Fotodiodos ou foto-diodos são dispositivos eletrônicos semicondutores usados como sensores de luz em diversas aplicações. Seu princípio de funcionamento reside no fato de que as junções de materiais semicondutores são sensíveis à luz.
A luz incidente (incluindo radiações próximas do espectro como infravermelho e ultravioleta) numa junção semicondutora, como de um diodo comum, libera portadores de carga que fazem com que sua resistência, quando polarizada no sentido inverso, diminua.
Para termos um fotodiodo basta então expormos a estrutura básica de um diodo, ou seja, uma junção PN, à luz, conforme mostra a figura 1.
Na figura 2 temos o símbolo usado para representar um fotodiodo e os aspectos dos tipos mais comuns encontrados nas aplicações eletrônicas.
Os fotodiodos são montados em invólucros que possuem aberturas ou ainda são de material transparente de modo que a luz ou radiação infravermelha possa atingir sua junção. Alguns tipos possuem invólucros dotados de lentes que concentram a radiação de uma forma mais eficiente em sua junção.
Na figura 3 temos um circuito típico em que um fotodiodo é usado como sensor de luz visível. Neste circuito, o diodo é polarizado no sentido inverso, ou seja, no sentido em que a junção apresenta uma resistência elevada à circulação da corrente.
A pequena corrente que pode ser observada nesse circuito, na ausência de iluminação, deve-se a portadores de carga que são liberados na região de junção pela agitação térmica dos átomos do material, já eu sua temperatura está acima do zero absoluto (0 oK).
Os portadores de carga que vão reduzir a resistência e portanto aumentar a corrente através do dispositivos serão liberados pelos fótons incidentes na junção. Quanto maior for a quantidade de fótons, maior será a quantidade de portadores de cargas liberados e com isso menor será a corrente circulante no circuito.
É interessante observar que existem outros componentes que possuindo junções semicondutoras também podem funcionar como fotodiodos.
É o caso dos LEDs que, sendo expostos à luz também apresentam uma mudança da sua resistência no sentido inverso e por isso podem funcionar como sensores.
Não devemos ainda confundir a ação dos fotodiodos como a das fotocélulas. Enquanto os fotodiodos mudam de resistência ao serem iluminados, as fotocélulas geram energia elétrica, convertendo luz em eletricidade.
Veja que, para que os portadores de carga sejam liberados, os fótons precisam ter uma energia mínima, que justamente será dada pela sua freqüência, ou seja, pela cor.
Assim, os fotodiodos não respondem à qualquer freqüência de radiação, mas possuem uma faixa bem definida de resposta para as radiações.
Um fotodiodo de silício, por exemplo, conforme mostra a figura 4 tem uma faixa de funcionamento muito mais ampla que a percebida pelo olho humano, mas sua sensibilidade maior ocorre justamente com um tipo de luz que não podemos ver, o infravermelho em torno de 5000 um.
Pela mesma figura pode-se ver que outros sensores de luz, como as células de sulfeto de cádmio (LDRs) e as células de selênio apresentam curvas mais próximas da que caracteriza o ôlho humano.
Em suma, os fotodiodos se comportam como resistências cujo valor depende da quantidade de luz incidente em sua junção.
Além da curva de resposta do fotodiodo em relação à freqüência da luz, existe uma outra característica importante desse componente, principalmente para aplicações rápidas: sua velocidade de resposta.
Os fotodiodos têm respostas de freqüência que permitem a modulação de sinais luminosos com freqüências muito altas, da ordem de dezenas ou mesmo centenas de megahertz.
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