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sensores

Fotodiodo

Fotodiodo PIN

Fotodiodo de avalancha

Fototransistor

Fotorresistencia

Fotocátodo

Fototubo o fotoválvula

Fotomultiplicador

Sensor CMOS

Célula fotoeléctrica

Célula fotoelectroquímica

El fotodiodo tiene básicamente la misma construcción que un diodo rectificador (esta construido por una union 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.

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.

Los electrones en un semiconductor se agrupan en la banda de conducción y en la de valencia, separadas por el gap.

Mediante la absorción de un fotón se genera un par electrón-hueco, libres de moverse por el semiconductor bajo un campo eléctrico produciendo una corriente de salida. Las cargas generadas por la absorción se llaman fotoportadores; la corriente generada, fotocorriente

La energía óptica que llega a un fotodetector puede ser:

Reflejada.

Ignorada.

Convertida a pares electrón-hueco.

Absorbida por otros mecanismos.

tipos de fotodiodos

Fotodiodo PIN

El fotodiodo PIN es un diodo semiconductor al que se le ha introducido una zona intermedia llamada intrínseca para que la eficiencia del fotodiodo sea alta.

Fotodiodo APD

El fotodiodo APD o de avalancha es un fotodiodo con ganancia interna debido al efecto de avalancha. El par electrón-hueco inicial se crea por la absorción de un fotón. Este par inicial provoca pares secundarios, la corriente secundaria.

Los fotodiodos de avalancha pueden utilizarse en varias aplicaciones para proporcionar un rendimiento que otros tipos de fotodiodos no podrían alcanzar. Como su nombre indica, el fotodiodo de avalancha utiliza el proceso de avalancha para proporcionar un rendimiento adicional

Los fotodiodos de avalancha requieren un alto sesgo inverso para su funcionamiento. En el caso del silicio, esto será típicamente entre 100 y 200 voltios. Con este nivel de sesgo inverso ven un efecto de ganancia de corriente de alrededor de 100 como resultado del efecto de avalancha

ventajas

Alto nivel de sensibilidad como resultado de la ganancia de la avalancha

desventajas

*Puede ser necesario un voltaje de funcionamiento mucho más alto.

*El fotodiodo de avalancha produce un nivel de ruido mucho más alto que el fotodiodo PN.

*El proceso de avalancha significa que la salida no es lineal...

El fototransistor no es muy diferente a un transistor normal, es decir, está compuesto por el mismo material semiconductor, tienen dos junturas y las mismas tres conexiones externas: colector, base y emisor.

Los fototransistores combinan en un mismo dispositivo la detección de luz y la ganancia. Su construcción es similar a la de los transistores convencionales, excepto que la superficie superior se expone a la luz a través de una ventana o lente.

Su uso se restringe generalmente a aplicaciones ON-OFF, en que su ganancia propia puede eliminar la necesidad de amplificación posterior.

Una fotorresistencia es un componente eléctrico, el cual posee una resistencia capaz de variar su magnitud al estar en contacto con distintas magnitudes de intensidad lumínica.

funcionamiento de una fotorresistencia radica en su componente principal Cuanto mayor intensidad es la luz que incide sobre el sulfuro de cadmio, más baja es la resistencia, es decir mayor facilidad de los electrones para moverse.

tipos de fotoresistencia

Fotorresistencia o LDR lineales: Son aquellas que polarizan a la inverza de la fuente donde se conecte.

Fotorresistencia o LDR no lineales: La polaridad de este fotorresistor no depende de la fuente donde se conecte.

Un Fotocátodo es un dispositivo sensible a la luz formado por una capa de una sustancia metálica como el cesio, sodio ó antimonio sobre una base de cuarzo o vidrio y que descarga electrones cuando se expone a cierto nivel de luminosidad.

Los electrones de la capa metálica absorben la energía de los fotones y la remiten hacia, por ejemplo, una emulsión fotográfica. Este proceso se denomina fotoemisión. El número de electrones emitidos por el fotocátodo es directamente proporcional a la cantidad de luz que incide en el. Por lo tanto, el número de electrones es directamente proporcional a la cantidad de Rayos X incidentes.

Estos dispositivos se utilizan en la construcción de intensificadores de imagen y de cámaras de television.

