neta
Directa: VPN > 0: disminuye el campo de equilibriodifusión > arrastre I que crece con V
E
Arrastre de electrones
Arrastrede huecos Inversa: VPN < 0: aumenta el campo de equilibrio
difusión < arrastre I independiente de V x
de electrones p
En polarización Directa:– El potencial externo aplicado se opone al campo
eléctrico que limita la difusión Disminuye el efecto del arrastre y favorece la difusión de portadores V > 0
I
del arrastre y favorece la difusión de portadores.• Electrones del lado N al P• Huecos del lado P al N• El resultado es una corriente neta elevada
P N
originada por el movimiento de los portadores mayoritarios hacia donde son minoritarios, que aumenta con la tensión aplicada
En polarización Inversa: – El potencial externo refuerza el campo eléctrico de
arrastre. Las componentes de difusión son P NV < 0
pprácticamente nulas. Dominan las componentes de arrastre (trasladan los minoritarios al otro lado):
• Electrones del lado P al NH d l l d N l P
P N
I0x
• Huecos del lado N al P• Son corrientes muy pequeñas, que pueden
considerarse despreciables e independientes de la tensión aplicada
Característica I-V del diodo ideal
Se puede encontrar que la relación entre la corriente I que circula por la unión PN y la tensión externa V que se aplica es del tipo:
eTkV B
T VT(300 K) = 25.85 mV
kB (cte de Boltzmann) = 1.38·10-23 JK-1
11 00
TKeV
VV
BT eIeII V : denominado potencial térmico
11 00 eIeII
I0: Corriente inversa de saturación (pocos nA)
VT : denominado potencial térmico
– En polarización directa: V>0 podemos admitir que la exponencial es mucho mayor que 1
I
– En polarización inversa: V<0 podemos d i l i l f t l 1 V
I0
despreciar la exponencial frente al 1
Característica I-V del diodo ideal 0II Inversa Directa
Característica I-V del diodo real
La característica I-V de un diodo real es ligeramente diferente:ligeramente diferente:
- En directa existe un voltaje umbral, V , que es l l i ió í i h li
Ila polarización mínima que hay que aplicar para que la unión conduzca Característica desplazada hacia la derecha.
VVR- Para polarizaciones muy elevadas en inversa
(próximas a –VR, tensión de ruptura, de decenas de V) la corriente se hace muy
VInversa Directa
R
elevada. Ruptura de la uniónPotencia disipada muy elevada (riesgo de que l di iti )
Característica I-V del diodo real
el dispositivo se queme)
Modelos para la característica I-V del diodo
II)0con ,cualquiera ( 00)0con ,cualquiera ( 0
DDD
DDD
VIrVIVRV
)con ,cualquiera ( 0)0con ,cualquiera (
VVIrVVIVRVV
DDD
DDD
I
Tensión umbral
I
Ideal
+
-VD
V
VV
)/(0)0con ,cualquiera ( 0 DDD
VIVIVRV
DDD
IVVVVIVVIVRVV
/)()0con ,cualquiera (
II
)/( 0 dDDdD rVIrV dDDdDDdD rIVVrVVIrVV /)(
+V
rdrd
Tensión umbral yresistencia directaResistencia directa -
VDVrd
VV
Diodo Zener
Si la tensión de polarización inversa VR a la que se produce el fenómeno de rupturala que se produce el fenómeno de ruptura es pequeña (en módulo) hablamos del diodo Zener.
El diodo Zener puede trabajar en la
Tensión Zener
I
El diodo Zener puede trabajar en la región de ruptura: para una tensión inversa dada, llamada tensión Zener, VZ, ésta se mantiene constante aunque la V
Vz
corriente varíe.
Se utiliza como elemento protector o como referencia de tensiones
V
En polarización directa funciona como un diodo normal.
