Фототранзисторы принцип работы основные характеристики: Фототранзисторы. Устройство и работа. Применение и особенности

Содержание

Фототранзисторы. Устройство и работа. Применение и особенности

Фототранзисторы являются твердотельными полупроводниками с внутренним усилением, применяемым для передачи цифровых и аналоговых сигналов. Этот прибор выполнен на основе обычного транзистора. Аналогами фототранзисторов являются фотодиоды, которые уступают ему по многим свойствам, и не сочетаются с работой современных электронных приборов и радиоустройств. Их принцип действия похож на работу фоторезистора.

Чувствительность фототранзистора гораздо выше, чем у фотодиода. Они нашли применение в различных устройствах, в которых применяется зависимость от светового потока. Такими устройствами являются лазерные радары, пульты дистанционного управления, датчики дыма и другие. Фототранзисторы могут реагировать как на обычное освещение, так и на ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

Устройство

Наиболее популярны биполярные фототранзисторы структуры n-p-n.

Ф-транзисторы имеют чувствительность к свету больше, чем простые биполярные, так как они оптимизированы для лучшего взаимодействия с лучами света. В их конструкции зона коллектора и базы имеет большую площадь. Корпус выполнен из темного непрозрачного материала, с окошком для пропускания света.

Большинство таких полупроводников изготавливают из монокристаллов германия и кремния. Существуют также фототранзисторы на основе сложных материалов.

Принцип действия

Транзистор включает в себя базу, коллектор и эмиттер. При функционировании фототранзистора база не включена в работу, так как свет создает электрический сигнал, который дает возможность протекать току по полупроводниковому переходу.

При нерабочей базе переход коллектора транзистора смещается в обратном направлении, а переход эмиттера в прямом направлении. Прибор остается без активности до тех пор, пока луч света не осветит его базу. Освещение активизирует полупроводник, при этом создавая пары дырок и электронов проводимости, то есть носители заряда. В итоге через коллектор и эмиттер проходит ток.

Свойство усиления

Фототранзисторы имеют рабочий диапазон, размер которого зависит от интенсивности падающего света, так как это связано с положительным потенциалом его базы.

Ток базы от падающего света подвергается усилению в сотни и тысячи раз. Дополнительное усиление тока обеспечивается особым транзистором Дарлингтона, который представляет собой полупроводник, эмиттер которого соединен с базой другого биполярного транзистора. На схеме изображен такой вид фототранзистора.

Это дает возможность создать повышенную чувствительность при слабом освещении, так как происходит двойное усиление двумя полупроводниками. Двумя транзисторами можно добиться усиления в сотни тысяч раз. Необходимо учитывать, что транзистор Дарлингтона медленнее реагирует на свет, в отличие от обычного фототранзистора.

Схемы подключения
Схема с общим эмиттером

По этой схеме создается сигнал выхода, переходящий от высокого состояния в низкое, при падении лучей света.

Эта схема выполнена с помощью подключения сопротивления между коллектором транзистора и источником питания. Напряжение выхода снимают с коллектора.

Схема с общим коллектором

Усилитель, подключенный с общим коллектором, создает сигнал выхода, переходящий от низкого состояния в высокое, при попадании света на полупроводник.

Эта схема образуется подключением сопротивления между отрицательным выводом питания и эмиттером. С эмиттера снимается выходной сигнал.

В обоих вариантах транзистор может работать в 2-х режимах:
  1. Активный режим.
  2. Режим переключения.
Активный режим

В этом режиме фототранзистор создает сигнал выхода, зависящий от интенсивности падающего света. Когда уровень освещенности превосходит определенную границу, то транзистор насыщается, и сигнал на выходе уже не будет повышаться, даже если увеличивать интенсивность лучей света. Такой режим действия рекомендуется для устройств с функцией сравнения двух порогов потока света.

Режим переключения

Действие полупроводника в этом режиме значит, что транзистор будет реагировать на подачу света выключением или включением. Такой режим необходим для устройств, в которых необходимо получение выходного сигнала в цифровом виде. Путем изменения значения резистора в схеме усилителя, можно подобрать один из режимов функционирования.

Для эксплуатации фототранзистора в качестве переключателя чаще всего применяют сопротивление более 5 кОм. Напряжение выхода повышенного уровня в переключающем режиме будет равно питающему напряжению. Напряжение выхода малого уровня должно равняться менее 0,8 В.

Проверка фототранзистора

Такой транзистор легко проверяется мультитестером, даже без наличия базы транзистора. Если подключить мультитестер к участку эмиттер-коллектор, то его сопротивление при любой полярности будет большим, так как транзистор закрыт. Если луч света попадает на чувствительный элемент, то измерительный прибор покажет низкое значение сопротивления, так как транзистор в этом случае открылся, благодаря свету, при правильной полярности питания.

Так ведет себя обычный транзистор, но он открывается сигналом электрического тока, а не лучом света. Кроме силы света, большую роль играет спектральный состав света.

Применение
  • Системы охраны (чаще применяются инфракрасные ф-транзисторы).
  • Фотореле.
  • Системы расчета данных и датчики уровней.
  • Автоматические системы коммутации осветительных приборов (также применяются инфракрасные ф-транзисторы).
  • Компьютерные управляющие логические системы.
  • Кодеры.
Преимущества
  • Выдают ток больше, чем фотодиоды.
  • Способны создать мгновенную высокую величину тока выхода.
  • Основное достоинство – способность создания повышенного напряжения, в отличие от фоторезисторов.
  • Невысокая стоимость.
Недостатки

Ф-транзисторы являются аналогом фотодиодов, однако имеют серьезные недостатки, которые создают условия для узкой специализации этого полупроводника.

  • Многие виды фототранзисторов изготавливают из силикона, поэтому они не могут работать с напряжением более 1 кВ.
  • Такие светочувствительные полупроводники имеют большую зависимость от перепадов напряжения питания в электрической цепи. В таких режимах фотодиод ведет себя гораздо надежнее.
  • Ф-транзисторы не сочетаются с работой в лампах, по причине малой скорости носителей заряда.
Обозначения на схемах

Управляемые световым потоком транзисторы, на схемах обозначаются как обычные транзисторы.

VТ1 и VТ2 – ф-транзисторы с базой, VТ3 – транзисторы без базы. Цоколевка изображена как у простых транзисторов.

Так же, как и другие приборы на основе полупроводников с переходом n-p-n, применяющиеся для преобразования светового потока, фототранзисторы можно назвать оптронами. Их на схемах изображают в виде светодиода в корпусе, или в виде оптронов со стрелками. Усилитель во многих схемах обозначается в виде базы и коллектора.

Похожие темы:

Фототранзисторы принцип работы основные характеристики, оптотранзистор схема включения

Фототранзисторы: принцип действия, основные режимы

  • •Основные сведения из истории развития электроники.
  • •Электропроводность полупроводников.
  • •Удельная проводимость пп
  • •Примесная проводимость
  • •Зонная диаграмма пп с донорной примесью
  • •Зонная диаграмма пп с акцепторной примесью
  • •Понятие о потенциале и уровне Ферми для пп материалов.
  • •Электрические переходы между двумя различными материалами
  • •Электрические переходы между металлом и пп.
  • •Процессы в p-n-переходе.
  • •Прямое смещение pn перехода.
  • •Обратное смещение pn перехода.
  • •Вах pn-перехода
  • •Емкость pn- перхода
  • •Пробой pn перхода.
  • •Устройство: принцип действия и вах полупроводникового диода.
  • •Классификация и система обозначения Диодов
  • •Устройство, принцип действия и вах стабилитрона.
  • •Классификация и система обозначения стабилитронов.
  • •Биполярный транзистор: устройство, принцип действия.
  • •Типы транзисторов: устройство, принцип действия.
  • •Схемы включения транзисторов.
  • •Основные соотношения для токов в структуре
  • •Математическая модель транзистора.
  • •Уравнения Эберса-Молла
  • •Эквивалентная схема транзистора для постоянного тока об: основные соотношения и характеристики
  • •Эквивалентная схема транзистора для постоянного тока оэ: основные соотношения и характеристики
  • •Базовые характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме об.
  • •Выходные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме об.
  • •Базовые характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме оэ.
  • •Выходные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме оэ.
  • •Основные режимы работы биполярного транзистора
  • •Биполярный транзистор как активный 4-х полюсник
  • •H-параметры для биполярного транзистора, характеристики, и способ определения.
  • •Основные параметры биполярного транзистора.
  • •Эквивалентные схемы биполярных транзисторов для переменного тока.
  • •Зависимость основных параметров биполярного транзистора от температуры.
  • •Классификация и система обозначения биполярных транзисторов.
  • •Структура и принцип работы полевого транзистора с управляемым p-n переходом
  • •Основные характеристики полевого транзистора с управляемым p-n переходом
  • •Основные параметры полевого транзистора с управляемым p-n переходом
  • •Соотношения между параметрами полевого транзистора с управляемым p-n переходом
  • •Эквивалентные схемы полевого транзистора для переменного тока.
  • •Основные схемы включения полевого транзистора
  • •Зависимость параметров полевого транзистора с управляющим p-n переходом от температуры
  • •Моп-транзисторы: структура и принцип действия
  • •Моп-транзистор с индуцированным каналом
  • •Моп-транзистор со встроенным каналом
  • •Стоко-затворные характеристики моп транзисторов с индуцированным каналом
  • •Статические стоковые характеристики моп-транзисторов с индуцированным каналом
  • •Влияние потенциала подложки на характеристики управления моп-транзистора
  • •Структура мноп: принцип действия и область использования.
  • •Моп-транзистор с плавающим затвором: принцип действия и область применения.
  • •Классификация, система обозначения и характеристики полевого транзистора
  • •Структура, принцип действия и вах туннельного диода
  • •Структура, принцип действия и вах двухбазового диода
  • •Основные соотношения для токов и напряжений однопереходного транзистора
  • •Транзисторный аналог двухбазового диода.
  • •Лавинный транзистор: схема включения и основные параметры
  • •Вах лавинного транзистора, область использования
  • •Динистор: структура и принцип действия
  • •Динистор: вах , основные соотношения для токов
  • •Тиристор: структура, принцип действия
  • •Тиристор: вах при управлении по катоду, и основные соотношения для токов
  • •Классификация и система обозначений тиристоров.
  • •Основные достоинства оптоэлектронных приборов
  • •Светодиоды: принцип действия, основные характеристики, эквивалентные схемы
  • •Основные параметры светодиодов
  • •Основные параметры и характеристика фоторезисторов
  • •Фотодиоды: структура, принцип действия, основные режимы работы
  • •Основные параметры и характеристики фотодиодов
  • •Фототранзисторы: принцип действия, основные режимы
  • •Основные характеристики и параметры фототранзисторов.
  • •Фоторезисторы: структура, классификация, основные параметры
  • •Устройства отображения информации: назначение, классификация.
  • •Принцип действия и способы управления вакуумными люминесцентными индикаторами.
  • •Устройство, принцип действия и область использования жидко-кристаллических индикаторов (жки)
  • •Разновидности и способы управления ими
  • •Пп знакосинтезирующие индикаторы: устройство, принцип действия
  • •Многоэлементные пп зси устройство, область использования.
  • •Принцип работы лазера, свойства лазерного излучения
  • •Основные типы лазеров, основные области использования лазерного излучения
  • •Пп приборы с зарядовой связью: устройство, принцип действия, режимы работы, область применения
  • •Усилители электрических сигналов: основные параметры и характеристики
  • •Принцип действия усилительного каскада на транзисторе
  • •Усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме оэ
  • •Определение коэффициентов усиления тока и напряжения в схеме каскада оэ
  • •Температурная компенсация каскада оэ
  • •Эмиттерный повторитель: схемы и основные соотношения.
  • •Определение коэффициентов усиления тока и напряжения в схеме ок
  • •Усилительный каскад с общей базой (об схема и основные соотношения)
  • •Усилительные каскады на полевых транзисторах: схемы и основные соотношения
  • •Истоковый повторитель: схема и основные соотношения
  • •Режимы усилительных каскадов
  • •Графо-аналитический анализ работы усилительного каскада

ТРАНЗИСТОРЫ

В этой статье мы разберем, чем же примечателен этот маленький кусочек кремния, называемый транзистором. Транзисторы, как известно, делятся на 2 вида полевые и биполярные. Изготавливаются они из полупроводниковых материалов, в частности германия и кремния. И полевые и биполярные транзисторы имеют по 3 вывода. На приведенном ниже рисунке мы можем видеть устройство советского биполярного низкочастотного транзистора типа МП39-МП42.