Los fototubos son un tipo de transductores sensibles a la luz, la cual se transforma en corriente electrica. Están formados por un tubo que se encuentra al vacio o relleno con algún gas inerte(argo o similar). Actualmente han sido sustituidos en gran medida por los fotoresistores y los fotodiodos.

Se usaban en una gran variedad de situaciones en las que era necesario captar la luz.

*Detección de energía radiada

*Lectura de bandas sonoras

Se llama fotomultiplicador a un tipo de detector optico de vacio que aprovecha el efecto de emision secundaria de electrones para responder a niveles muy bajos de iluminación, manteniendo un nivel de ruido aceptable.

Un fotomultiplicador está compuesto de un fotocatodo, que emite electrones cuando sobre él inciden fotones de energia adecuada. Un campo electrico acelera estos electrones y los dirige hacia un anodo, que en estos tubos recibe el nombre de dinodo.

Tipos de fotomultiplicadores

Tipo frontal.

Tiene un fotocatodo semitransparente el cual es un fotocátodo del tipo transmisor, que permite tener mejor uniformidad que el tipo lateral. La disposición frontal permite barrer áreas en un rango definido por el tamaño del tubo fotomultiplicador.

Tipo lateral. Los fotomultiplicadores laterales emplean un fotocátodo opaco o sea un fotocátodo del tipo reflector y una estructura de jaula circular para los dinodos, lo que ofrece buena sensibilidad y amplificación con un voltaje de alimentación relativamente bajo. Usados generalmente en espectrofometria y sistemas fotométricos en general, reciben la luz incidente por un lado del tubo de vidrio. Las ventajas son su relativo bajo costo.

Otros tipos. Se pueden hacer combinaciones de los dos fotomultiplicadores arriba mencionados para mejorar, por ejemplo, la recepción angular de luz, necesaria para experimentos de fisica de altas energias

Un sensor de píxeles activos (active pixel sensor (en inglés) cuyo acrónimo es APS), es un sensor que detecta la luz basado en tecnologia CMOS y por ello más conocido como Sensor CMOS.

se basa en el efecto fotoelectrico. Está formado por numerosos fotositos, uno para cada píxel, que producen una corriente eléctrica que varía en función de la intensidad de luz recibida.

Debido a su bajo coste, el APS comenzó a emplearse masivamente en webcams y en las cámaras de los teléfonos móviles. Sin embargo, hoy día también se utiliza en cámaras DSLR de Canon, Nikon, Pentax Sony, y Sidma, pues no sólo superan en luminosidad a los sensores CCD, sino que también producen menos ruido.

Ventajas de los sensores CMOS respecto a los sensores CCD

*Consumo eléctrico muy inferior

*Son más económicos porque necesitan menos componentes externos

*Pueden leer un mayor número de píxeles de forma simultánea

*El conversor digital puede estar integrado en el mismo chip

*Escaso o inexistente Blooming ("Smear")

*Mayor flexibilidad en la lectura (Previsualización más rápida, vídeo,...)

*Permiten la exposición y lectura de los píxeles de forma simultánea

Desventajas de los sensores CMOS respecto a los sensores CCD

*Menor superficie receptora de la luz por píxel

*Menor uniformidad de los píxeles (mayor ruido de patrón fijo-FPN)

*Efecto "jelly" o inestabilidad en la imagen con movimientos rápidos (se tuerce el vídeo) o flashes debido al tipo de obturación giratoria que utiliza.

Una célula fotoeléctrica, también llamada celda solar, célula solar, fotocélula o célula fotovoltaica, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía lumínica en energía eléctrica mediante el efecto fotoelectrico, generando energia solar fotovoltaica.

Compuesto de un material que presenta efecto fotoeléctrico: absorben fotones de luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad.

Una célula fotoelectroquímica, también llamada célula solar fotoelectroquímica, es un dispositivo que permite la generación de manera simultánea o independiente tanto de energía eléctrica como de una sustancia química de interés, mediante una reaccion electroquimica inducida por efecto fotoelectrico.

Un ejemplo de aplicación es la celula fotolitica que sirve para la generación de hidrogeno por electrolisis del agua.