Su símbolo circuital: Figura extraída de www.FFI-UPV.esSu símbolo circuital:
3.2. Transistor bipolar
Semiconductor con tres regiones dopadas alternativamente en cada una de
Conceptos básicos
Semiconductor con tres regiones dopadas alternativamente, en cada una de las cuales se establece un contacto metálico. Existen dos tipos:
Emisor ColectorBase
P PN
Emisor ColectorBase
PN NE C E C
E C E C
IE IC
B BI > 0 si entraI < 0 si sale
B B
C
IB0 BCE III
ECCE
EBBE
VVVVVV
Idea de funcionamiento: controlar la corriente de colector (emisor)Idea de funcionamiento: controlar la corriente de colector (emisor) mediante una pequeña corriente de base
Regiones de funcionamiento
Región activa directa: unión BE en directa unión CB en inversaRegión activa directa: unión BE en directa, unión CB en inversa
Región de corte: ambas uniones en inversa
Región de saturación: ambas uniones en directaRegión de saturación: ambas uniones en directa
Región activa directa
IC >0
+
NPNIC <0
-
PNP
CP N
VCE>0
IB >0
+B
C
VCE<0
IB <0
-B
C
N P
VBE>0IE <0
-
EVBE<0IE >0
+
EP N
F : factor de ganancia en corrienteBFCFBFC IIII 0)1(
Indica que la corriente de colector F : 150-200 en transistores comercialesIndica que la corriente de colector es proporcional a la de base
F 50 00 e t a s sto es co e c a es
Características de salida Transistor NPN
IB = 80 µA Región de saturación
Región activaI C( m
A)
B µ
IB = 60 µA
Región de corteIB = 40 µA
I = 20 µA
IB = 0 µA
IB = 20 µA
Figura extraída de www.FFI-UPV.es
VCE (V)
0)1( CFC II
Región de saturación:Uniones emisora y colectora en directa (VBE > 0, VCB < 0) 0CEV
II IIIC la determina el circuito en que esté el transistor maxCBF II maxCC II
Región de corte:Uniones emisora y colectora en inversa (V < 0 V > 0) 0IUniones emisora y colectora en inversa (VBE < 0, VCB > 0)
VCE la determina el circuito en que esté el transistor
0CI
Punto de operación estacionario del BJT en un circuito
Cuando un transistor opera dentro de un circuito se ha de establecer su punto de operación Se dice que el transistor se polariza
El conjunto de fuentes de tensión y resistencias utilizadas para fijar el punto de operación se denomina RED DE POLARIZACIÓNse denomina RED DE POLARIZACIÓN
Para determinar el punto de operación (IC, IB, VCE, VBE), se deben cumplir:– Las características de salida del transistor– Las ecuaciones de las mallas del circuito en que se encuentreLas ecuaciones de las mallas del circuito en que se encuentre
V = V + I RR 1 k= 100VBE 0,7 V
VBB= VBE + IB RB
A25,8116000
7,02
B
BEBBB R
VVI
RC =1 k
RB=16 kI
V V + I R
Ic = IB = 8,125 mA
VBE VCC=10 V
VBB = 2 VVCE
IC
IB Línea de cargaVCC=VCE+ IC RCBE VCC 10 VB
VCE = VCC - IC RC =
10 - 8,125 = 1,875 V
Línea de carga
Figura extraída de www.FFI-UPV.es
Transistor npn
12.5
10.0
IC(mA)
IB=50A
IB=60A
IB=70A VCC=10V
p
5 0
10.0
7.5IB=30A
IB=40A
B RC=1K R1=475KIC
BC
5.0
2.5 IB=10A
IB=20A IB E
VBE 0,5 V
VCE(V) 0 20 15 10 5
Recta de carga
10 1( ) ( ) ( )CC C C CE
C CE
V R I VV K I mA V V
Cortes con los ejes:
V 100
mA 100
CCCEC
C
CCCCE
VVIR
VIV
1CC B BEV R I V
Corriente de base
120CC BE
BV V
I AR
12.5
IC(mA)
IB=60A
IB=70A
10.0
7.5IB=30A
IB=40A
IB=50A
5.0
2.5 IB=10A
IB=20APunto de operación estacionario
IC
VCE(V) 0 20 15 10 5
20BI A 170 CF
I
3.40CI mA
6.6CEV V
0.5BEV V
B
F I
)()();()( tiItItiItI
Circuito equivalente de pequeña señal y baja frecuencia
)()( );()( 00 tiItItiItI bBBcCC
)()( );()( 00 tvVtVtvVtV beBEBEceCECE
El circuito equivalente establece relaciones entre las corrientes y tensiones variables en el
Operación típica del transistor:
Pequeña señal: relaciones linealesib ic B C