Транзистор в разрезе

На следующем рисунке изображены транзисторы, также выпущенные в советское время, слева небольшой мощности, в центре и справа рассчитанные на среднюю и большую мощность:

Внешний вид советских транзисторов

Рассмотрим схематическое изображение биполярного транзистора:

Структура биполярных транзисторов

Транзисторы по своей структуре делятся на два типа, n-p-n и p-n-p.

Как нам известно из предыдущей статьи, диод представляет собой полупроводниковый прибор с p-n переходом способным пропускать ток в прямом включении и не пропускающий в обратном. Транзистор же представляет собой, условно говоря, два диода соединенных либо катодами, либо анодами, что мы и можем видеть на рисунке ниже.

Транзистор как два диода

Кстати, многие отечественные транзисторы в советское время выпускали с некоторым содержанием золота, так что эту деталь можно назвать драгоценной в прямом смысле слова! Подробнее о содержании драгметаллов . Но для радиолюбителей ценность данного радиоэлемента заключается прежде всего в его функциях.

Золото в транзисторах СССР

Приведу ещё несколько фотографий распространённых транзисторов:

Малой мощности


Средней мощности

Большой мощности

В металлическом корпусе

На этих фото изображены выводные транзисторы, которые впаивают в отверстия в печатной плате. Но существуют транзисторы и для поверхностного или SMD монтажа, в таком случае отверстия не сверлятся и детали припаиваются со стороны печати, один из таких транзисторов в корпусе sot-23 изображен на фотографии ниже, рядом на рисунке можно видеть его сравнительные размеры:

Фото SMD транзистор

Какие существуют схемы включения биполярных транзисторов? Прежде всего это схема (к слову сказать самая распространенная) включения с общим эмиттером.

Такое включение обеспечивает большое усиление по напряжению и току:

Схема с общим эмиттером

Схема включения с общим коллектором, это дает нам усиление только по току:

Схема с общим коллектором

И схема включения с общей базой, усиление только по напряжению:

Схема с общей базой

Далее приведен практический пример схемы усилителя на одном транзисторе собранного по схеме с общим эмиттером. Наушники для этого усилителя нужно брать высокоомные Тон–2 с сопротивлением обмотки приблизительно 2 кОм.

Пример усилителя по схеме с общим эмиттером

Биполярные транзисторы могут использоваться в ключевом и усилительном режимах. Выше на схеме пример работы транзистора в усилительном режиме. На приведенном ниже рисунке изображена схема включения транзистора в ключевом режиме:

Схема транзистора в ключевом режиме

Существуют транзисторы, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, называются они фототранзисторы. Они могут быть в исполнении как с выводом от базы, так и без него. Его схематическое изображение на рисунке:

Схематическое изображение фототранзисторов

А так выглядит один из фототранзисторов:

Фототранзистор — фотография

Полевые транзисторы


Как ясно из названия, такие транзисторы управляются не током, а полем. Электрическим полем. В следствии чего они имеют высокое входное сопротивление и не нагружают предидущий каскад. На этом рисунке изображено строение полевого транзистора:

Строение полевого транзистора

Привожу первый вариант схематического обозначения полевого транзистора:

Схематическое изображение полевого транзистора

На следующем рисунке изображено современное схематическое изображение (второй вариант) полевых транзисторов с изолированным затвором, слева с каналом n–типа и справа с каналом p-типа.

Изображение на схемах полевых транзисторов с изолированным затвором

Определяют какого типа канал следующим образом, если стрелка направлена в сторону канала, то такой транзистор с каналом n–типа, если же стрелка направлена в обратную, то p-типа. Транзисторы MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) — это английское название полевых транзисторов МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). Дальше на рисунке приведено обозначение и изображен внешний вид мощного полевого Mosfet транзистора:

Схематическое изображение мощного полевого транзистора

Полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление. Они находят все большее применение в современной технике, особенно приёмо-передатчиках. Полевые транзисторы широко применяются и в аналоговых, и в цифровых схемах. Выпускаются современные полевые транзисторы, как и биполярные, в SMD исполнении:

Фото SMD полевой транзистор

Устройства, созданные на основе КМОП транзисторов (полевых транзисторов) очень экономичны и имеют незначительное потребление питания. Привожу схемы включения полевых транзисторов:

С общим истоком


С общим стоком

С общим затвором

Применяются полевые транзисторы и в усилителях мощности звука, чаще всего в выходных каскадах.

описание принципа работы, схема, характеристики, способы применения

Фотодиоды – полупроводниковые элементы, обладающие светочувствительностью. Их основная функция – трансформация светового потока в электросигнал. Такие полупроводники применяются в составе различных приборов, функционирование которых базируется на использовании световых потоков.

Принцип работы фотодиодов

Основа действия фотодиодных элементов – внутренний фотоэффект. Он заключается в возникновении в полупроводнике под воздействием светового потока неравновесных электронов и дырок (т.е. атомов с пространством для электронов), которые формируют фотоэлектродвижущую силу.

  • При попадании света на p-n переход происходит поглощение световых квантов с образованием фотоносителей
  • Фотоносители, находящиеся в области n, подходят к границе, на которой они разделяются под влиянием электрополя
  • Дырки перемещаются в зону p, а электроны собираются в зоне n или около границы
  • Дырки заряжают p-область положительно, а электроны – n-зону отрицательно. Образуется разность потенциалов
  • Чем выше освещенность, тем больше обратный ток

Если полупроводник находится в темноте, то его свойства аналогичны обычному диоду. При прозванивании тестером в отсутствии освещения результаты будут аналогичны тестированию обычного диода. В прямом направлении будет присутствовать маленькое сопротивление, в обратном – стрелка останется на нуле.

Схема фотодиода

Режимы работы

Фотодиоды разделяют по режиму функционирования.

Режим фотогенератора

Осуществляется без источника электропитания. Фотогенераторы, являющиеся комплектующими солнечных батарей, иначе называют «солнечными элементами». Их функция – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Наиболее распространены фотогенераторы, созданные на базе кремния – дешевого, распространенного, хорошо изученного. Обладают невысокой стоимостью, но их КПД достигает всего 20%. Более прогрессивными являются пленочные элементы.

Режим фотопреобразования

Источник электропитания в схему подключается с обратной полярностью, фотодиод в данном случае служит датчиком освещенности.

Основные параметры

Свойства фотодиодов определяют следующие характеристики:

  • Вольтамперная. Определяет изменение величины светового тока в соответствии с меняющимся напряжением при стабильных потоке света и темновом токе
  • Спектральная. Характеризует влияние длины световой волны на фототок
  • Постоянная времени – это период, в ходе которого ток реагирует на увеличение затемнения или освещенности на 63% от установленного значения
  • Порог чувствительности – минимальный световой поток, на который реагирует диод
  • Темновое сопротивление – показатель, характерный для полупроводника при отсутствии света
  • Инерционность

Из чего состоит фотодиод?

Разновидности фотодиодов

P-i-n

Для этих полупроводников характерно наличие в зоне p-n перехода участка, обладающего собственной проводимостью и значительной величиной сопротивления. При попадании на этот участок светового потока появляются пары дырок и электронов. Электрополе в данной области постоянно, пространственного заряда нет. Такой вспомогательный слой расширяет диапазон рабочих частот полупроводника. По функциональному назначению p-i-n-фотодиоды разделяют на детекторные, смесительные, параметрические, ограничительные, умножительные, настроечные и другие.

Лавинные

Этот вид отличается высокой чувствительностью. Его функция – преобразование светового потока в электросигнал, усиленный с помощью эффекта лавинного умножения. Может применяться в условиях незначительного светового потока. В конструкции лавинных фотодиодов используются сверхрешетки, способствующие снижению помех при передаче сигналов.

С барьером Шоттки

Состоит из металла и полупроводника, вокруг границы соединения которых создается электрическое поле. Главным отличием от обычных фотодиодов p-i-n-типа является использование основных, а не дополнительных носителей зарядов.

С гетероструктурой

Образуется из двух полупроводников, имеющих разную ширину запрещенной зоны. Гетерогенным называют слой, находящийся между ними. Путем подбора таких полупроводников можно создать устройство, работающее в полном диапазоне длин волн. Его минусом является высокая сложность изготовления.

Области применения фотодиодов

  • Оптоэлектронные интегральные микросхемы. Полупроводники обеспечивают оптическую связь, что гарантирует эффективную гальваноразвязку силовых и руководящих цепей при поддержании функциональной связи.
  • Многоэлементные фотоприемники – сканисторы, фоточувствительные аппараты, фотодиодные матрицы. Оптоэлектрический элемент способен воспринимать не только яркостную характеристику объекта и ее изменение во времени, но и создавать полный визуальный образ.

Другие сферы использования: оптоволоконные линии, лазерные дальномеры, установки эмиссионно-позитронной томографии.


Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?


Другие материалы по теме


Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.


Фототранзисторы — Студопедия

Фототранзистором называют полупроводниковый управляемый оптическим излучением прибор с двумя p–n переходами.

Фототранзисторы, как и обычные транзисторы могут быть p–n–р и n–p–n типа. Конструктивно фототранзистор выполнен так, что световой поток облучает область базы. Наибольшее практическое применение нашло включение фототранзистора в схеме с ОЭ, при этом нагрузка включается в коллекторную цепь. Входным сигналом фототранзистора является модулированный световой поток, а выходным – изменение напряжения на резисторе нагрузки в коллекторной цепи.

Напряжение питания на фототранзистор подают как и на обычный биполярный транзистор, работающий в активном режиме, т.е. эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном (рис. 8.11,а).

