presentaciÓn fotodiodo

7/22/2019 PRESENTACIN FOTODIODO

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Fotodiodo.

Disposi t ivo semicon ducto r de unin PN fotosensib le .

Fabricado a base de Germanio (Ge) o Sil ic io (Si).

Funcio na con po lar izacin en in versa. (Vcc y Luz)

Cuando se apl ica a la un in PN luz de long itud de onda se

incrementa la ruptura de enlaces covalentes haciendo que

co rr iente Is aum ente de valor y flu ya a travs del dis po sit ivo.

Polarizado en directo el incremento de corriente es muy pequea(pA).

Posee una velocidad de conmutacin muy rpida mayor a lostransistores a causa de su bajo valor de corriente (nS).

Posee un lente convergente para concentrar la luz blanca en unpunto del material fotosensible.


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Fotodiodo de unin PN

++

+

P

Zona de

Incidencia

Estructura y simbolo


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Donde:IO = Corriente de oscuridadI = Corriente fotoelctricaC = Capacitancia de la juntura (polarizacin inversa) =30pfR = Resistencia de la juntura del fotodiodo = 50 M

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL FOTODIODO


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CARACTERSTICAS

Al aplicar polarizacin inversa sin luz presente, la corriente inversa(corriente de fuga) vara en proporcin al campo elctrico presente .

Cuando se aplica luz adecuada y se incida sobre la unin PN eninverso se producen Pares Hueco-Electrn que son desplegados a lo

largo de la unin por el campo elctrico. Polarizado el fotodiodo en inversa se comporta como una fuente decorriente constante hasta obtenerse una tensin de avalancha.(mximovoltaje aplicado)

La respuesta espectral y el tiempo de respuesta depende del rea derecoleccin y de la impurificacin del material.


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Curvas caractersticas del Diodo

H= intensidad de luz incidente H0H2IP = Flujo de corriente a travs del FotodiodoVA = cada de tensin a travs del fotodiodo


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La corriente fotoelctrica est dada por:

I = n qA

Donde:n = Revestimiento cuntico (Relacin entreportadora de

corriente y fotones incidentes)q = Carga del electrn (1.6x10-19 Coulomb) = Densidad de flujo del fotn (Fotones /seg

cm2)A = rea activa del fotodiodo (cm2)


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A oscuridad total, la corriente del fotodiodo polarizadoinversamente es la corriente de fuga inversa llamda corriente de

oscuridad, y cuando se ilumina dicha corriente toma valoresgrandes, donde la corriente total Ip del fotodiodo vale:

IP = IO +I

Donde:IO = Corriente de oscuridadI = Corriente fotoelctricaI >> IO IO Despreciable

Dependiendo de las propiedades del material el fotodiodoposee una sensibilidad mxima a una longitud de ondadada.


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Respuesta Espectral de un fotodiodo de Silicio y de un fotodiodo

de Germanio


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Desventajas.

La relacin entre la luz incidente y al seal de salida es nolineal.

La velocidad de respuesta, depende del grosor de la unin ysuele ser lenta.

Existe incremento de ruido debido a la corriente de fuga

Ventaja.

Bajo nivel de ruido debido a la ausencia de corriente de fuga.

El ruido se incrementa debido a la corriente de fuga


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La corriente inversa I continuara fluyendo en tanto que elhaz no sea interrumpido, si llegara a interrumpirse I, decae al nivelde corriente de oscuridad, y hace la alarma.

Empleo de un fotodiodo en un sistema de alarma

Aplicaciones con Fotodiodo.

Sistemas de alarmas.


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1.- Determine la energa asociada con los fotones de luz verde si la longitud

de onda es de 5000 , d su respuesta en Joules y en electrn volt para unfotodiodo.

EJERCICIOS

2.- La figura representa la respuesta espectral para el Si y el Ge,representado por el intervalo visible de 4000 A a 7500 A.Determine los limites superiores e inferiores de las frecuenciasasociadas con el espectro visible donde trabaja un fotodiodo.


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3.- la figura representa la respuesta espectral para el Si y el Ge,Determine los valores de frecuencia asociada con los limites

superiores e inferiores del espectro visible al cual trabajar unfotodiodo.


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4.- Determine la longitud de onda en micrones asociada conla respuesta relativa mxima para un fotodiodo de silicio.


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5.- El circuito indicado tiene los siguientes parametros.

