Чья чувствительность выше фотодиода или фототранзистора
Перейти к содержимому

Чья чувствительность выше фотодиода или фототранзистора

  • автор:

Характеристики фототранзисторов

Фототранзистор можно рассматривать как комбинацию фотодиодов в области базы транзисторов. Следовательно, характеристики фототранзистора аналогичны характеристикам фотодиодов, масштаб которых увеличен по оси токов.

Фототранзисторный оптрон ( 9.2, б). По сравнению с фотодиодным оптроном в качестве фотоприемника в нем используется кремниевый фототранзистор. Фототранзистор работает как обычный транзистор, у которого базой служит площадка для приема излучения. Возникающий от попадания излучения на базу ток управляет коллекторным током транзистора. Выходные (коллекторные) характеристики фототранзистора подобны аналогичным характеристикам обычного транзистора, но параметром у них является не ток базы, а световой поток ( 9.7), поэтому электрический вывод базы обычно не используется. Если между эмиттером и коллектором включить напряжение, то появится ток фототранзистора. При попадании светового излучения на базу коллекторный ток возрастает. Таким образом, фототранзистор является усилителем базового тока, поэтому чувствительность его по сравнению с фотодиодом значительно выше. Коэффициент передачи тока фототранзисторного оптрона /С/ = 50н-100%.

9.7. Выходные характеристики фототранзистора

4.13. Вольт-амперные характеристики фототранзистора

На 4.13 приведены вольт-амперные характеристики фототранзистора. Они аналогичны коллекторным характеристикам обычного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Темно-вой ток у фототранзистора больше, чем у фотодиода. Энергетические характеристики фототока фототранзистора линейны. Спектральные характеристики фототранзисторов и фотодиодов, выполненных из одинаковых материалов, не отличаются друг от друга.

8.15. Вольт-амперные характеристики фототранзистора при различных световых потоках

9.7. Схема и вольт-амперные характеристики фототранзистора

Чувствительность фототранзистора, таким образом, значительно выше чувствительности фотодиода. Вольт-амперные характеристики фототранзистора с оборванной базой аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ ( 17.28). Основным параметром прибора является световой поток Ф. Частотные характеристики фототранзисторов хуже, чем для фотодиодов, из-за инерционности эмиттерного перехода за счет его емкости. Параметры фототранзисторов существенно зависят от температуры.

Вольт-амперные характеристики фототранзистора ( 14-21) напоми-

/б = 0, эмиттер инжектирует дополнительное количество положительных носителей заряда—дырок. Фототок в данном случае играет роль тока базы. Соответственно выходные характеристики фототранзистора аналогичны характеристикам биполярного транзистора ( 5.54,6), т. е. по сравнению с обычным фотодиодом фототранзистор дает усиление

Вольт-амперные характеристики фототранзистора ( 14-21) напоми-

сток — подложка и канал — подложка. Рассмотрим структуры с индуцированным каналом (р-ти-па), изготовленные из «-Si (р»4,5 Ом-см) [134]. Прозрачным электродом затвора служит окисел Sn02, источником излучения — светодиод АЛ-307 (Х«0,6 мкм). Мощность синусоидально-модулированного потока, падающего на светочувствительную площадку (под затвором), составляет примерно lO-11 Вт. На 10.6 показаны частотные характеристики фототранзистора с отключенным выводом подложки [134]. На кривой при (?/3= 1В) видны два горизонтальных’участка: низкочастотный с предельной

На 4.13 приведены вольт-амперные характеристики фототранзистора. Они аналогичны коллекторным характеристикам обычного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Темно-вой ток у фототранзистора больше, чем у фотодиода. Энергетические характеристики фототока фототранзистора линейны. Спектральные характеристики фототранзисторов и фотодиодов, выполненных из одинаковых материалов, не отличаются друг от друга.

Частотные характеристики фототранзисторов значительно хуже частотных характеристик фотодиодов за счет емкости эмиттерного перехода. Граничная частота фототранзистора составляет обычно несколько килогерц.

Чувствительность фототранзистора, таким образом, значительно выше чувствительности фотодиода. Вольт-амперные характеристики фототранзистора с оборванной базой аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ ( 17.28). Основным параметром прибора является световой поток Ф. Частотные характеристики фототранзисторов хуже, чем для фотодиодов, из-за инерционности эмиттерного перехода за счет его емкости. Параметры фототранзисторов существенно зависят от температуры.

Энергетические характеристики фототранзисторов, как и фотодиода, линейны. С увеличением напряжения f/Ka фототек несколько увеличивается вследствие модуляции ширины базы.