Рис. 8.11. Схемы включения фототранзистора с подключенной базой (а) и со свободной базой (б) и вольтамперные характеристики

Однако он может работать и с отключенным выводом базы (рис. 8.11,б), а напряжение прикладывается между эмиттером и коллектором. Такое включение называется включением с плавающей базой и характерно только для фототранзисторов. При этом фототранзистор работает в активном режиме ближе к границе отсечки.


При Ф = 0 ток очень мал и равен темновому току

. (8.9)

где h21б – коэффициент передачи эмиттерного тока.

Рассмотрим принцип работы фототранзистора при включении с плавающей базой. При освещении фототранзистора под действием света в базовой области и коллекторном переходе образуются свободные носители заряда, эти носители диффундируют в базе к коллекторному переходу. Неосновные носители области базы (для транзистора n–p–n типа) – электроны экстрагируют в область коллектора, создавая фототок в коллекторном переходе. Оставшиеся в объеме базы основные носители (дырки), создают положительный объемный заряд и компенсируют заряд неподвижных ионов примесей на границе эмиттерного перехода.

Потенциальный барьер эмиттерного перехода снижается, что увеличивает инжекцию основных носителей (электронов) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует в базе с дырками, а большая часть экстрагирует через коллекторный переход, увеличивая его ток. Таким образом, ток в коллекторной цепи равен сумме фототока Iф и тока Iк, инжектированных эмиттером электронов, дошедших к коллекторному переходу и втянутых его электрическим полем в область коллектора. При Rк = 0, коэффициент усиления фототока равен

. (8.10)

Фототранзистор увеличивает чувствительность в h21э+1 раз по сравнению с фотодиодом, что является главным преимуществом фототранзистора по сравнению с фотодиодом.

Для обеспечения температурной стабильности энергетических параметров одновременно с оптическим управлением используется так же подача напряжения смещения на базу для выбора рабочей точки на входной и выходной характеристиках транзистора. При отсутствии оптического потока темновой ток определяется током базы, что позволяет дополнительно управлять током фототранзистора. Задание определенного темнового тока позволяет обеспечить оптимальный режим усиления слабых световых сигналов, а также суммировать их с электрическими.


Наряду с фототранзисторами n–p–n и p–n–р типов используются полевые фототранзисторы с управляющим p–n переходом и МОП-транзисторы.

На рис. 8.12 представлен полевой фототранзистор с управляющим

p–n переходом и каналом n–типа. Падающий световой поток генерирует в n–канале и p–n переходе (канал–затвор) электроны и дырки. Электрическое поле перехода разделяет носители заряда. Концентрация электронов в n–канале повышается, и уменьшается его сопротивление, а ток стока возрастает. Увеличение дырок в p–области вызывает появление фототока в цепи затвора.

Рис.8.12. Структурная схема полевого фототранзистора с управляющим p-n переходом и каналом n- типа

Переход затвор–канал можно рассматривать как фотодиод, фототок которого Iз (ток затвора) создает падение напряжения на резисторе Rз, что приводит к уменьшению обратного напряжения на p–n переходе канал–затвор. Это вызывает дополнительное увеличение толщины канала, уменьшение его сопротивления и приводит к возрастанию тока стока.

МОП-фототранзисторы с индуцированным каналом имеют полупрозрачный затвор, через который световой поток попадает на полупроводник под затвором. В этой области полупроводника генерируются носители заряда, что приводит к изменению значения порогового напряжения, при котором возникает индуцированный канал. Для установления начального режима иногда на затвор подают напряжение смещения.

Презентация Microsoft PowerPoint (99) — Фототранзистор выполнил работу студент группы вм58 Сарайкин д принцип работы


Подборка по базе: Учебно-методический комплекс по дисциплине «История» для студент, Ахмедова Лейла студентка группы ЗФ 408-070-5-1.docx, Основные задачи физического воспитания студентов. .docx, Памятка для студентов.docx, Задание для студентов Тема 15.docx, Учебная инструкция дисциплины для студентов заочной формы обучен, Рахит. Гипервитаминоз Д для студентов 5 курса ДО.docx, для студентов.docx, 1 КУРС Список студентов ЭСЭУ-У.docx, 5 задПсихологический портрет современного студента.docx


ФОТОТРАНЗИСТОР
Выполнил работу : студент группы ВМ-58 Сарайкин Д
Принцип работы
  • Работа различных полупроводниковых приемников излучения (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры) основана на использовании внутреннего фотоэффекта, который состоит в том, что под действием излучения в полупроводниках происходит генерация пар носителей заряда — электронов и дырок. Эти дополнительные носители увеличивают электрическую проводимость. Такая добавочная проводимость, обусловленная действием фотонов, получила название фотопроводимости. У металлов явление фотопроводимости практически отсутствует, так как у них концентрация электронов проводимости огромна (примерно 1022 см-3 ) и не может заметно увеличиться под действием излучения. В некоторых приборах за счет фотогенерации электронов и дырок возникает ЭДС, которую принято называть фото-ЭДС, и тогда эти приборы работают как источники тока. А в результате рекомбинации электронов и дырок в полупроводниках образуются фотоны, и при некоторых условиях полупроводниковые приборы могут работать в качестве источников излучения .
  • Фототранзистор — фоточувствительный полупроводниковый приемник излучения, по структуре подобный транзистору и обеспечивающий внутреннее усиление сигнала. Его можно представить состоящим из фотодиода и транзистора. Фотодиодом является освещаемая часть перехода база-коллектор, транзистором — часть структуры, расположенная непосредственно под эмиттером. Так как фотодиод и коллекторный переход транзистора конструктивно объединены, то фототок суммируется с коллекторным током. Напряжение питания подводят так, чтобы коллекторный переход был закрыт, а эмиттерный — открыт. База может быть отключенной.
  • В отличие от биполярного транзистора, у фототранзистора отсутствует электрический контакт к базе, а управление током базы осуществляется путем изменения ее освещенности. По этой причине конструктивно фототранзистор имеет только два вывода — эмиттер и коллектор
  • На рисунке показаны схема включения фототранзистора и зонная диаграмма в активном режиме работы.


  • При попадании светового потока на n-область базы в ней генерируются неравновесные электроны и дырки. Дырки будут являться неосновными носителями, увеличение их концентрации приведет к росту дрейфовой компоненты тока из базы в коллектор. Величина первичного «затравочного» фототока будет выражаться такими же соотношениями, как и фототок диода на основе p-n-перехода. Отличие только в том, что неравновесные носители, участвующие в фототоке в фототранзисторе, собираются с области базы, ширина которой W меньше, чем диффузионная длина Lp . Поэтому плотность первичного «затравочного» фототока будет :


  • IК = Iф+β Iф =(β+1) Iф + IК0 
  • Используя выражение для коэффициента усиления β базового тока через конструктивно-технологические параметры биполярного транзистора, получаем:
  • Величина первичного фототока IФ выражается через параметры светового потока и характеристики полупроводникового материала стандартным образом:


  • Энергетическая диаграмма фототранзистора (а) и вольтамперные характеристики фототранзистора при разных уровнях освещения (б).


Работа фототранзистора с общим эмиттером
  • Рассмотрим, например, работу фототранзистора в схеме с общим эмиттером при отключенной базе. Фототок коллекторного перехода суммируется с обратным током коллектора, поэтому в формуле для тока транзистора вместо JК0 следует поставить
  • JК0 + JФ /J = (JК0 + JФ )/(1-α).
  • При JК 0>>JФ J =JФ /(1-α) ≈ βJФ , т.е. фототок фототранзистора усиливается в β раз по сравнению током фотодиода. Соответственно в β раз увеличивается и чувствительность. Ток может быть усилен в 1000 раз, поэтому чувствительность фототранзистора во много раз больше чувствительности фотодиода. Однако поскольку произведение коэффициента усиления на полосу частот величина постоянная, то предельная частота уменьшается в β раз.


  • Наличие диффузии носителей обуславливает значительную инерционность прибора τ = 10–5 -10–6 с. При сужении базы время диффузии уменьшается, но уменьшается и чувствительность. Для германиевых фототранзисторов SI= 0,2-0,5 А/лм, Vраб = 3 В, Iтемн = 300 мкА, τ = 0,2 мс. В корпусе прибора предусмотрено прозрачное окно, через которое световой поток попадает обычно на базовую область фототранзистора. Площадь фоточувствительной площадки составляет 1-3 мм2 .


Параметры фототранзисторов
Виды и конструкции фототранзисторов
  • Существует две разновидности конструкций фототранзисторов: поперечная и продольная. Продольные транзисторы имеют более простую конструкцию и технологию, удобны для включения в интегральные схемы, но уступают по своим функциональным параметрам.
  • Достоинства фототранзисторов: наличие механизма внутреннего усиления, т.е. высокая фоточувствительность, схемотехническая гибкость, связанная с наличием третьего электрода.
  • Основные недостатки: ограниченное быстродействие и температурная зависимость параметров.

Введение в фототранзисторы

Добавлено 22 февраля 2021 в 17:22

Сохранить или поделиться

В данной серии статей мы рассмотрим альтернативы фотодиодам, обеспечивающие более высокий выходной ток.

По моему опыту, в приложениях для детектирования и измерения освещенности чаще всего используются фотодиоды. Но нельзя обойти стороной тот факт, что фотодиоды создают очень малые выходные токи, и это может привести к проблемам при проектировании, которых вы, возможно, в определенных ситуациях предпочтете избежать.

В этой и следующей статье представлена основная информация о двух типах светочувствительных устройств, которые создают более высокий выходной ток, чем фотодиоды: фототранзисторы и светочувствительные микросхемы. Последний термин относится к устройствам, которые, по сути, представляют собой фотодиод и усилитель, интегрированные в один корпус.

Что такое фототранзистор?

Фотодиод может генерировать фототок, потому что на его переход падает свет. Фототранзистор работает аналогичным образом, за исключением того, что открытый полупроводниковый материал является базой биполярного транзистора.

Рисунок 1 – Фототранзистор изображен как биполярный транзистор с удаленным выводом базы, а стрелки указывают на то, что база чувствительна к свету. На других схемах в этой статье показаны только фототранзисторы NPN

Есть два пути для размышления о работе фототранзистора.

Во-первых, вы можете мысленно заменить величину тока, протекающего через базу обычного транзистора, на интенсивность падающего света. В базовой модели поведения биполярного транзистора в активном режиме выходной ток (т.е. ток коллектора) – это входной ток (т.е. ток базы), умноженный на параметр усиления, называемый бета (β). В случае фототранзистора падающий свет похож на слабый сигнал, подаваемый на базу, а выходной ток намного выше, чем мы ожидаем от фотодиода, из-за способности транзистора усиливать сигнал, подаваемый на базу.

Во-вторых, вы можете представить, что фототранзистор представляет собой биполярный транзистор с фотодиодом, подключенным к базе, и поэтому входным сигналом транзистора является фототок, генерируемый фотодиодом. В этой концепции биполярный транзистор подобен дополнительному полупроводниковому устройству, которое применяет усиление по току к выходному сигналу фотодиода.

