58
- ELETTRONICA OGGI 437 - GIUGNO 2014
COMM
FOTODIODI
più diffuse; raccoglie i fotoni di luce in modo più efficiente
rispetto al fotodiodo standard offrendo una capacità di giun-
zione inferiore.
Fotodiodo a valanga – Utilizzato in zone di scarsa illuminazio-
ne. Il fotodiodo valanga offre altissimi livelli di guadagno, ma
di contro ha alti livelli di rumore. Pertanto questa tecnologia
fotodiodo non è adatta per tutte le applicazioni.
Fotodiodo Schottky – Come indica il nome, il funzionamento
si basa sul diodo Schottky. Molto utilizzato nei sistemi di co-
municazione a banda larga.
Circuiti di condizionamento
I circuiti visualizzati nelle figure 3 e 4 rappresentano la base
elementare per il condizionamento dei fotodiodi. Il circuito
di figura 3 trasforma la fotocorrente generata senza una ten-
sione di polarizzazione (applicazione in campo fotovoltaico);
la tensione di uscita è data da I
P
*R
L
. Il circuito di figura 4,
invece, è quello maggiormente utilizzato: il fotodiodo è pola-
rizzato inversamente e la fotocorrente generata è trasformata
in tensione mediante una resistenza; il tempo di risposta è
proporzionale alla tensione di polarizzazione mediante la se-
guente formula:
dove, R
L
è la resistenza di carico e C
J
è la capacità di giunzio-
ne del fotodiodo che dipende dalla tensione di polarizzazio-
ne negativa.
In generale si ha la necessità di amplificare/attenuare la fo-
tocorrente generata; quindi oltre al circuito classico di con-
dizionamento si devono prevedere ulteriori componenti di
amplificazione/attenuazione. Il circuito in figura 5 (a) mostra
la configurazione classica con transistor per attenuare un
segnale di fotodiodo; nel circuito di fianco, invece, l’analoga
configurazione per amplificare il segnale in tensione del foto-
diodo. La resistenza R
BE
ha lo scopo di sopprimere l’influenza
della corrente di buio ed è scelta in accordo alle seguenti
condizioni:
R
BE
< V
BD
/ I
D
R
BE
> V
BE
/ (I
P
– V
CC
/ (R
L
* h
FE
))
In figura 6 esempi di circuiti amplificatore con feedback ne-
gativo. Gli amplificatori operazionali trovano molto spazio nei
circuiti di amplificatore e condizionamento per fotodiodi. In
figura 7 un esempio di conversione della fotocorrente in ten-
sione per mezzo di un operazionale. L’uscita è data da V
OUT
=
I
F
* R
1
dove If è la corrente di feedback.
In figura 7, inoltre, viene visualizzato anche l’andamento del-
la tensione di uscita con l’intensità di radiazione incidente. Il
circuito presenta elevata impedenza di ingresso e una bassa
influenza verso la corrente di buio con un ampia gamma di
misurazione.
Un esempio applicativo può essere rappresentato in figura 8,
dove l’operazionale è rappresentato dal TL081: un integrato
high-speed a basso costo compatibile pin-to-pin con LM741.
La tensione di uscita Vout può essere espressa nel seguente
modo:
Dove S è la sensibilità spettrale e P è la potenza luminosa
incidente. Altro vantaggio della schema proposto consiste
nella riduzione dell’effetto rumoroso (corrente di buio) sull’u-
scita dovuto alle correnti di polarizzazione dell’amplificatore
operazionale.
Q
Fig. 8 – Circuito di condizionamento con TL081
Fig. 6 – Circuito di amplificatore con feedback negativo
Fig. 7 – Circuito di amplificatore e condizionamento con operazionale