Вольт-амперные характеристики фототранзисторов, включенных с оборванной базой, аналогичны выходным характеристикам обычных транзисторов, включенных по схеме ОЭ. Изменяющаяся интенсивность светового потока выполняет роль управляющего базового тока.

Энергетические характеристики фототранзисторов, как и фотодиода, линейны. С увеличением напряжения f/Ka фототек несколько увеличивается вследствие модуляции ширины базы.

Чувствительность фототранзистора, таким образом, значительно выше чувствительности фотодиода. Вольт-амперные характеристики фототранэистора с оборванной базой аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ ( 1.52). Основным параметром прибора является световой поток Ф. Частотные характеристики фототранзисторов хуже, чем для фотодио-

Вольт-амперные характеристики фототранзисторов отражают зависимость между токами и напряжениями, подаваемыми на эмиттерный и коллекторный переходы (в темноте и на свету). Они аналогичны ВАХ обычного биполярного транзистора и в общем случае .имеют вид [113]:

Частотные характеристики фототранзисторов хуже, чем фотодиодов. Время релаксации транзисторов определяется не столько временем диффузии носителей через область базы, сколько временами схемной релаксации, поскольку смещенный в прямом направлении эмиттер-ный переход имеет сравнительно большую емкость (===Л05 пФ/см2). Постоянная времени тяс зависит от уровня возбуждения. Поэтому частотные характеристики фототранзисторов, как и фоторезисторрв, ухудшаются при уменьшении светового потока (хотя и слабее, чем у фоторезисторов).

Рассмотрим характеристики фототранзисторов на основе гетеропереходов в системе GaAs—AlAs [116]. На 8.6 представлена зонная энергетическая диаграмма я-GaAs—p-GaAs—re-AUGai-*As-cTpyKTypbi. В качестве базовой области выбран p-jGaAs, так как длина Ln почти на порядок больше Lp в n-GaAs. Транзисторная •структура получалась эпитаксиальным наращиванием из жидкой фазы слоев п- и p-GaAs и n-A\xG&i-xAs на подложку n-GaAs. Толщина базовой области составляла 1 . 3 мкм, емкость структуры 10 . 30 пФ. Площадь

Спектральные характеристики фототранзисторов такие же, как и фотодиодов из аналогичного материала, поскольку фоточувствительность определяется межзонным возбуждением носителей. Так как единственными материалами, пригодными для изготовления транзисторов, являются германий и кремний, то максимальная длина волны, которая может быть зарегистрирована, не более 1,6 мкм (определяется Eg германия).

Фототранзисторы и фототиристоры

Значительно выше по сравнению с фотодиодами интегральная чувствительность у фототранзисторов. Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, но в корпусе его сделано прозрачное «окно», через которое световой поток может воздействовать на область базы.

Фототранзисторы можно рассматривать как комбинацию фотодиода и транзистора. Это позволяет одновременно с преобразованием световой энергии в электрическую осуществлять усиление фототока. На вход транзистора можно подавать оптический и электрический сигналы. Напряжение питания на фототранзистор подают как и на обычный транзистор (рис.6.14, а), однако он может работать и с отключенным выводом базы (рис.6.14, б). Такое включение называется включением с плавающей базой и характерно только для этого типа приборов. При этом транзистор находится в активном режиме, ближе к границе отсечки. При расчетах схем фототранзисторы можно рассматривать как обычные транзисторы, на вход которых подается электрический сигнал, эквивалентный оптическому. Вольт-амперные характеристики фототранзисторов (рис.6.14, в) аналогичны выходным характеристикам обычных транзисторов. Их темновой ток значительно больше, чем у фотодиодов, но и интегральная чувствительность выше.

Основным недостатком этих приборов является значительно меньшая граничная частота по сравнению с фотодиодами, что ограничивает их применение в оптоволоконных системах. Кроме того, они имеют значительный уровень шумов и сильную температурную зависимость темнового тока

Рис.6.14. Фототранзистор

Фототиристоры – это полупроводниковые приборы, представляющие собой многослойную полупроводниковую структуру, включаемую светом. Они применяются для коммутации световым сигналом электрических сигналов большой мощности. Принцип действия фототиристора аналогичен обычному тиристору, но увеличение коэффициента передачи достигается за счет его освещения, для чего в корпусе имеется специальное окно для прохождения света. Как и фототранзистор, фототиристор управляется как световым потоком, так и электрическим током. Физические процессы включения и выключения фототиристора при подаче управляющих световых сигналов аналогичны процессам в обычном тиристоре, управляемом импульсами тока.

Фототиристоры расширяют области применения силовых полупроводниковых переключателей и позволяют упростить многие схемы устройств автоматики и вычислительной техники

Фототранзисторы. Устройство и работа. Применение и особенности

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.