Рисунок 2 – Фототранзистор концептуально эквивалентен фотодиоду, который управляет базой биполярного транзистора. Обратите внимание на включение фотодиода: фототок всегда является обратным током, и фотодиод ориентирован таким образом, что фототок течет на базу

Фототранзисторные схемы

Как и в случае с фотодиодами, целью фототранзисторов является создание пригодного для использования выходного напряжения из генерируемого светом тока. Поскольку усиление уже встроено в полупроводниковую структуру фототранзисторов, нам не нужен трансимпедансный усилитель на базе ОУ. Вместо этого мы можем использовать схемы усилителей, которые мы уже знаем по несветочувствительным приложениям на биполярных транзисторах.

Схемы с общим коллектором и общим эмиттером являются жизнеспособными вариантами преобразования света в напряжение. Я предпочитаю подход с общим эмиттером, потому что считаю его более интуитивно понятным. Но вам может понравиться усилитель с общим коллектором, если вы предпочитаете избегать инверсии, то есть если вы хотите, чтобы более высокая освещенность создавала более высокое выходное напряжение.

Рисунок 3 – Вы можете использовать схему усилителя с общим коллектором или с общим эмиттером, чтобы превратить ваш фототранзистор в преобразователь освещенности в напряжение

Фототранзисторы против фотодиодов

Фототранзисторы могут показаться большим улучшением по сравнению с фотодиодами, но они не так популярны, как вы думаете. Теоретически внутреннее усиление по току является важным преимуществом, но есть много ресурсов, которые могут помочь инженерам разработать высокопроизводительные трансимпедансные усилители, и я, например, предпочитаю подход с трансимпедансным усилителем.

Более того, фототранзисторы уступают по важным параметрам.

  • Фототранзисторы обладают меньшей способностью поддерживать линейную зависимость между освещенностью и выходным током. Это не важно, если всё, что вам нужно, – это датчик света «включен/выключен», вырабатывающий цифровое выходное напряжение. Мои фоточувствительные приложения, как правило, требуют аналоговых выходных сигналов, и я инстинктивно пренебрегаю фототранзисторами из-за их ограниченной линейности.
  • Фотодиоды обеспечивают более быстрый отклик, чем фототранзисторы. Важность широкой полосы пропускания зависит от требований приложения, и во многих случаях фототранзистор будет вполне адекватным выбором. В то же время вы не захотите спроектировать свою систему на основе фототранзистора, а затем быть вынужденным пересмотреть конструкцию через год, когда кто-то захочет на порядок увеличить максимальную рабочую частоту.
  • Важные рабочие характеристики фототранзисторов более чувствительны к температуре, чем фотодиодов. Это не проблема, если ваше устройство всегда будет работать при комнатной температуре. Если вы работаете с автомобильными или военными системами, колебания характеристик фототранзистора, вызванные температурой, могут вызывать головную боль.

Заключение

Фототранзисторы обеспечивают более высокий выходной ток, генерируемый светом, но накладывают некоторые ограничения на производительность. Я предпочитаю фотодиоды; но, тем не менее, должно быть довольно много приложений, в которых имеет смысл использовать фототранзистор, что дает возможность исключить стоимость и сложность трансимпедансного усилителя.

Оригинал статьи:

Теги

Биполярный транзисторТрансимпедансный усилительФотодиодФототранзистор

Сохранить или поделиться

Фотоэлектронные приборы (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы)

Работа фотоэлектронных приборов основана на явлениях, вызываемых действием лучистой энергии. По характеру действия светового потока на фотоэлектронный прибор различают приборы с фотоэффектом: внутренним — на основе полупроводников, в которых под действием фотонов происходит генерация носителей зарядов — электронов проводимости и «дырок»; внешним, у которых под действием светового потока возникает фотоэлектронная эмиссия.

К фотоэлектронным приборам с внутренним фотоэффектом относятся фоторезисторы, фотогальванические элементы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры.

К фотоэлектронным приборам с внешним фотоэффектом относятся электровакуумные и газонаполненные фотоэлементы и фотоэлектронные умножители.

Что такое фоторезисторы?

Фоторезисторы обладают свойством изменять свою электропроводность под действием светового потока. Материалом для фоторезисторов служат селен, сернистый свинец, сернистый кадмий, сернистый висмут и другие полупроводники. Для изготовления фоторезистора на изоляционную пластину методом напыления наносят слой полупроводника, на который, в свою очередь, наносят слой металла (платины, золота) в виде двух гребенок.

Непосредственный контакт между гребенками отсутствует, в результате между зубцами гребенок оказывается слой светочувствительного полупроводника. При освещении слоя полупроводника увеличивается число электронов, переходящих в зону проводимости, увеличивается электропроводность, вследствие чего изменяется сопротивление между напыленными участками металла.

Вольт-амперные характеристики фоторезисторов линейные. На рис. 1 показаны устройство фоторезистора (вид а), схема его включения (вид б) и вольт-амперная характеристика (вид в). В условном обозначении фоторезисторов имеются буквы русского алфавита — ФС.

Рис.1. Фоторезистор

Что такое фотодиоды?

Фотодиоды — полупроводниковые приборы, в основу действия которых положено свойство электронно-дырочного перехода изменять обратное сопротивление под действием светового потока. На рис. 2 показаны устройство (вид а) и схема включения (вид б) фотодиода. Когда фотодиод не освещен, в цепи резистора R проходит обратный ток очень небольшой величины.

Рис.2. Фотодиод


При освещении фотодиода увеличивается число «дырок» в области полупроводника с электронной проводимостью. При включении напряжения эти «дырки» проходят через электронно-дырочный переход, вызывая увеличение тока в цепи нагрузки.

Фотодиоды могут работать в двух режимах: режим А характеризуется отсутствием внешнего источника напряжения, фотодиод работает как вентильный фотоэлемент; режим В характеризуется работой фотодиода с внешним источником напряжения и называется фотодиодным. При освещении фотодиода его ток возрастает за счет фототока приблизительно пропорционально освещенности.

В условном обозначении фотодиодов имеются буквы русского алфавита — ФД.

Что такое фототранзисторы?

Фототранзисторы представляют собой полупроводниковые приборы с двумя р — n — переходами. Облучению подвергается область базы. Под действием света в базовой области образуются свободные носители зарядов —электроны и «дырки». «Дырки», направляясь к коллекторному переходу, проходят в область коллектора и вызывают увеличение обратного тока Ir. Если напряжение между базой и эмиттером неизменно, то работа фототранзистора аналогична работе фотодиода. Такой фототранзистор не имеет вывода базы, но имеет повышенную чувствительность по сравнению с фотодиодом. Вывод базы в фототранзисторах используют для создания смещения, необходимого для получения линейной характеристики при измерении малых световых сигналов.

В условном обозначении фототранзисторов имеются буквы русского алфавита — ФТ.

Фотодиоды и фототранзисторы используют в качестве чувствительных элементов в системах телеконтроля, автоматических устройств, в аппаратуре считывания числового материала, фототелеграфии и т. д. Основной их недостаток — зависимость параметров от температуры.

Вентильные фотоэлементы

Вентильные фотоэлементы представляют собой полупроводниковые устройства, в которых световая энергия непосредственно преобразуется в электрическую. Они не требуют посторонних источников тока, так как сами являются ими.

Вентильный фотоэлемент состоит из металлической пластины, служащей одним электродом, со слоем полупроводника, поверх которого нанесен второй полупрозрачный электрод, чаще всего выполненный напылением слоя золота в вакууме. Запирающий слой образуется на границе полупроводникового слоя и полупрозрачного электрода.

В качестве полупроводникового материала применяют сернистые и селенистые соединения. Световая энергия, проникающая через полупрозрачный слой металла на электронно-дырочный переход, ионизирует атомы кристаллического полупроводника, создавая при этом новые пары носителей заряда— электроны и «дырки». Это приводит к образованию избытка «дырок» в слое р и избытка электронов в слое n. Разность потенциалов между слоями р и n вызывает ток, величина которого пропорциональна освещенности фотоэлемента.

Вентильные фотоэлементы применяют для изготовления солнечных батарей, непосредственно преобразующих солнечную энергию в электрическую. На судах вентильные фотоэлементы применяют в качестве датчиков в аппаратуре фотоэлектронной автоматики, в фотоэлектрических и релейных схемах. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом на судах не применяют.

⇓ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ⇓

⇒ВНИМАНИЕ⇐

  • Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
  • Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье. Мы будем очень признательны!
  • Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье.
  • Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.

⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓

Основы фототранзистора

В этом руководстве мы узнаем о фототранзисторах, характеристиках фототранзисторов, о том, что следует учитывать при выборе фототранзистора, и нескольких примерах схем, использующих фототранзистор в качестве датчика освещенности.

Введение

Прежде чем вдаваться в подробности фототранзисторов, давайте освежим наше понимание датчиков и, в частности, оптических датчиков.

С точки зрения инженеров-электронщиков, датчик — это устройство, которое реагирует на физическое явление или свойство электрическим сигналом.Входом датчика может быть физическая величина, такая как свет, звук, температура и т. Д., Но на выходе — электрический сигнал, такой как напряжение, ток или даже заряд, который может обрабатываться, усиливаться, передаваться и изменяться электронными схемами и устройствами.

Приведенное выше определение датчика может привести к другой интерпретации датчика, то есть датчик — это преобразователь энергии, поскольку независимо от измеряемой величины входная энергия преобразуется в электрическую.

Существует множество разновидностей и типов датчиков, таких как датчик температуры, датчик давления, датчик влажности и т. Д.но датчик, представляющий интерес для этого обсуждения, — это оптические датчики.

Что такое оптические датчики (датчики света)?

Оптические датчики

также называются датчиками света или фотодатчиками. Оптический датчик — это устройство, которое измеряет интенсивность света, обычно электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного.

Поскольку атипичный датчик освещенности связан с поглощением фотонов чувствительным материалом, почти все датчики света делятся на два типа.Их:

  • Квантовые датчики
  • Термодатчики

Оптические датчики, которые подпадают под категорию квантовых детекторов, обычно работают в ультрафиолетовом и среднем инфракрасном диапазоне ЭМ-спектра, тогда как те, которые подпадают под тепловые детекторы, работают в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне ЭМ-спектра.

Фотоэлектрические и фотопроводящие устройства, такие как фотодиоды, фоторезисторы (также известные как светозависимые резисторы или LDR), фототранзисторы и т. Д. Являются примерами твердотельных i.е. полупроводниковые датчики света квантового типа.

Что такое фототранзистор?

Прежде чем разбираться в фототранзисторах, давайте сначала вкратце разберемся, что такое фотодиод. Проще говоря, фотодиод — это оптический сенсорный диод с PN переходом, но в состоянии обратного смещения, так что ток очень низкий.

Когда фотон с достаточной энергией (следовательно, зависит от длины волны света) попадает в фотодиод, электрон освобождается с энергией, чтобы пройти через барьер i.е. при обратном смещении, когда свет попадает на переход, происходит увеличение тока.