El circuito equivalente establece relaciones entre las corrientes y tensiones variables en el tiempo (ic , ib , vce , vbe) superpuestas al punto de operación estacionario (IC0 , IB0 , VCE0 , VBE0)
Pequeña señal: relaciones lineales
hie vce vbe hfeib
hie ó r impedancia de entrada ~ 200-400
E
bfecbiebe ihiihv ;
ie p
hfe ó F ganancia en corriente ~ 150-200
Dependen del punto de operación estacionario
sólo válido en la región activa
ib icB C
sólo válido en la región activa(comportamiento lineal)r vcevbe Fib
E
bFcbbe iiirv ;
BJT en aplicaciones analógicas: Amplificador
Cuando usemos el BJT en un circuito como amplificador sustituiremos su símbolo por el circuito equivalente y analizaremos el circuito resultantesímbolo por el circuito equivalente y analizaremos el circuito resultante
Circuito equivalente de pequeña señal:CCV
)(tIC
BR
CR
B
B)(tvi
BR CR
ci
bev
bi CC +
BBV
)(tvi
)(tVBE
)(tVCE)(tIBπr
bF i
EE vce
BBV
r y F (ganancia) son los parámetros del circuitoFigura extraída de Microelectronic Circuits, Sedra/Smith, Ed. Oxford University Press
3.3. Transistor MOSFET(transistor de efecto de campo metal óxido semiconductor)(transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor)
Conceptos básicos
VG
Unión metal-óxido-semiconductor (MOS)
0GI
Metal
Oxido (aislante)
VG
Acumulación: mismo tipo de portadores que el scVaciamiento: sin portadores libres
GSegún la tensión VG:
Semiconductor
Vaciamiento: sin portadores libresInversión: portadores del tipo contrario a los del sc
La conductividad del semiconductor debajo del óxido es modulada por la tensión de puerta VG
DS G DS GMetal
Tipos de MOSFET
DS G DS GÓxido
S i d t
p nSemiconductor
Metal
n+n+ p+ p+
Metal
Canal N(sustrato P)
Canal P(sustrato N)
F d
Figura extraída de www.FFI-UPV.es
Formado por:- Una placa de metal y un semiconductor separados por una zona de óxido del semiconductor (por ejemplo SiO2), que actúa como aislante.
D i d d d ti t i l i d t f l b t t- Dos regiones muy dopadas de tipo contrario al semiconductor que forma el substrato.- Electrodos:
- Puerta (G, Gate), que se conecta a la placa metálica. La corriente en la puerta es nulaFuente (S Source) y drenador (D Drain) ambos simétricos conectados a las zonas muy dopadas- Fuente (S, Source) y drenador (D, Drain), ambos simétricos, conectados a las zonas muy dopadas
- A veces existe un cuarto electrodo de sustrato (B, suBstrate) en el metal inferior
Idea de funcionamiento: controlar la corriente que fluye entre fuente y drenadorIdea de funcionamiento: controlar la corriente que fluye entre fuente y drenador mediante la tensión aplicada a la puerta
(para que haya corriente entre fuente y drenador ha de haber capa de inversión bajo el óxido)
Tensiones y corrientes
S D G
MOSFET canal N (sustrato P)Puerta o rejilla
SiO2
Drenador Fuente N+ N+
0DSV
0GI
E
0BSV
SustratoSi tipo P
0DSV
0DI
E
B
MOSFET canal P (sustrato N)Puerta o rejilla
SiO2
S D G
P+ P+ 0I 0V
Puerta o rejilla
Drenador Fuente
Sustrato
P P
0DSV
0I
0GI
E
0BSV
SustratoSi tipo N
B
0DI
Características de salida
ID(mA)
S ióNoVGS=1V
25
20
Saturación NoSaturación
VGS=0.5V
VGS=0V 10
15VGS=0.25V
VGS=-0.25V
VGS=-0.5V
5
VDS(V) 0 8 6 4 2
En saturación:
GSD VcteI de edependient ,
Tensión umbral
V : tensión de puerta a partir de la cual hay capa de inversión (el transistor conduce)VT: tensión de puerta a partir de la cual hay capa de inversión (el transistor conduce)
Canal N: conducen para TGS VV Canal P: conducen para TGS VV
Existe un potencial de puerta mínimo queCaracterística de transferencia
Ejemplo: canal N
Existe un potencial de puerta mínimo que debe superarse para que la corriente de drenador sea distinta de cero:
– Por debajo del valor umbral (VGS<VT) no hay electrones en el canal no hay conducción no hay corriente. ID=0.