Fototranzistory oboznacheniia 1

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.

Fototranzistor darlingtona

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.

Fototranzistory skhema OE

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.

Fototranzistory skhema OK

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.

Oboznacheniia fototranzistorov na skhemakh

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:
  • Фотодиоды. Виды и устройство. Работа и характеристики
  • Фоторезисторы. Виды и работа. Применение и особенности
  • Оптроны. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
  • Фотоэлементы. Виды и устройство. Работа и применение
  • Солнечные элементы. Виды и работа. Применение и особенности
  • ПЗС матрицы. Виды и устройство. Параметры и особенности

Фототранзисторы, виды, принцип работы

Фототранзистор — это полупроводниковый прибор, который работает на основе фотоэффекта. Он состоит из полупроводникового кристалла, который может быть изготовлен из кремния, германия или других материалов.

Полезные статьи:

Фотокатоды, характеристики, принцип работы

Фототок, свойства, принцип работы

Все статьи

Фототранзисторы — это фотоприемники на полупроводниковой основе. Необходимо отличать обычные биполярные устройства от полевых фототранзисторов (фотопереходов).

Оба типа обсуждаются ниже, хотя первый гораздо более распространен. Фототранзисторы используются не так широко, как фотодиоды, при этом коммерчески доступные вариации не охватывают столь широкие области параметров с точки зрения диапазонов длин волн, квантовой эффективности, активной площади, полосы обнаружения и т.д.

Принцип работы фототранзистора

Принцип работы фототранзистора заключается в том, что при попадании света на поверхность кристалла, электроны в его структуре начинают двигаться быстрее, создавая ток. Этот ток можно использовать для управления различными электронными устройствами, такими как реле, светодиоды и т.д.

Фототранзисторы могут быть использованы для создания фотодатчиков, которые используются в системах автоматического управления, робототехнике, медицинской диагностике и других областях. Они также могут быть использованы в качестве компонентов в светодиодных лампах, солнечных батареях и других электронных устройствах.

Принцип работы фототранзистора заключается в следующем:

1. Когда на фототранзистор попадает свет, он начинает генерировать электроны и дырки в полупроводнике, которые начинают двигаться под действием электрического поля.

2. Эти электроны и дырки создают электрический ток, который проходит через эмиттерный переход, создавая напряжение на эмиттере и коллекторе.

3. Коллектор имеет большую площадь, чем эмиттер, что позволяет ему собирать больше электронов, создавая больший ток.

4. Этот ток может быть использован для управления другими электронными устройствами, такими как реле или светодиоды.

5. Фототранзисторы могут быть использованы для создания фотоэлементов, которые преобразуют свет в электричество, что может быть использовано для питания электронных устройств или для зарядки аккумуляторов.

Включение фототранзистора

Фототранзистор — это электронный прибор, который преобразует световое излучение в электрический сигнал. Он состоит из трех основных элементов: фоточувствительного элемента, транзистора и цепи обратной связи.

Когда фоточувствительный элемент (обычно кремниевый фотодиод) поглощает свет, он генерирует электрический заряд, который затем передается на транзистор. Транзистор усиливает этот заряд и передает его на цепь обратной связи, которая может быть использована для управления другими устройствами или для создания сигнала.

Процесс включения фототранзистора происходит следующим образом:

1. Подключите источник питания к фототранзистору. Обычно фототранзисторы питаются от напряжения 5 В или 12 В.

2. Подключите входной сигнал к базе фототранзистора. Входной сигнал может быть светом, звуком или другим физическим сигналом.

3. Проверьте, что входной сигнал соответствует диапазону, который может обработать фототранзистор. Обычно это от 0 до 5 В для аналоговых входов и от 0 до 32767 для цифровых входов.

4. Проверьте, что фототранзистор находится в правильной ориентации. Фототранзисторы могут быть ориентированы как на свет, так и на темноту.

5. Запустите входной сигнал и проверьте, что выходной сигнал фототранзистора изменяется в соответствии с входным сигналом.

3. После этого фототранзистор начнет генерировать электрический сигнал, который усиливается транзистором и передается на выход.

4. Выходной сигнал можно использовать для управления другими электронными устройствами, такими как реле или микроконтроллер.

5. Для выключения фототранзистора нужно просто отключить напряжение питания и сигнал на вхо де.

Характеристики фототранзистора

Выбор фототранзистора может основываться на ряде параметров и спецификаций.

Ток коллектора

Является мерой чувствительности фототранзистора. Он описывает максимально допустимую токовую нагрузку в коллекторе и измеряется в миллиамперах (мА) или амперах (А). Ток, превышающий этот параметр, может привести к повреждению фототранзистора.