Имея это в виду, фототранзистор — это устройство фотоперехода (то есть фотодиод), которое похоже на обычный транзистор, за исключением того, что у него есть светочувствительный вывод базы (или, если быть точным, коллектор — переход базы).

Другими словами, фототранзистор можно рассматривать как фотодиод с усилителем тока. Фототранзистор преобразует фотоны в заряд напрямую, как фотодиод, и в дополнение к этому фототранзистор также обеспечивает усиление по току.

Обозначение фототранзистора показано ниже.

Как и обычные транзисторы, фототранзисторы также имеют большое усиление, но главное отличие заключается в размере перехода база-коллектор. В фототранзисторах размер перехода база-коллектор больше, поскольку это светочувствительная область датчика.

Больший размер перехода приводит к значительно большей емкости перехода, и в результате фототранзисторы имеют более низкую частотную характеристику, чем фотодиоды, несмотря на высокое усиление.

Принцип работы

Принцип работы фототранзистора аналогичен фотодиоду в сочетании с усилительным транзистором. Свет, падающий на базу фототранзистора, вызывает небольшой ток.

Этот ток затем усиливается нормальным действием транзистора, что приводит к значительному увеличению. Обычно по сравнению с аналогичным фотодиодом фототранзистор может обеспечивать ток, в 50-100 раз превышающий ток фотодиода.

Характеристики фототранзистора

Поскольку фототранзисторы в основном представляют собой биполярные NPN-транзисторы с большим переходом база-коллектор, характеристики фототранзистора аналогичны характеристикам простого BJT.

Фототранзисторы выпускаются как двух- или трехвыводные. В двухпроводном фототранзисторе клемма базы электрически недоступна, и устройство полностью зависит от света.

Клемма коллектора обычно имеет более высокий потенциал, чем эмиттер, чтобы вызвать обратное смещение на переходе база-коллектор.Когда на фототранзистор не попадает свет, от коллектора к эмиттеру протекает небольшой ток утечки, известный как темновой ток.

Когда на клемму базы попадает достаточно света, вырабатывается базовый ток, который пропорционален интенсивности света.

Базовый ток запускает процесс усиления и течет ток коллектора с высоким коэффициентом усиления. На следующем изображении показана кривая токовых характеристик коллектора.

Из приведенной выше кривой видно, что с увеличением интенсивности света ток коллектора также увеличивается.

Как упоминалось ранее, фототранзисторы также доступны в виде трехполюсников. В этом случае использование базового терминала необязательно. При использовании он действует как обычный BJT, а когда не используется, он действует как фототранзистор.

Свойства фототранзисторов

При выборе фототранзистора следует учитывать несколько факторов или свойств, чтобы фототранзистор мог использоваться наилучшим образом.

Некоторые из важных свойств:

  • Длина волны
  • Линейность
  • Чувствительность
  • Время отклика
  • Размер
  • Стоимость

Давайте немного обсудим эти соображения.

Как упоминалось ранее, только фотон определенной энергии может возбуждать электроны, а это означает, что длина волны света является важным фактором. Фототранзисторы обычно имеют определенный диапазон длин волн, который они могут воспринимать.

Еще одним важным свойством фототранзистора является линейность выхода. Насколько линейно мощность изменяется в зависимости от интенсивности света, является важным соображением.

Чувствительность фототранзистора — это отношение выходного сигнала к входной интенсивности падающего света. Кроме того, время отклика будет зависеть от того, как быстро выходной сигнал реагирует на изменения интенсивности света.

Следует учитывать еще две вещи, которые не имеют ничего общего с характеристиками фототранзистора i.е. его размер и стоимость.

Примеры схем с использованием фототранзисторов

Реле со световым приводом на фототранзисторе

Когда на фототранзистор Q1 попадает достаточно света, он включается и подает базовый ток на транзистор Q2. В результате Q2 включается, а реле находится под напряжением.

Реле управления темнотой с использованием фототранзистора

С небольшими изменениями в схеме реле, управляемой светом, вы можете реализовать реле, управляемое темнотой.Когда темно или интенсивность света меньше, фототранзистор выключен, и это позволяет правильно смещать транзистор Q2. В результате он включается и подает питание на реле.

Сигнализация прерывания света

Используя фототранзисторы, вы можете реализовать простую систему сигнализации, как показано выше. Когда свет падает на фототранзистор, что является обычным случаем, он включается, а затвор SCR находится в НИЗКОМ состоянии. Следовательно, SCR остается выключенным.

Когда свет прерывается, в случае проникновения фототранзистор выключается, и это обеспечивает достаточный потенциал на затворе SCR, чтобы включить его.В результате активируется аварийный сигнал, и его можно сбросить с помощью переключателя.

Применение фототранзисторов

  • Управление освещением
  • Системы охранной сигнализации
  • Индикаторы уровня
  • Датчики приближения
  • Считыватели перфокарт
  • Энкодеры

Что такое фототранзистор? Определение, конструкция, работа, характеристика фототранзистора

Определение : Фототранзистор — это устройство, которое способно определять уровень падающего излучения и, соответственно, изменять поток электрического тока между эмиттером и выводом коллектора.Это трехслойное полупроводниковое устройство, которое состоит из светочувствительной базовой области . По сути, это транзистор, действие которого зависит от освещения. Отсюда и название фототранзистора.

Фототранзистор — это, по сути, усовершенствование фотодиода. И фотодиод, и фототранзистор являются светочувствительными устройствами, но чувствительность фототранзистора несколько выше, чем у фотодиода. Поскольку фототранзистор имеет возможность давать большее усиление, чем у фотодиода.Он похож на обычный BJT , но с той лишь разницей, что в фототранзисторе практически существует базовая область, но она не подключена к внешнему источнику питания.

Это означает, что, как и в обычном BJT, базовый ток используется для управления схемой, однако в фототранзисторе световая энергия, падающая на базовую область, действует как общий вход устройства.

Говорят, что фототранзистор демонстрирует совместную работу фотодиода и обычного транзистора .Работает по принципу Фотоэлектрический эффект . Поскольку он изменяет световой сигнал, падающий на его поверхность, в его электрическую эквивалентную форму. А действие транзистора позволяет ему выполнять усиление тока, протекающего через него.

Содержание: Фототранзистор

  1. Строительство
  2. Символ
  3. рабочий
  4. Кривая характеристик
  5. Преимущества
  6. Недостатки
  7. Приложения
  8. Ключевые слова

Конструкция фототранзистора

Как мы уже говорили, фототранзистор — это не что иное, как обычный транзистор, действие которого зависит от падающего излучения, падающего на его базу.Во время создания фототранзистора область базы и коллектора имеет большую площадь по сравнению с обычным BJT.

На рисунке ниже представлена ​​конструктивная структура фототранзистора NPN:

Здесь, как мы видим, свет в основном может падать на коллекторный переход базы. Первоначально фототранзисторы были изготовлены из кремния или германия в качестве основного материала, который в результате обеспечивает структуру гомоперехода.Однако в последнее время они строятся с использованием таких материалов, как галлий или арсенид. Тем самым обеспечивается структура гетероперехода. Это потому, что эти структуры демонстрируют большую эффективность преобразования. Это означает, что они более способны преобразовывать световую энергию в электрическую по сравнению с гомопереходными транзисторами.

Фототранзисторы в основном заключены в металлический корпус, который состоит из линзы в верхней части для сбора падающего излучения.

Символ фототранзистора

На рисунке ниже представлено символическое изображение фототранзистора:

Здесь символическое представление почти аналогично обычному BJT, но единственным отличием является наличие двух стрелок внутрь в базовой области, которые показывают падение светового излучения.

Работа фототранзистора

Работа фототранзистора зависит от интенсивности излучения, падающего на его базовую область. Однако его работа почти аналогична работе обычного транзистора; вариация заключается во входном токе, который управляет схемой. А в случае фототранзистора падающий свет генерирует ток возбуждения.

На рисунке ниже представлена ​​схема смещения фототранзистора:

На схеме хорошо видно, что базовая область не подключена к внешнему питающему напряжению и используется как область падения излучения.Только область коллектора подключена к положительной стороне источника питания вместе с эмиттером, который подключен к отрицательной стороне. Однако выходной сигнал берется на выводе эмиттера транзистора.

Когда не допускается попадание какого-либо света в базовую область транзистора, из-за изменения температуры движение неосновных носителей через переход генерирует очень небольшой ток через транзистор, который является током обратного насыщения, в основном называемым темновым током.Здесь базовый ток I B в основном равен 0 . Здесь в этом случае выходной ток будет меньше по сравнению с предусмотренным питанием. Но когда определенное количество световой энергии попадает на базу транзистора, генерируется пара электронов и дырок. Приложенное электрическое поле заставляет электроны перемещаться в область эмиттера, тем самым генерируя большой электрический ток.

На рисунке ниже представлена ​​схема фототранзистора:

По мере увеличения интенсивности света, падающего в области основания, ток через устройство также увеличивается.Здесь генерируемый фототок в значительной степени зависит от освещения, обеспечиваемого основанием.

Характеристика фототранзистора

На рисунке ниже представлена ​​характеристика фототранзистора:

Здесь ось абсцисс представляет напряжение, приложенное к выводу коллектор-эмиттер транзистора, а ось ординат представляет ток коллектора, протекающий через устройство, в миллиамперах. Поскольку все кривые на приведенном выше рисунке ясно показывают, что ток увеличивается с интенсивностью излучения, которое попадает в базовую область.

Кроме того, на рисунке ниже показано изменение базового тока с изменением интенсивности света.

Здесь ось x представляет уровень освещенности, тогда как ось y представляет собой эквивалентный генерируемый базовый ток.

Преимущества фототранзистора

  1. Это высокочувствительное оптоэлектронное устройство.
  2. Это менее сложно и недорого.
  3. Фототранзисторы
  4. обеспечивают большой выходной ток с высоким коэффициентом усиления.

Недостатки фототранзистора

  1. Обеспечивает низкочастотный отклик.
  2. В случае, когда обеспечивается небольшое количество освещения, схема не может эффективно его обнаруживать.
  3. Скачки напряжения более сильны в фототранзисторах, чем в фотодиоде.
  4. На фототранзисторы
  5. влияет изменение электромагнитной энергии.

Применение фототранзистора

Область применения фототранзисторов:

  • В управлении и обнаружении света : Поскольку фототранзисторы являются очень чувствительным датчиком света. Таким образом, они широко используются в приложениях для обнаружения и управления освещением.
  • Для индикации уровня и реле : Устройство находит свое применение для индикации уровня некоторых систем из-за их светочувствительности.
  • В счетных системах : Фототранзисторы могут эффективно использоваться в счетных системах. Поскольку он обладает огромной способностью одновременно работать как фотодиод и транзисторы. Таким образом, отказ питания не вызовет серьезных негативных последствий для системы.
  • В считывателях перфокарт : Фототранзисторы широко используются для считывания перфокарт.