Fotodiodos

ID = 10 n Amp en oscuridad

ID= 50 Amp en iluminacin tota

VD = 8 v tensin a travs del fotodiodo


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Transistor

VBE = 0.7 V; VCE = 0.3 v ; min = 80

Lmpara

IC = Orden de m Amp para 12 v

Determine:

a) IB requerida para asegurar que el transistor est

en saturacin.

b) El valor de la resistencia de base RX para asegurar la saturacindel transistor.


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Dispositivo de 2 uniones, 3 terminales y que amplificaseales pequeas.

o Opera en emisor comn

o Posee un cristal convergente, entre base colector, totalmentedelgado y transparente que concentra toda la energa fotonica

o Existen 2 tipos de fototransistores:

* 3 Terminales

modos.

Modo comn (polarizacin externa) Modo iluminacin (la unin Base-Colector `(polarizacin inversa) se

aplica la intensidad de la luz).

Fototransistor


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Estructura del fototransistor

* 2 Terminales


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Mayor sensibilidad que los fotodiodos.

Velocidad de conmutacin rpida.

La sensibilidad del dispositivo depende del rea derecoleccin (unin Base-Colector).

Presenta un rea de recoleccin de grande.

Caracteristicas


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La luz incide sobre la unin (Base-Colector) que esta enpolarizacin inversa, generando una corriente de base que esamplificada debido a la ganancia () del fototransistor.

La corriente se expresa por:Ie = (Ip + Ib ) ( + 1) donde

Donde:

Ip = Corriente generada por la incidencia del fotn.Ib = Corriente de base externa.Ie = Corriente de emisin. = Ganancia

Funcionamiento


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El fototransistor se usa con la base abierta (NC) y lacorriente de colector es controlada por la cantidad deiluminacin: si Ib = 0 Ip es la nica corriente en la base

(esta caracterstica da una mayor sensibilidad a cantidadesregulares de iluminacin).

El fototransistor puede ser descrito por un circuitoequivalente de fotodiodo-transistor, donde:

Fotodiodo : Proporciona Ip.Transistor : Ganancia o amplificacin


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Curvas Caractersticas

Relaciona Ic vs Vce

Curvas caractersticas del colector.


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Aplicaciones

Lectoras de tarjetas perforadoras. Circuitos mecnicos-electrnicos en computadoras. Indicadores de nivel. Relevadores. Sistema de conteos.

Nota: Se puede variar la sensibilidad del fototransistor;1.- Cuando se conecta una fuente externa a la base, se

aumenta la sensibilidad2.- Cuando no existe terminal de base este dispositivo tiene unasencibilidad constante.


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Fototransistor trabajando con bajos niveles de

iluminacin.

Aplicaciones de fototransistores con bajo nivel de iluminacin


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Fototiristores

Se refiere a los dispositivos de disparo fabricados de materialessemiconductores, presenta uniones PN fotosensibles.

Funcionamiento similar a un tiristor comn. Su activacin es mediante la incidencia de energa luminosa

sobre la zona sensible. A medida que aumentan las dimensiones del rea de

recoleccin aumenta la sensibilidad del dispositivo al cambiode intensidad del flujo luminoso. El Foto tiristor mas utilizado es el FotoSCR (SCR activado por

luz).


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LASCR (FOTOSCR)Es un rectificador controlado de silicio activado por energa

luminosa

SCR Activado por luz,


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La terminal de activacin es el Gate (compuerta).

El disparo del dispositivo es por:

Luz

Luz + seal externa de gate

Los valores nominales mximos de corriente (RMS) ypotencia de los fototiristores disponibles comercialmenteen la actualidad son aproximadamente 3 A y 0.1 W.


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Caractersticas de Disparo

Al aumentar la temperatura de la unin (Tj) produce unareduccin en la energa luminosa necesaria para activar eldispositivo.

El fototiristor es mas sensible a la luz cuando la terminalde compuerta se encuentra abierta.

La sensibilidad a diferentes cantidades de iluminacinpuede controlarse mediante la insercin de unaresistencia en la compuerta.

I di i


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Caractersticas de disparo

Irradiacin

mW/cm2

Temperatura de

Unin C


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Aplicaciones

Las reas de aplicacin de los fototiristores son:

Controles pticos luminosos.Relevadores.Control de fase.Control de motores.

Aplicaciones de disparo.


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Compuertas Lgicas con lascr

Compuerta AND.

De acuerdo a la tabla de verdad lasalida vale 1 cuando los 2 lascarestn iluminadas.

Compuerta AND activada por luz


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Compuerta OR

La iluminacin aplicada al

SCRI o al SCR2 producir el

voltaje de alimentacin que

aparece en la carga.

Fig. 2.25 (b) Compuerta OR activadapor energa luminosa


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Analoga Semiconductora de un Relevador Electromecnico.

El dispositivo ofrece un aislamiento completo entre la entrada y elelemento de conmutacin.

La corriente de entrada enciende al LED, ocasionando que el SCR sedispare produciendo un flujo de corriente a travs de la carga.

Relevador de seguro.


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El dispositivo se corta empleando interruptor de

restablecimiento S1.De la aplicacin anterior podemos concluir que el

acoplamiento ptico es atractivo debido a:

Larga vida de servicio.

Respuesta en microsegundos.

Dimensiones reducidas.

Eliminacin de rebotes en los contactos (Terminales).


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EJEMPLOS

Utilizando la Grafica determine la irradiacin mnima que serequiere para activar al dispositivo a temperatura ambiente (25).

Irradiacin

mW/cm2

Temperatura de

Unin C

Caractersticas de

disparo.


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Que reduccin porcentual en la irradiacin es permisiblesi la temperatura de la unin se incrementa de 0 OC a 100 OC.

Irradiacin

mW/cm2

Temperatura de

Unin C


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El siguiente circuito que emplea un FotoSCR se encuentraen un cuarto oscuro cuando se le conecta el voltaje dealimentacin V

IN

determine:

Voltaje de salida para condicin de oscuridad. Voltaje de salida para condicin de iluminacin.


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Circuito de Amplificacin de corriente

Circuito amplificador de corriente

VBB = Voltaje de salida del amplificador diferencial en reposo,

cuando: Vi=0, entonces VBB=4.5V


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ICMAX= Debe ser igual a la corriente maxima que soporta elLED.

Rc= (Vcc-VLED) / ICMAX

Rc= (9v-1.6v) / 50 mAmp

Rc =148 Aproximando a 150

Por lo tanto

ICMAX= (VCC-VLED) / Rc

ICMAX= (9v-1.6v) / 150ohms = 49.33mA


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Por lo tanto

ICQ = IMAX / 2 = 49.33mA / 2

ICQ = 24.66mA

IB= ICQ / = 24.66mA / 200IB=123.3mA

RB = VBB-VBE-VLED) / IB

=(4.5V-0.7V-1.6V) / 123.3 mA

RB=17.8 k Aproximando a 20 k


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EXPONER PR GRUPO 2 CIRCUITOS APLICATIVOS CON

ALMENOS 3 COMPONENTES (SE DESEA QUE REALICEN

LOS CALCULOS) Y QUE SIRVAN PARA

DESARROLLARLOS EN PRACTICAS DE LABORATORIO.

TRABAJO PARA EL ALUMNO


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UNIDAD 2

Optoacopladores Opticos

Objetivo: Conocer los diferentes tipos de optoacopladores, clasificndolos de diferentes formas y describiendo sus

caractersticas y aplicaciones.


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QU ES UN OPTOACOPLADOR?

La asociacin de una fuente luminosa y uno o varios receptores

fotosensibles en una misma cpsula constituye, lo que se conoce

como: Optoacoplador.

Existen variedad de optoacopladores (tambin llamados

dispositivos electropticos, optoaisladores, etc), Tomando como

base las caractersticas principales de cada tipo de

optoacoplador los podemos clasificar de la siguiente manera:


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El diseo de un optoacoplador bsico debe satisfacercinco requerimientos esenciales:

Buen comportamiento en cuanto a la funcin delaislamiento,

Alta relacin de transferencia de corriente (CTR), Degradacin lenta (al ser dispositivo de estado

slido, sin partes mviles),

Baja capacidad de acoplamiento,

Imposibilidad de un funcionamiento incontroladodebido a influencias de campos externos.

CARACTERISTICAS PARA EL DISEO DE UN ACOPLADOR OPTICO


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CLASIFICACION DE LOS OPTOACOPLADORES

DEFINICIN:

Dispositivo empaquetado con un par emisor_detector y dondeeste par se ajusta para que la respuesta de longitud de onda

pueda ser lo mas idntica posible y se tenga la mayor medida deacoplamiento.

Tomando como base las caractersticas principales de cada tipo

de optoacoplador los podemos clasificar de la siguiente manera:


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Por su tipo de

salida ANALGICA

Baja Potencia

Alta Potencia

Foto Transistor.Foto Darlintong.Foto FET

Foto SCR

Foto Triac

DIGITAL Smitch Trigger


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EJERCICIOS

INTERFACES DIGITALES

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