Пиковая длина волны

Это значение длины волны, при котором фототранзистор наиболее чувствителен. Он измеряется в нанометрах (нм). Фототранзисторы реагируют на свет в широком диапазоне длин волн от флуоресцентных источников света или источников света с лампами накаливания.

Они работают лучше всего в сочетании с инфракрасными (ИК) светодиодными источниками света. Это связано с тем, что фототранзисторы имеют пиковую спектральную характеристику в ближнем ИК-диапазоне при длине волны около 840 нм.

Напряжение пробоя коллектор-эмиттер

Это максимальное напряжение, допустимое между коллектором и эмиттером. Превышение максимального напряжения может привести к необратимому повреждению фототранзистора.

  • Напряжение пробоя сборного эмиттера обычно находится в диапазоне от 20 В до 50 В.
  • Напряжение пробоя эмиттера-коллектора обычно составляет от 4 В до 6 В.

Темновой ток

Это небольшое количество тока, которое может протекать через фототранзистор, даже если он не подвергается воздействию света.

Темновой ток — это термически генерируемый ток утечки коллектора-эмиттера. Это предотвращает то, что устройство когда-либо будет считаться полностью «выключенным». Темновой ток увеличивается с температурой и измеряется в миллиамперах (мА).

Рассеиваемая мощность фототранзистора, измеряемую в ваттах или милливаттах (мВт). Фактическое рассеивание определяется умножением напряжения на транзисторе и тока через коллектор. Обычно указывается внешняя температура окружающей среды 25 ° C.

Время нарастания и спада

Являются мерами скорости отклика фототранзистора. И то, и другое выражается в наносекундах (нс).

  • Время нарастания — необходимое для увеличения формы импульсного сигнала с 10% до 90% от его максимального значения.
  • Время падения — необходимое для падения производительности с 90% до 10%.

Виды фототранзистров

Обозначение фототранзистора

Фототранзистор обозначается как FET (Field Effect Transistor) или CCT (Compound Semiconductor Transistor).

Обозначение фототранзисторов может различаться в зависимости от производителя и модели. Однако, обычно фототранзистор обозначается как «Q» с добавлением номера, например, «Q1», «Q2», и т.д.

Если фототранзистор имеет несколько выводов, то они могут быть обозначены как «1», «2», «3», и т.д., с добавлением буквы «E» для эмиттера, «C» для коллектора и «B» для базы. Например, обозначение фототранзистора с тремя выводами может быть «Q3EBC».

Маркировка фототранзисторов

Светодиод-фототранзистор

Светодиод-фототранзистор (LED-phototransistor) — это комбинация светодиода и фототранзистора, которая используется в различных электронных устройствах для контроля света.

Светодиод — это полупроводниковый прибор, который преобразует электрический ток в свет. Светодиоды широко используются в качестве индикаторов на различных устройствах, таких как мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры и т.д.

Фототранзистор — это полупроводниковый элемент, который имеет свойство изменять свое сопротивление в зависимости от интенсивности света, падающего на его поверхность. Фототранзисторы используются для измерения уровня света или для управления различными электронными устройствами.

Сочетание светодиода и фототранзистора позволяет создать устройство, которое может контролировать уровень света на определенном участке. Когда свет попадает на фототранзистор, он изменяет свое сопротивление, что приводит к изменению тока, протекающего через светодиод. Это изменение тока может быть использовано для управления другими электронными устройствами, такими как реле или микроконтроллеры.

В целом, светодиод-фототранзистор является очень полезным элементом в электронных устройствах, так как он позволяет контролировать уровень света и использовать его для управления другими компонентами.

Биполярные фототранзисторы

Принцип действия, повышенная чувствительность

Биполярный фототранзистор — это, по сути, электронная транзисторная структура, в которой свет извне может попадать на переход база–коллектор. Созданные электрические носители вводятся в базу, таким образом, оказывая эффект, аналогичный току базы, вводимому по проводу в обычном транзисторе. Результирующий ток коллектора демонстрирует существенное усиление, легко в 100 или более раз.

Чувствительность устройства соответственно выше, чем у фотодиода. Однако это не обязательно приводит к более высокой чувствительности обнаружения, т.е. к более низкой мощности, эквивалентной шуму, поскольку шум фототока также усиливается. То же самое относится к темновому току, протекающему даже без какого-либо падающего света.

Полоса пропускания обнаружения

Существенным недостатком концепции фототранзистора является то, что это обычно приводит к существенно более низкой скорости (полосе обнаружения), ограниченной электрической емкостью соединения коллектор–база. Типичное время нарастания и спада составляет порядка нескольких микросекунд.