Ключевые термины, относящиеся к фототранзистору

  • Фотодиод : Фотодиод — это полупроводниковый прибор с двумя выводами, который генерирует электрический ток, когда pn переход освещается световой энергией. Он работает по принципу фотоэлектрического эффекта.
  • Темновой ток : Обратный ток, протекающий через устройство, когда на него не подается световая энергия. Этот ток в основном протекает из-за движения неосновных носителей заряда.
  • BJT : BJT — это аббревиатура, используемая для обозначения биполярного переходного транзистора. Это устройство с 3 выводами, эмиттер, база и коллектор, которое используется для переключения и усиления.

Хотя фототранзисторы являются высокочувствительными устройствами, устройство несколько медленное. Это явно означает, что при повышенной чувствительности основной недостаток связан с его на и на времени.

Что такое фототранзистор »Электроника

Фототранзисторы — это биполярный транзистор, чувствительный к свету. Имея коэффициент усиления транзистора, они намного более чувствительны, чем фотодиоды.


Фототранзистор Включает:
Основы фототранзистора Приложения и схемы Фотодарлингтон Оптопара / оптоизолятор


Фототранзистор — это полупроводниковое устройство, способное определять уровни света и изменять ток, протекающий между эмиттером и коллектором, в зависимости от уровня света, который он получает.

Фототранзисторы и фотодиоды могут использоваться для восприятия света, но фототранзистор более чувствителен с учетом усиления, обеспечиваемого тем фактом, что это биполярный транзистор. Это делает фототранзисторы более подходящими для ряда приложений.

Идея фототранзистора известна много лет. Уильям Шокли впервые предложил эту идею в 1951 году, вскоре после открытия обычного биполярного транзистора. Прошло всего два года, прежде чем был продемонстрирован фототранзистор.С тех пор фототранзисторы использовались во множестве приложений, и с тех пор их разработка продолжается.

Фототранзисторы

широко доступны и могут быть легко получены довольно дешево у дистрибьюторов электронных компонентов — ввиду их использования во многих электронных схемах и приложениях, они доступны как часть стандартного перечня полупроводниковых устройств.

Типичный фототранзистор
Обратите внимание на линзу вверху и на тот факт, что у нее только два вывода, потому что основание часто остается разомкнутой, а внешнее соединение не предусмотрено.

Применение фототранзисторов

Тот факт, что фототранзисторы просты в использовании и хорошо работают в пределах своих ограничений, означает, что эти полупроводниковые устройства используются в самых разных электронных схемах.

Часто это приложения, где световой луч прерывается, но иногда их можно использовать для определения уровня освещенности.

  • Энкодеры, в которых вращается вращающийся диск со светлыми и темными полосами — это определяет скорость и направление или вращение.
  • Картридеры.
  • Системы безопасности
  • Инфракрасные извещатели.
  • Управление освещением.
  • Оптроны
  • Системы подсчета — световой или инфракрасный луч прерывается для каждого подсчитываемого предмета.
  • Управление освещением.

Конечно, эти электронные компоненты используются во многих других областях.

Работа фототранзистора

Фототранзистор использует базовую концепцию биполярного транзистора как основу своей работы. Фактически, фототранзистор можно сделать, подвергнув полупроводник обычного транзистора свету. Очень первые фототранзисторы создавались, не покрывая пластиковую оболочку биполярного транзистора черной краской.

Типичный небольшой инфракрасный фототранзистор

Фототранзистор работает, потому что свет, падающий на полупроводник, освобождает электроны / дырки и заставляет ток течь в области базы.

Фототранзисторы работают в активном режиме, хотя соединение с базой обычно остается разомкнутым или отключенным, потому что это часто не требуется.База фототранзистора будет использоваться только для смещения транзистора, чтобы протекал дополнительный ток коллектора, и это скрывало бы любой ток, протекающий в результате фотоэффекта. Для работы условия смещения достаточно простые. Коллектор NPN-транзистора сделан положительным по отношению к эмиттеру или отрицательным для PNP-транзистора.

Свет проникает в базовую область, где генерируются дырочные электронные пары. Эта генерация в основном возникает в переходе база-коллектор с обратным смещением. Пары дырка-электрон движутся под действием электрического поля и обеспечивают ток базы, заставляя электроны инжектироваться в эмиттер. В результате ток фотодиода умножается на коэффициент усиления β транзистора по току.

Характеристики фототранзистора могут превосходить характеристики фотодиода для некоторых приложений с точки зрения его усиления. В качестве приблизительного ориентира, если фотодиод может обеспечивать протекание тока около 1 мкА в типичных комнатных условиях, фототранзистор может пропускать ток 100 мкА.Это очень грубые приближения, но они показывают порядок величины различных значений и сравнений.

Винтажный фототранзистор OCP71 — это был транзистор OC71 PNP с непрозрачной оболочкой.

Одним из недостатков фототранзистора является то, что он очень медленный и его высокочастотная характеристика очень плохая. Фотодиоды — это гораздо более быстрые электронные компоненты, и они используются там, где важна скорость, несмотря на их низкую чувствительность.

Обозначение схемы фототранзистора

Стандартные символы схем необходимы для каждого типа электронных компонентов, что позволяет легко рисовать принципиальные схемы и узнавать их для всех. Обозначение фототранзистора состоит из символа основного биполярного транзистора с двумя стрелками, указывающими на соединение биполярного транзистора. Это схематично изображает работу фототранзистора.

Обозначение схемы фототранзистора (для устройства, основанного на транзисторе NPN)

Фототранзисторы могут быть основаны как на транзисторах NPN, так и на транзисторах PNP, и поэтому вполне возможно иметь фототранзистор PNP, и для этого направление стрелки на эмиттере меняется на противоположное. обычным способом.

Видно, что показанный символ фототранзистора не дает соединения с базой. Часто база остается отключенной, поскольку свет используется для обеспечения протекания тока через фототранзистор. В некоторых случаях база может быть смещена для установки необходимой рабочей точки. В этом случае база будет отображаться на символе фототранзистора обычным образом.

Структура фототранзистора

Хотя обычные биполярные транзисторы проявляют светочувствительные эффекты при воздействии света, структура фототранзистора специально оптимизирована для фотоприложений. Фототранзистор имеет гораздо большие площади базы и коллектора, чем у обычного транзистора. Эти устройства обычно изготавливались с использованием диффузионной или ионной имплантации.

Планарная фототранзисторная структура с гомопереходом

В ранних фототранзисторах во всем устройстве использовался германий или кремний, что давало структуру с гомопереходом. В более современных фототранзисторах используются полупроводниковые материалы типа III-V, такие как арсенид галлия и подобные. Разновидности NPN-транзисторов более популярны в связи с тем, что используются системы с отрицательным заземлением, и NPN-транзисторы лучше подходят для этого режима работы.

Гетероструктуры, в которых используются разные материалы по обе стороны от PN-перехода, также популярны, потому что они обеспечивают высокую эффективность преобразования. Как правило, они изготавливаются путем эпитаксиального выращивания материалов с соответствующей структурой решетки.

Эти фототранзисторы обычно используют мезаструктуру. Иногда переход Шоттки (металлический полупроводник) может использоваться для коллектора в фототранзисторе, хотя в наши дни такая практика менее распространена, поскольку другие структуры предлагают более высокие уровни производительности.

Чтобы обеспечить оптимальное преобразование и, следовательно, чувствительность, контакт эмиттера часто смещен в структуре фототранзистора. Это гарантирует, что максимальное количество света достигает активной области фототранзистора.

Характеристики фототранзистора

Как уже упоминалось, фототранзистор имеет высокий уровень усиления, обусловленный действием транзистора. Для гомоструктур, то есть тех, которые используют один и тот же материал во всем полупроводниковом устройстве, это может быть порядка от 50 до нескольких сотен.

Однако для устройств с гетероструктурой уровни усиления могут достигать десяти тысяч. Несмотря на их высокий уровень усиления, устройства с гетероструктурой не получили широкого распространения, поскольку эти полупроводниковые устройства значительно дороже в производстве. Еще одно преимущество всех фототранзисторов по сравнению с лавинным фотодиодом, еще одним устройством, обеспечивающим усиление, заключается в том, что фототранзистор имеет гораздо более низкий уровень шума. Лавинные диоды всех форм известны высоким уровнем шума, который они создают в результате лавинообразного процесса.

Одним из основных недостатков фототранзистора является то, что он не имеет особенно хорошей высокочастотной характеристики. Это происходит из-за большой емкости, связанной с переходом база-коллектор. Это соединение должно быть относительно большим, чтобы оно могло улавливать достаточное количество света. Для типичного гомо-структурного устройства полоса пропускания может быть ограничена примерно 250 кГц. Устройства с гетеропереходом имеют гораздо более высокий предел, и некоторые из них могут работать на частотах до 1 ГГц.

Характеристики фототранзистора при разной интенсивности света. Они очень похожи на характеристики обычного биполярного транзистора, но с разными уровнями базового тока, замененными разными уровнями интенсивности света.

В фототранзисторе протекает небольшой ток, даже когда нет света. Это называется темновым током и представляет собой небольшое количество носителей, которые вводятся в эмиттер.Как и фото-генерируемые носители, он также подвергается усилению за счет действия транзистора.

Сводка преимуществ и недостатков фототранзисторов

Хотя эти полупроводниковые устройства используются в огромном количестве электронных устройств, схем и приложений, их преимущества и недостатки необходимо взвесить, чтобы определить, являются ли они правильным электронным компонентом для данного приложения. Фоторезисторы или светозависимые резисторы LDRs; фотодиоды; фотодарлингтоны, фото-полевые транзисторы и даже фототиристоры и симисторы — все это доступно и может подойти для любого конкретного применения.

Преимущества фототранзистора

  • Имеют относительно высокое усиление и поэтому относительно чувствительны.
  • Эти электронные компоненты относительно дешевы, поскольку фактически представляют собой транзистор, открытый для света.
  • Они могут быть включены в интегральную схему.
  • Предложите разумную скорость.

Недостатки фототранзистора

  • Эти устройства не могут работать с высокими напряжениями других полупроводниковых устройств, таких как фототиристоры и симисторы.
  • В приложениях, где они подвергаются скачкам и скачкам переходного напряжения, они открыты для повреждения
  • Не так быстро, как другие светочувствительные электронные компоненты, такие как фотодиоды.

Это некоторые из основных преимуществ и недостатков этих электронных компонентов.

Фототранзисторы

— это полупроводниковые устройства, основанные на базовом биполярном транзисторе, и они доступны как транзисторы NPN или PNP. Наряду с другими электронными компонентами и полупроводниковыми приборами они доступны практически у всех дистрибьюторов электронных компонентов, и часто их стоимость очень низкая.

Другие электронные компоненты:
резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Конфигурации схем и применение фототранзисторов »Электроника

Фототранзисторы

используются во многих различных приложениях, и используемые схемы обычно представляют собой общий эмиттер или общий коллектор.


Фототранзистор Включает:
Основы фототранзистора Приложения и схемы Фотодарлингтон Оптопара / оптоизолятор


Фототранзисторы являются идеальными фотодетекторами и могут использоваться во множестве различных приложений. Фототранзисторные схемы обычно относительно просты, особенно детектор требуется только для обнаружения наличия или отсутствия определенного источника света.

Применение фототранзисторов

Фототранзисторы находят применение во многих областях, благодаря простоте использования и их применения.

  • Оптоизоляторы — здесь в качестве светового датчика используется фототранзистор, излучатель света расположен относительно близко, но с другим потенциалом. Физический зазор между излучателем света и детектором обеспечивает значительную степень электрической изоляции.
  • Определение положения — в этом приложении оптоизолятор может использоваться для определения положения движущегося элемента, часто движущийся элемент имеет свет или прерывает луч света, который обнаруживает фототранзистор.
  • Системы безопасности — фототранзистор можно использовать по-разному в системах безопасности, часто обнаруживая, присутствует ли луч света или был нарушен злоумышленником.
  • Счетчики монет — фототранзистор можно использовать в монетах и ​​других приложениях для счета. Луч света прерывается каждый раз, когда монета или другой предмет проходит через заданную точку. Количество раз, когда луч прерывается, равно количеству монет или предметов, которые нужно пересчитать.
  • Многое другое. . .

Фототранзистор можно использовать в различных схемах и разными способами в зависимости от области применения. Фототранзистор является недорогим устройством, который широко используется в электронных схемах, а также прост в установке.

Конфигурации схем фототранзисторов

Фототранзистор можно использовать в различных схемах. Как и более обычные транзисторы, фототранзистор можно использовать в схемах с общим эмиттером и общим коллектором. Цепи с общей базой обычно не используются, потому что базовое соединение часто остается плавающим внутри и может быть недоступно.Если требуется подключение к базе, то необходимо купить фототранзистор с возможностью подключения базы.

Выбор конфигурации схемы фототранзистора с общим эмиттером или общим коллектором зависит от требований к схеме. Две конфигурации схемы фототранзистора имеют немного разные рабочие характеристики, и они могут определять используемую схему.

Схема фототранзистора с общим эмиттером

Конфигурация схемы фототранзистора с общим эмиттером, вероятно, является наиболее широко используемой, как и ее более обычная схема на прямом транзисторе. На коллектор подается напряжение питания через нагрузочный резистор коллектора, а выходное напряжение снимается с соединения коллектора на фототранзисторе. Схема генерирует выходной сигнал, который переходит из состояния высокого напряжения в состояние низкого напряжения при обнаружении света.

Схема фактически действует как усилитель. Ток, создаваемый светом, влияет на базовую область. Это обычно усиливается за счет усиления тока транзистора.

Схема фототранзистора с общим эмиттером

Схема фототранзистора с общим коллектором

Конфигурация схемы фототранзистора с общим коллектором или эмиттерным повторителем фактически имеет ту же топологию, что и обычная схема транзистора с общим эмиттером — эмиттер заземляется через нагрузочный резистор, а выход для схемы берется из эмиттерного соединения устройства .

Схема генерирует выходной сигнал, который переходит из низкого состояния в высокое при обнаружении света.

Схема фототранзистора с общим коллектором

Работа схемы фототранзистора

Схемы фототранзисторов могут использоваться в одном из двух основных режимов работы. Их называют активным или линейным режимом и режимом переключения.

Работа в «линейном» или активном режиме обеспечивает реакцию, которая очень широко пропорциональна световому стимулу. В действительности фототранзистор не дает особенно линейного выхода входному стимулу, и именно по этой причине этот режим работы более правильно назвать активным режимом.

Работа схемы фототранзистора в режиме переключения более широко используется ввиду нелинейного отклика фототранзистора на свет. Когда света мало или нет, ток в транзисторе практически не протекает, и можно сказать, что он находится в выключенном состоянии. Однако по мере увеличения уровня света начинает течь ток. В конце концов достигается точка, в которой фототранзистор становится насыщенным и уровень тока не может увеличиваться. В этой ситуации говорят, что фототранзистор насыщен.Таким образом, режим переключения имеет два уровня: — «включено» и «выключено», как в цифровой или логической системе. Этот тип режима фототранзистора полезен для обнаружения объектов, отправки данных или чтения кодировщиков и т. Д.

В большинстве схем, не использующих базовое соединение (даже если оно имеется), единственный способ изменить режим работы схемы — это изменить значение резистора нагрузки. Это устанавливается путем оценки максимального тока, ожидаемого от встречающихся уровней освещенности.

Используя это предположение, можно использовать следующие уравнения:

Активный режим: Vcc> RL x Ic

Режим переключения: VCC

Где:
R L = нагрузочный резистор (т.е.е. Rc или Re на диаграммах выше).
I C = максимальный ожидаемый ток.
В CC = напряжение питания.

Использование базового соединения в схемах фототранзисторов

На некоторых фототранзисторах доступно базовое подключение. Доступ к базовому соединению позволяет более точно настроить условия схемы фототранзистора для некоторых приложений.

Схема фототранзистора с общим эмиттером с использованием базового резистора

Высокие значения базового резистора R b не позволяют низким уровням света повышать уровни тока в цепи коллектора-эмиттера и, таким образом, обеспечивать более надежный цифровой выход. Все остальные аспекты функции схемы остаются прежними.

Основные концепции схем на фототранзисторах довольно просты. Обычно для них требуется небольшая конструкция, хотя может потребоваться некоторая оптимизация, чтобы минимизировать остаточный ток, а в коммутационных приложениях — небольшой ток «выключения». Однако схемы обычно надежны и легко проектируются.

Другие электронные компоненты:
резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Что такое фототранзистор? — Определение, символ, конструкция, работа и их сравнение с фотодиодом

Определение : Фототранзистор — это трехслойное полупроводниковое устройство, которое имеет светочувствительную базовую область. База воспринимает свет и преобразует его в ток, протекающий между коллектором и эмиттером.

Конструкция фототранзистора аналогична конструкции обычного транзистора, за исключением вывода базы.В фототранзисторе базовый вывод не предусмотрен, и вместо базового тока на вход берется световая энергия.

Символ фототранзистора

Символ фототранзистора аналогичен символу обычного транзистора. Единственное отличие состоит в том, что две стрелки показывают свет, падающий на основание фототранзистора.

Принцип фототранзистора

Предположим, что в обычном транзисторе используется открытая клеммная база.Ток утечки базы коллектора действует как базовый ток I CBO .

I C = βI B + (1 + B) I CBO

Поскольку базовый ток I B = 0, действует как разомкнутая цепь. И становится коллекторный ток.

I C = (1 + B) I CBO

Приведенные выше уравнения показывают, что ток коллектора прямо пропорционален току утечки базы тока, то есть I C увеличивается с увеличением области базы коллектора.

Работа фототранзистора

Фототранзистор изготовлен из полупроводникового материала. Когда свет падает на материал, свободные электроны / дырки полупроводникового материала вызывают ток, который течет в базовой области. База фототранзистора будет использоваться только для смещения транзистора. В случае транзистора NPN коллектор сделан положительным относительно эмиттера, а в PNP коллектор остается отрицательным.

Свет попадает в базовую область фототранзистора, образуя электронно-дырочные пары.Генерация электронно-дырочных пар в основном происходит при обратном смещении. Движение электронов под действием электрического поля вызывает ток в базовой области. Базовый ток инжектировал электроны в область эмиттера. Главный недостаток фототранзисторов — низкочастотный отклик.

Конструкция фототранзистора

Фототранзистор по конструкции очень похож на обычный транзистор. Ранее для изготовления фототранзистора использовались германий и кремний.На поверхности перехода коллектор-база сделано небольшое отверстие для размещения линзы. Линза фокусирует свет на поверхности.

В настоящее время транзистор изготовлен из очень легкого эффективного материала (например, галлия и арсенидов). Переход эмиттер-база поддерживается в прямом смещении, а переход коллектор-база — в обратном.

Когда свет не падает на поверхность транзистора, на транзисторе индуцируется небольшой обратный ток насыщения. Обратный ток насыщения индуцируется из-за небольшого количества неосновных носителей заряда.Световая энергия падает на переход коллектор-база и генерирует основной носитель заряда, который добавляет ток к обратному току насыщения. График ниже показывает, как величина тока увеличивается вместе с интенсивностью света.

Фототранзистор широко используется в электронных устройствах, таких как детекторы дыма, инфракрасный приемник, проигрыватели компакт-дисков, лазеры и т. Д. Для восприятия света.

Фотодиод против фототранзистора

И фотодиод, и фототранзистор преобразуют световую энергию в электрическую.Но фототранзистор в основном предпочтительнее фотодиода из-за их следующих преимуществ.

  • Коэффициент усиления по току в фототранзисторе больше, чем в фототранзисторе, даже если на него падает такое же количество света.
  • Чувствительность фототранзистора выше, чем у фотодиода.
  • Фотодиод можно преобразовать в фототранзистор, удалив его выводы эмиттера.

Время отклика фотодиода намного больше, чем фототранзистора.Выходной ток фотодиода выражается в микроамперах, и он может включаться или выключаться за наносекунды. В то время как время отклика фототранзистора составляет микросекунды, и он обеспечивает ток в миллиамперах.

Photodarlington

В фотодарлингтоне два транзистора соединены спина к спине через базу, показанную на рисунке ниже. В этой схеме фототранзистор индуцирует гораздо более высокую мощность, то есть их чувствительность возрастает.

Транзистор фотодарлингтона имеет большое время переключения.Устройства используются в интегральном усилителе и в усилителе светочувствительных тиристоров и т. Д.

фототранзисторов: что это такое и как они работают?

Что такое фототранзистор?

Фототранзисторы являются полупроводниковыми устройствами с тремя выводами (эмиттер, база и коллектор) или с двумя выводами (эмиттер и коллектор), которые имеют светочувствительную базовую область. Хотя все транзисторы обладают светочувствительностью, они специально разработаны и оптимизированы для фотоприложений.Они сделаны диффузионным способом или ионной имплантацией и имеют гораздо большие коллекторные и базовые области по сравнению с обычными транзисторами. Эти устройства могут иметь структуру с гомопереходом или гетеропереход, как показано на рис. 1a и 1b соответственно.

В случае фототранзисторов с гомопереходом все устройство будет выполнено из одного материала; либо кремний, либо германий. Однако для повышения их эффективности фототранзисторы могут быть изготовлены из неидентичных материалов (материалов групп III-V, таких как GaAs) по обе стороны от pn-перехода, ведущего к устройствам с гетеропереходом.Тем не менее, устройства с гомопереходом используются чаще, чем устройства с гетеропереходом, поскольку они экономичны.

Обозначение схемы для фототранзисторов npn показано на рисунке 2, который представляет собой не что иное, как транзистор (с выводом базы или без нее) с двумя стрелками, указывающими на базу, что указывает на его чувствительность к свету. Подобное символическое представление сохраняется даже в случае фототранзисторов pnp с единственным изменением, которое заключается в том, что стрелка на излучателе указывает внутрь, а не наружу.

Как работает фототранзистор?

Поведение фототранзисторов такое же, как и у обычных транзисторов, за исключением того факта, что здесь эффект, вызванный базовым напряжением, будет происходить из-за падающего света. Это можно прояснить, проанализировав следующие моменты.

  1. Характеристики фототранзисторов , аналогичны характеристикам обычных транзисторов, за исключением того, что в них базовый ток заменен на интенсивность света. Это означает, что даже у этих устройств есть три рабочих региона, а именно., отсечка, активный и насыщенный. Это также означает, что фототранзисторы могут использоваться либо для переключения (в зависимости от режима отсечки и насыщения), либо для усиления (работа в активном режиме), как и обычные транзисторы.
  2. Фототранзисторы могут быть сконфигурированы в двух различных конфигурациях, а именно, с общим коллектором и общим эмиттером, в зависимости от клеммы, которая является общей между входными и выходными клеммами, аналогично обычным транзисторам.
  3. Небольшой обратный ток насыщения, называемый темновым током, протекает через фототранзистор даже в отсутствие света, значение которого увеличивается с увеличением значения температуры, свойство, идентичное тому, что демонстрируют обычные транзисторы.
  4. Фототранзисторы склонны к необратимым повреждениям из-за пробоя, если напряжение, приложенное к переходу коллектор-эмиттер, превышает его напряжение пробоя, как и в случае обычных транзисторов.

Обычно в случае схем на фототранзисторах клемма коллектора будет подключена к напряжению питания, а выход будет получен на клемме эмиттера, а клемма базы, если она есть, останется неподключенной. При этом условии, если свет падает на базовую область фототранзистора, то это приводит к генерации электронно-дырочных пар, которые вызывают базовый ток, не что иное, как фототок, под действием приложенного электрического поля. .Это дополнительно приводит к протеканию эмиттерного тока через устройство, что приводит к процессу усиления. Это связано с тем, что здесь величина возникающего фототока будет пропорциональна яркости и будет усилена коэффициентом усиления транзистора, что приведет к большему току коллектора.
Выходной сигнал фототранзистора , , зависит от различных факторов, таких как

  • Длина волны падающего света
  • Площадь открытого перехода коллектор-база
  • Коэффициент усиления постоянного тока транзистора.

Кроме того, характеристики конкретного фототранзистора могут быть выражены через его

  • Световая чувствительность, определяемая как отношение фотоэлектрического тока к падающему световому потоку
  • Спектральный отклик, который определяет самую длинную длину волны, которая может использоваться в качестве чувствительности фототранзисторов является функцией длины волны.
  • Фотоэлектрическое усиление, которое указывает на эффективность преобразования света в усиленный электрический сигнал.
  • Постоянная времени, которая влияет на время отклика.

Однако важно отметить, что скорость отклика и коэффициент усиления фототранзистора обратно пропорциональны друг другу, что означает, что одно из них уменьшается, если другое увеличивается.

Преимущества фототранзистора

К преимуществам фототранзистора можно отнести:

  1. Простой, компактный и менее дорогой.
  2. Более высокий ток, большее усиление и меньшее время отклика по сравнению с фотодиодами.
  3. Выводит выходное напряжение в отличие от фоторезисторов.
  4. Чувствителен к широкому диапазону длин волн от ультрафиолетового (УФ) до инфракрасного (ИК) и видимого излучения.
  5. Чувствительность к большому количеству источников, включая лампы накаливания, люминесцентные лампы, неоновые лампы, лазеры, пламя и солнечный свет.
  6. Высокая надежность и стабильность во времени.
  7. Менее шумный по сравнению с лавинными фотодиодами.
  8. Доступен в большом количестве типов корпусов, в том числе с эпоксидным покрытием, литьем методом трансферного формования и поверхностным монтажом.

Недостатки фототранзистора

К недостаткам фототранзисторов относятся:

  1. Не могут работать с высокими напряжениями, если они сделаны из кремния.
  2. Склонен к скачкам и скачкам напряжения.
  3. Подвержены воздействию электромагнитной энергии.
  4. Не допускайте беспрепятственного потока электронов в отличие от электронных ламп.
  5. Плохая высокочастотная характеристика из-за большой емкости база-коллектор.
  6. Не может обнаруживать слабый свет лучше, чем фотодиоды.

Применения фототранзистора

Применения фототранзисторов включают:

  1. Обнаружение объекта
  2. Обнаружение энкодера
  3. Автоматические электрические системы управления, такие как световые детекторы
  4. Системы безопасности
  5. Считыватели перфокарт
  6. Реле
  7. Компьютер логическая схема
  8. Счетные системы
  9. Детекторы дыма
  10. Устройства лазерного обнаружения
  11. Оптические пульты дистанционного управления
  12. CD-плееры
  13. Астрономия
  14. Системы ночного видения
  15. Инфракрасные приемники
  16. Принтеры и копировальные аппараты
  17. Камеры в качестве контроллеров жалюзи
  18. Компараторы уровня

Фототранзистор | Принцип работы

СОДЕРЖАНИЕ
  • Что такое фототранзистор ?
  • Принцип работы фототранзистора
  • Используемый фототранзистор
  • Обозначение фототранзистора
  • Характеристики фототранзистора
  • Преимущества и недостатки фототранзистора

Фототранзистор является электро- оптический преобразователь, который преобразует падающий свет в электрический ток в таких приложениях, как определение положения / присутствия, измерение интенсивности света и высокоскоростное обнаружение оптических импульсов.Однако, чтобы получить максимальную отдачу от этих устройств, разработчикам необходимо уделять особое внимание схеме интерфейса, длине волны и оптико-механической настройке. В этой статье будут обсуждаться принципы работы этих устройств, некоторые важные параметрические аспекты и некоторые тонкие нюансы применения устройства, а также некоторые примеры решений.

Что такое фототранзистор?

Определение фототранзистора:

«Фототранзистор — это полупроводниковое устройство, которое может определять уровни света и изменять ток, протекающий между эмиттером и коллектором, в зависимости от уровня получаемого света.»

« Фототранзисторы в основном представляют собой трехполюсные (эмиттер-база-коллектор) или двухполюсные (эмиттер-коллектор) полупроводниковые устройства ».

Как и диоды, все транзисторы светочувствительны. Фототранзисторы разработаны специально для того, чтобы воспользоваться этим фактом. Один из распространенных вариантов — биполярный транзистор NPN со светочувствительной базой.

Фототранзистор

Здесь, в фототранзисторе свет, падающий на базу, вытесняет напряжение, фактически приложенное к базе, поэтому фототранзистор усиливает диспропорции согласно световому сигналу.Фототранзисторы могут иметь или не иметь в себе базовый вывод. Если он присутствует, то базовая область позволяет ему смещать световые воздействия фототранзистора.

  • Этот тип транзистора управляется воздействием света. Это похоже на фотодиод, управляющий BJT.
  • Фототранзистор может быть любого типа, например, BJT или FET.
  • Этот тип транзистора заключен в полимер или пластик или заключен в металлический корпус с прозрачным отверстием для света внутри него.

Обозначение фототранзистора: Обозначение фототранзистора

Примеры фототранзистора:
  • KDT00030TR
  • PS5042
  • OP50148, OP506A, OP550K TEMT1030
  • SFh414-2 / ​​3, SFH 325 FA-Z
  • QSE113E3R0
  • BPW17N, BPV11F, BPW85C и т. Д.

Принцип работы фототранзистора

Как работает фототранзистор?

Выход фототранзистора снимается с вывода эмиттера; следовательно, световые лучи попадают в базовую область.

Фототранзистор может быть трех- или двухконтактным в соответствии с нашими требованиями. База фототранзистора используется только для смещения. Для транзистора NPN база сделана + ve по отношению к выводу эмиттера, а в транзисторе PNP вывод коллектора сделан отрицательным по отношению к выводу эмиттера.

Сначала световой луч входит в базовую область фототранзистора и генерирует пары электронных дырок. Этот процесс в основном происходит при обратном смещении. Активная область транзистора этого типа используется для генерации тока. Область отсечки и насыщения используются для работы конкретного транзистора в качестве переключателя.

Фототранзистор и его работа зависит от многих внутренних и внешних факторов, таких как:

  • Интенсивность фототока будет больше при более высоком усилении постоянного тока.
  • Светочувствительность объясняется соотношением фотоэлектронного тока и падающего светового потока.
  • Длина волны также играет важную роль: чем выше длина волны, тем ниже будет частота.
  • Если площадь перехода коллектор-база станет шире, величина фототока, создаваемого фототранзистором, будет выше.

Характеристики фототранзистора:

Здесь ось X — это V CE — обозначает напряжение, приложенное к выводу коллектор-эмиттер, а ось Y — I C — обозначает ток коллектора, который проходит через цепь в мА.

Как мы видим, кривая четко показывает, что ток увеличивается с интенсивностью излучения, которое находится в базовой области.

Здесь ось X обозначает уровень освещенности, а по оси Y на нем нанесен базовый ток.

Преимущества фототранзистора:
  • КПД этого типа транзистора выше, чем у фотодиода. Коэффициент усиления по току транзистора также больше по сравнению с фотодиодом; даже если падающий свет такой же, фототранзистор будет производить больше фототока.
  • В по сравнению с фотодиодом время отклика фототранзистора больше. Таким образом, это означает, что этот тип транзистора имеет более быстрое время отклика.
  • Фототранзисторы невосприимчивы к шумовым помехам.
  • Фототранзисторы дешевле.
  • Схема транзистора этого типа менее сложна.

Недостатки фототранзистора:
  • Эффективность фототранзистора снижается из-за воздействия электромагнитного поля.
  • На более высоких частотах фототранзисторы не работают должным образом. Из-за этой проблемы он не может эффективно преобразовывать фототок на высокой частоте.
  • Электрические шипы возникают часто.

Применение фототранзисторов:
  • Фототранзисторы используются в счетных системах.
  • Этот тип транзисторов используется в вычислительной системе.
  • Этот тип транзистора может использоваться для генерации переменного напряжения.
  • Этот тип транзистора используется в энкодере.
  • Из-за высокой эффективности преобразования света в ток они широко используются в удаленных печатных машинах.
  • Наиболее важным применением этого типа транзистора является его использование в качестве детектора света. Он также может обнаруживать очень мало света.
  • Они также играют важную роль в изготовлении перфокарт.
  • Этот тип транзисторов является важным оптоэлектронным устройством, которое также используется в оптических волокнах.

Почему фототранзистор смещен в обратном направлении?

Фотодиоды смещены в обратном направлении для сужения области пространственного заряда и уменьшения емкости перехода.Это позволяет увеличить пропускную способность. Свет действует как I B , поэтому в фототранзисторе NPN коллектор имеет положительное напряжение резистивной нагрузки, а эмиттер будет заземлен.

Различия между фоторезистором и фототранзистором Более чувствительный
Характеристики Фоторезистор Фототранзистор Фототранзистор
Максимальное сопротивление в темноте Низкое Высокое
Минимальное сопротивление при ярком свете Высокое Низкое
Максимальный ток ) Сравнительно низкий
Направление Фоторезистор чувствителен к падающему свету со всех сторон.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.