– Para valores de VGS>VT aparece la capa de inversión (electrones) es posible la
VT : valor para el que comienza a haber una corriente de drenador no nula
conducción entre fuente y drenador
corriente de drenador no nula
N h d i ió ( 0 li 0) MOSFET d l
Clasificación de MOSFETS y símbolos circuitales
0GSVNo hay capa de inversión (ID=0 aunque se aplique VDS≠0) MOSFET de realce
Hay capa de inversión (hay ID al aplicar VDS≠0) MOSFET de vaciamiento
Tipo Símbolos Características de salida
Características de transferencia
Canal ND ID + IDD
Condición para conducción
Potencialumbral
Canal NEnriquecimiento
Norm. OFF Realce
G
S
B
VDS
VGS
+ - +
VGS
VT
G
S
TGS VV
0TV
Canal NEmpobrecimiento
Norm. ON Vaciamiento
G
D
S
B
V
VGS=0
ID +
+ +-
ID
VGS G
D
S
TGS VV
0TV
Canal PEnriquecimiento
Norm. OFF R l
G
D
B
VDS +
-VGS
VDS +- ID
VGS
VT
+
G
D
0TVRealce
Canal PEmpobrecimiento
S
D
B
ID -VDS
V =0
- +- ID
V
S
D
TGS VV
T
Norm. ON Vaciamiento
G
S
B VGS=0
- ID
VGSG
S0TV
Comparación características de salida BJT / MOSFET
En la forma las características de los MOSFETs son análogas a las de los BJTs.– Eje x
• BJT: tensión entre emisor y colector (VCE)– Eje y
• BJT: corriente de colector (IC)y ( CE)• MOSFET: tensión entre fuente y drenador (VDS)
Sin embargo, la diferencia está en el tercer terminal o terminal de control:
( C)• MOSFET: corriente de drenador (ID)
– BJT: controla la corriente de base IB– MOSFET: controla la tensión de puerta VGS
MOSFET
mA)
IB = 80 µA
BJT MOSFET
IB = 40 µA
I C( m
IB = 60 µA
IB = 0 µA
IB = 20 µA
VCE (V)
Figura extraída de www.FFI-UPV.es
Igual que ocurre con el BJT, debemos polarizar el MOSFET para tener entre sus terminales
Punto de operación estacionario del MOSFET en un circuitoIgual que ocurre con el BJT, debemos polarizar el MOSFET para tener entre sus terminales unas diferencias de potencial y unas corrientes determinadas Para determinar el punto de operación (ID, VGS, VDS), se deben cumplir:
– Las características de salida– Las ecuaciones de las mallas del circuito en que se encuentre
8V ID(mA)
VDD
R2=
RD=400
V 0 5V
VGS=1V 25
20
Saturación No Saturación
ID2
62K VGS=0.5V
VGS=0V 10
15VGS=0.25V
ID
GS
D
R1= 2K
VDS(V) 0
VGS=-0.25V
VGS=-0.5V
5
8 6 4 2
S
11 2
8 0.25G GSVV V R V
R R
8 0.4( ) ( ) ( )D D DS D DSV R I V K I mA V V recta de carga Cortes con los ejes:
mA 200D
DDDDS R
VIVtensión de puerta (divisor de tensión)
3.4DSV V
11.5DI mA
V80 DDDSD VVI
Circuito equivalente de pequeña señal y baja frecuencia
)()( II )()( 0 tiItI dDD
)()( );()( 00 tvVtVtvVtV gsGSGSdsDSDS Operación típica del transistor:
ii
El circuito equivalente establece relaciones entre las corrientes y tensiones variables en el tiempo (id , vds , vgs) superpuestas al punto de operación estacionario (ID0 , VDS0 , VGS0)
G D
idig
gmvgsvgs vds sólo válido
en la región de saturación(comportamiento lineal)
S
( p )
0 ggsmd ivgi
gm transconductancia
Depende del punto de operación estacionario
MOSFET en aplicaciones analógicas: Amplificador
Cuando usemos el MOSFET en un circuito como amplificador sustituiremos su símbolo por el circuito equivalente y analizaremos el circuito resultantesu símbolo por el circuito equivalente y analizaremos el circuito resultante
Circuito equivalente de pequeña señal:
DRR
DDV)(tI D
G D
di
gsvDR
gsvgmG
D )(tvi
dsv
GGV)(tvi )(tVGS
)(tVDS SS
Figura extraída de Microelectronic Circuits, Sedra/Smith, Ed. Oxford University Press
3.4. Diodos emisores de luz y diodos láser
Su funcionamiento se basa en el fenómeno de la V > 0
Diodo emisor de luz (LED). Conceptos básicos
electroluminiscencia. En una unión PN, en polarización directa:
– Aumenta la difusión de portadores (desde donde son mayoritarios hacia donde son minoritarios)
P N
mayoritarios hacia donde son minoritarios).– En torno a la unión aparecen unos excesos de
portadores que serán mayores cuanto más polarización directa se aplique.
Recombinación emisión
El d t d d l
fotón h =Eg
electrón-BC
Eg
– El exceso de portadores va a dar lugar a PROCESOS DE RECOMBINACIÓN:
• Tiene lugar una pérdida de energía de los electrones (al pasar de la BC a la BV) que g
hueco +BV
electrones (al pasar de la BC a la BV) que origina la emisión de radiación: fotones de energía: h =GAP
• El color de la luz del LED lo marca el GAP d l i d tGAP del semiconductor. Este proceso se denomina
electroluminiscencia(los excesos de portadores los
origina un campo eléctrico)
Figura extraída de http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/opto1.htm
Luego un LED es un dispositivo que consume
El LED se asemeja a un diodo normal, pero
Luego un LED es un dispositivo que consume energía eléctrica y nos devuelve radiación electromagnética
El LED se asemeja a un diodo normal, pero con importantes diferencias:
- Un empaquetado transparente que permite que la energía (luz en el espectro del visible o el IR) pase a su través- Área de la unión PN muy grande
E t l t étiEspectro electromagnéticoFigura extraída de www.stefanofenzo.com
Color de la luz de un LED
Semiconductores habituales: Ge, Si, GaAs(en el infrarrojo, con múltiples aplicaciones)
visible comunicaciones
(m)0.4 0.7 1.6
cf
h ( V)
UV NIR MIR
fh
f
h (eV)3 1.6 0.8 fhGaPSiC GaAs Si Ge
Eg (eV)GaN
Eg (eV)
Para poder crear dispositivos en el rango del visible ha sido necesario “fabricar” semiconductores con gaps elevadosfabricar semiconductores con gaps elevados.
LEDs blancos: - Mezclar luz de LEDs con diferentes colores (azul+verde+rojo)- LED de InGaN (azul) + capa de fósforo (genera verde y rojo)LED de InGaN (azul) capa de fósforo (genera verde y rojo)
mucho menor consumo que bombillas convencionales, apenas se calientan, mayor duración
Aplicaciones de los LED
Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores (hoy por hoy su uso se ha generalizado en general para aplicaciones de control remoto).También como fuentes de luz para aplicaciones de comunicaciones en fibra óptica
Los LEDs con luz en el visible se emplean con profusión como:- Indicadores de estado (encendido/apagado)
- Dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.)
P l i f ti ( l d l d d l NASDAQ- Paneles informativos (el mayor del mundo, del NASDAQ,
36,6 metros de altura y está en Times Square, Manhattan).
Imágenes extraídas de www.wikipedia.org
- Retroiluminación de pantallas de teléfonos móviles y televisores (en lugar de la luz fluorescente de los LCD)fluorescente de los LCD)
- Displays de calculadoras: displays de 7 segmentos
Figuras extraídas de www.wikipedia.org
Diferentes formatos de displays LEDs para aplicaciones numéricas y alfanuméricas (a): Aplicación numérica de 7
barras, (b): matriz numérica, (c): alfanumérica de 14 barras; (d): matriz 5 × 7 alfanuméricabarras; (d): matriz 5 7 alfanumérica
- Iluminación: vehículos, linternas, viviendas, etc.
Diodo láser semiconductor(Light Amplification by Estimulated Emission of Radiation)
Se trata de nuevo de una unión PN polarizada en directa (típicamente fabricada en una heteroestructura semiconductora) que genera luz (por recombinación de electrones de
(Light Amplification by Estimulated Emission of Radiation)
) q g (pBC a BV) con características especiales:
- Monocromática (todos los fotones de la misma frecuencia)C h t (t d l f t l i f )- Coherente (todos los fotones con la misma fase)
- De alta direccionalidad- De amplitud fácilmente modulable
Imagen extraída de www.wikipedia.org
La luz se genera en una “cavidad” con gran densidad de fotones que estimulan nuevos d bi ió i á f ( f l i )procesos de recombinación que emiten más fotones (en fase con los anteriores)
Aplicaciones (ligadas a comunicaciones/informática)
Un haz láser altamente coherente puede ser enfocado en unos pocos nanómetros.Esta propiedad permite al láser ser utilizado en aplicaciones que requieran gran resolución espacial:
- Comunicaciones de datos por fibra óptica- Lectores y grabadores de CDs, DVDs, Blu-rays - Interconexiones ópticas entre circuitos integradosp g- Impresoras láser- Escáneres o digitalizadores- SensoresSensores
Imagen extraída de www.dtvgroup.com
3.5. Dispositivos fotodetectores Fotodetector básico (b d l f t d ti id d) Fotodetector básico (basado en la fotoconductividad)
Si tenemos el semiconductor sometido a un campo eléctrico E
IIEAEAEAI L 00
permite detectar la iluminación y su intensidadpermite detectar la iluminación y su intensidad
fotodetector (básico)
Fotodispositivos
Dispositivos que aprovechan los cambios que tienen lugar en sus características p q p q gcorriente-tensión en presencia de la radiación para detectar su intensidad
Existen: - FotodiodosFototransistores bipolares- Fototransistores bipolares
- Fototransistores MOSFET
FotodiodosUn fotodiodo pn es una unión pn en la que la corriente en inversa aumenta con el flujo de fotones incidente• Los fotones pueden ser absorbidos en toda la estructura (fotoconductores)• En las proximidades de la unión pn existe un campo eléctrico intenso• Este campo es capaz de separar los pares de portadores generados rápidamente, disminuyendo así la
probabilidad de que se produzcan recombinaciones que impidan la contribución a la fotocorriente.
Interesa entonces que el flujo de fotones incida en la zona próxima a la unión (o zona deInteresa entonces que el flujo de fotones incida en la zona próxima a la unión (o zona de transición) para conseguir la mayor eficiencia. Pero esa zona típicamente es muy estrecha.
++--
Símbolo circuital del fotodiodo
Esquema básico de del funcionamiento de un fotodiodo pnFigura extraída de http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/otros/infrarrojos/fotodetectores.htm
Se usan en el tercer cuadrante de las características I-VSe usan en el tercer cuadrante de las características I VLa construcción está orientada a lograr que la sensibilidad a la luz sea máxima– Para mejorar las prestaciones del fotodiodo pn, la idea más j p p
sencilla es aumentar el tamaño (el área) de la zona de transición.
– El semiconductor está expuesto a la luz a través de una b t d i t l f d l tcobertura de cristal, a veces en forma de lente.
– Por su diseño y construcción será especialmente sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja.
// /http://www.mecanicavirtual.org/can-most-bus.htm
Imagen extraída de http://www.centronic.co.uk
http://www.wikiciencia.org/electronica/semi/optoelectronica/index.php
S ñ ibl i t i
Características de los fotodiodosSon pequeños, sensibles y requieren poca potencia. Lo que define las propiedades de sensibilidad al espectro de un fotodiodo es el material semiconductor que se emplea en su construcción. – Silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1,1 µm) – Germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aproximadamente 1,7 µm)– De otros materiales semiconductores.
Silicio: 190–1100 nm
Germanio: 800–1700 nm Imagen extraída de www wikipedia org
Arseniuro de Galio Indio (InGaAs): 800–2600 nm www.wikipedia.org
http://agaudi.wordpress.com
Células solares (dispositivos fotovoltaicos)
Dispositivos que convierten radiación óptica en energía eléctricaPrincipio de funcionamiento similar a los fotodiodos (unión PN sometida a radiación), pero trabajando en el 4º cuadrante de las características I-V.Corriente + diferencia de potencial potencia
Vmp VOC
V
I
Imp
IL
Potencia de salidanegativa en el 4º cuadrante
http://www.wikiciencia.org/electronica/semi/optoelectronica/index.php
gproporciona potencia