Спектральные области

Фототранзисторы могут быть основаны на различных полупроводниковых материалах, таких как германий, кремний и арсенид галлия. Из-за их разной энергии запрещенной зоны они могут использоваться в разных областях с длиной волны – аналогично фотодиодам на основе тех же материалов.

Обратите внимание, что обычный транзистор также был бы светочувствительным, если бы он не был оснащен непрозрачным корпусом. Однако фототранзисторы — это не просто обычные транзисторы с прозрачным корпусом; они имеют дополнительно оптимизированные структуры, например, для эффективного освещения перехода коллектор–база.

Два или три контакта, электрические схемы

В большинстве случаев фототранзистор имеет только два вывода (для эмиттера и коллектора), но существуют также устройства с дополнительным базовым выводом. Первый тип может использоваться в электронных схемах того же типа, что и фотодиоды, например, просто последовательно с резистором, подключенным к постоянному напряжению.

Результирующее падение напряжения на резисторе в этом случае приблизительно пропорционально интенсивности падающего света. Однако использование транзисторного усилителя обеспечивает лучшую производительность.

Если имеется дополнительный вывод базы, его можно подключить через дополнительный резистор к эмиттеру. Приложенное сопротивление влияет как на чувствительность, так и на темновой ток.

Линейность и температурная зависимость

Линейность отклика (фототок против интенсивность света) фототранзистора существенно менее точна, чем у фотодиода, поскольку коэффициент усиления фототранзистора зависит от тока коллектора.

Фототок также имеет существенно более высокую температурную зависимость, чем для фотодиода, поскольку коэффициент усиления транзистора зависит от температуры.

Фотодарлингтоны

Для еще более высокой чувствительности существуют фотодарлингтоны. По аналогии с обычными транзисторами Дарлингтона, имеется дополнительный внутренний транзистор для дальнейшего умножения тока. К сожалению, пропускная способность таких устройств еще больше снижается. Время нарастания и спада обычно составляет от десятков до сотен микросекунд.

Сравнение с лавинными фотодиодами

Лавинные фотодиоды также обладают существенно повышенной чувствительностью и в этом смысле похожи на фототранзисторы. Однако принцип действия совершенно иной. В лавинообразных фотодиодах используется умножение несущей из-за лавинообразного увеличения несущей в области истощения, а не усиление, подобное транзисторам.

Для этого требуются значительно более высокие рабочие напряжения, а коэффициент умножения довольно чувствительно зависит от рабочего напряжения. Кроме того, полоса пропускания обнаружения может быть намного выше. В отличие от этого, фототранзисторы могут работать при напряжении всего в несколько вольт, и зависимость чувствительности от напряжения возбуждения не такая сильная.

Фототранзисторы с эффектом поля

П олевые фототранзисторы — это транзисторы, которыми можно управлять с помощью света. Их принципы работы и эксплуатационные характеристики существенно отличаются от таковых у биполярных фототранзисторов. Вентилю такого устройства по существу не требуется ток возбуждения, только напряжение возбуждения.

Это напряжение не обязательно обеспечивается за счет фотоэлектрического эффекта в устройстве; можно также использовать болометрические эффекты, то есть эффекты нагрева. На основе таких принципов были реализованы очень чувствительные инфракрасные детекторы.

Применение фототранзисторов

Фототранзисторы привлекательны для применений, где интерес представляет более высокая чувствительность по сравнению с чувствительностью фотодиода, в то время как возможные недостатки с точки зрения полосы пропускания и линейности обнаружения не имеют существенного значения. Это может иметь место, например, для некоторых оптоизоляторов и детекторов световых завес.

Приложения

Фототранзисторы могут использоваться для обнаружения света в ряде приложений:

  • Мониторинг положения бумаги и контроль полей в принтерах и копировальных аппаратах
  • Детектирование в охранных системах
  • Измерение скорости и направления в энкодерах
  • Дистанционное считывание показаний бытовых электросчетчиков
  • Подсчет монет или других предметов
  • Пульты дистанционного управления аудиовизуальным оборудованием и приборами
  • Управление затвором для фотоаппаратов
  • Обнаружение защитных экранов и других систем защиты
  • Системы контроля качества – применяются в системах контроля качества, чтобы определять качество материалов или изделий.
  • Медицина – используются в медицинских устройствах для контроля состояния пациента.
  • Промышленная автоматизация – применяются в промышленной автоматизации для управления освещением, контроля доступа и других задач.

В целом, фототранзисторы являются важными элементами в современной электронике и находят широкое применение в различных отраслях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *