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Recinto Universitario Rubén Darío Facultad de Ciencias e Ingeniería Departamento de Tecnología Ingeniería Electrónica VI Año

Asignaturas: comunicaciones II.

Tema: Diodo PIN; APD.

Docente: Milciades Ramón Delgado. Elaborado por:

 Br. Axel David Norori Centeno.

Fecha de entrega: miércoles 06 de marzo de 2019

¿Qué es un fotodiodo? El fotodiodo tiene básicamente la misma construcción que un diodo rectificador (está construido por una unión PN), sin embrago este tiene una característica que lo hace especial: es un dispositivo sensible a la luz visible e incluso a la infrarroja. En pocas palabras resulta ser un diodo con sensibilidad a la luz. ¿Cómo funciona? Al ser un diodo es muy importante tener en cuenta su polarización ya que en este tipo la corriente eléctrica fluye en sentido inverso, por lo que debemos polarizarlo de manera inversa. La mayoría vienen equipados con un lente que concentra la cantidad de luz que lo incide, por lo tanto su reacción a la iluminación es más evidente. Al circular la corriente de manera inversa provoca un aumento de corriente dependiendo de la intensidad de luz que detecte. ¿Qué tipos de fotodiodos existen? Básicamente existen 2 tipos: PIN Es un diodo semiconductor al que se le ha introducido una zona intermedia llamada intrínseca para que la eficiencia del fotodiodo sea alta. El problema que presenta es que el tiempo

de

tránsito de los foto-portadores es mayor, aumentando el tiempo

de

respuesta. Fotodiodo de avalancha Tiene una estructura muy similar al fotodiodo común, la ventaja es que permite trabajar con voltajes inversos mayores. Normalmente se utiliza cuando la potencia recibida puede ser limitada ya que su responsividad es mayor que los fotodiodos. uso no es recomendable en proyectos en los cuales se emplean señales ya que introducen ruido al circuito.

Su

Las diferencias del APD con respecto al PIN son: 

Tiene una sensibilidad superior, como resultado permite detectar niveles de potencia menores.



Tiene un mayor margen dinámico de entrada óptica, logrando más fidelidad.



Es más complejo y caro.



Introduce más ruido.



Consume más potencia.



La ganancia depende de la temperatura, por lo tanto necesita un control de temperatura.

Estructura del fotodiodo PIN Es una estructura de tres capas, siendo así la intermedia un semiconductor intrínseco, y las extremas, una de tipo P fuertemente dopada y otra de tipo N igual fuertemente dopada. En pocas palabras esto quiere decir que es un diodo que presenta una región P y N altamente conductoras junto a una zona intrínseca poco conductiva de ahí el nombre de sus siglas (PIN).

Procesos básicos de un fotodiodo. Generación: Los fotones absorbidos generan portadores libres. Transporte: Un campo eléctrico aplicado fuerza el movimiento de estos portadores, resultando una corriente que genera una tensión en una impedancia de carga. Amplificación interna: Para campos eléctricos aplicados intensos, se produce ionización por impacto, generando nuevos portadores libres. Polarización inversa Fotodiodo p-n (PD).

Fotodiodo PIN electrón-hueco. Los electrón-hueco que no se generan en la zona de carga de espacio, no son acelerados por el fuerte campo eléctrico allí existente, y se suelen recombinar otra vez antes de alcanzar los terminales del fotodiodo. Solución Fotodiodo con una gran zona de carga de espacio. Insertar una capa intrínseca I entre las capas de tipo P y N Reducir la anchura de las capas de tipo P y N, y aumentar su Eg, Eg, h. Sin absorción en las capas de tipo P y N

Fotodiodo APD

Incrementan su resposividad por medio de ganancia interna (M). Un único fotón produce un par electrón-hueco, que acelerado mediante un campo eléctrico intenso genera otros nuevos pares a través de ionización por impacto.

h



w

h



w

El tiempo de respuesta del APD depende de: Tiempo de tránsito de los portadores por la región de absorción. Tiempo empleado por los portadores en realizar el proceso de multiplicación por avalancha. Constante de tiempo RC (capacidad de la unión y resistencias internas y externas). Ganancias pequeñas ----- el tiempo predominante es el de tránsito Ganancias grandes ----- el tiempo predominante es el de multiplicación por avalancha. Producto Ganancia-Ancho de Banda constante --- factor de mérito No se puede utilizar APDs de alta ganancia para sistemas de elevada tasa binaria. Ventajas del APD: 

Mejora la sensibilidad del receptor entre 5 y 15dB.



Inconvenientes del APD:



Más complejo de fabricar.



Ganancia aleatoria --- ruido adicional



Alta tensión de polarización.



Ganancia muy dependiente de la temperatura.



Menores anchos de Banda....