Фототранзистор принцип работы. Фототранзисторы: принцип работы, виды, применение и характеристики

Что такое фототранзистор. Как работает фототранзистор. Какие бывают виды фототранзисторов. Где применяются фототранзисторы. Какими характеристиками обладают фототранзисторы.

Что такое фототранзистор и как он работает

Фототранзистор — это полупроводниковый прибор, который преобразует световой сигнал в электрический ток и усиливает его. По своей структуре фототранзистор похож на обычный биполярный транзистор, но имеет прозрачное окно в корпусе для попадания света на базовую область.

Принцип работы фототранзистора основан на внутреннем фотоэффекте в полупроводниках. При попадании света на базовую область в ней генерируются электронно-дырочные пары. Это приводит к появлению фототока в цепи коллектора, который усиливается за счет транзисторного эффекта.

Основные виды фототранзисторов

Существует несколько основных типов фототранзисторов:

• Биполярные фототранзисторы — наиболее распространенный тип
• Полевые фототранзисторы
• Составные фототранзисторы (фототранзисторы Дарлингтона)
• Фототранзисторы с гетеропереходами

Биполярные фототранзисторы имеют структуру n-p-n или p-n-p. Полевые фототранзисторы используют полевой эффект для управления током. Составные фототранзисторы обеспечивают более высокое усиление за счет каскадного включения.

Основные характеристики фототранзисторов

Ключевыми параметрами, характеризующими работу фототранзисторов, являются:

• Коэффициент усиления по току (β) — показывает во сколько раз усиливается фототок
• Спектральная чувствительность — зависимость фототока от длины волны падающего излучения
• Темновой ток — ток коллектора при отсутствии освещения
• Быстродействие — время нарастания и спада выходного сигнала

Типичные значения коэффициента усиления составляют 100-1000. Спектральная чувствительность обычно лежит в диапазоне 400-1100 нм с максимумом около 850 нм для кремниевых фототранзисторов.

Схемы включения фототранзисторов

Фототранзисторы могут включаться по нескольким основным схемам:

• С общим эмиттером — обеспечивает максимальное усиление
• С общим коллектором — обладает высоким входным сопротивлением
• С общей базой — имеет наилучшее быстродействие

Наиболее распространена схема с общим эмиттером, так как она дает максимальное усиление фототока. При этом база может быть как подключена к схеме, так и оставаться свободной.

Применение фототранзисторов в электронике

Благодаря своим свойствам фототранзисторы нашли широкое применение в различных областях электроники и техники:

• Оптические датчики и детекторы
• Системы автоматики и контроля
• Оптические линии связи
• Измерительные приборы
• Оптроны и оптопары

Фототранзисторы используются везде, где требуется преобразование светового сигнала в электрический с высокой чувствительностью. Их применяют в охранных системах, датчиках движения, сканерах штрих-кодов и других устройствах.

Преимущества и недостатки фототранзисторов

Основными достоинствами фототранзисторов являются:

• Высокая чувствительность к свету
• Большой коэффициент усиления
• Простота конструкции
• Низкая стоимость

К недостаткам можно отнести:

• Меньшее быстродействие по сравнению с фотодиодами
• Зависимость параметров от температуры
• Больший уровень шумов

Тем не менее, преимущества фототранзисторов во многих случаях перевешивают их недостатки, что обуславливает их широкое применение.

Как проверить исправность фототранзистора

Проверить работоспособность фототранзистора можно с помощью мультиметра, выполнив следующие шаги:

1. Установите мультиметр в режим измерения сопротивления
2. Подключите щупы к выводам эмиттера и коллектора
3. Измерьте сопротивление в темноте и при освещении фототранзистора

Исправный фототранзистор должен показывать высокое сопротивление в темноте и низкое при освещении. Если этого не происходит, вероятно фототранзистор неисправен.

Перспективы развития фототранзисторов

Развитие технологий фототранзисторов идет в нескольких основных направлениях:

• Повышение быстродействия
• Расширение спектрального диапазона
• Увеличение чувствительности
• Миниатюризация

Перспективным является создание фототранзисторов на основе новых полупроводниковых материалов, таких как нитрид галлия. Это позволит расширить их применение в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.

Фототранзисторы биполярные и полевые, обозначение на схемах,…

Привет, Вы узнаете про Фототранзисторы, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое Фототранзисторы, Фототранзистор , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Фототранзистор — это управляемый излучением прибор с двумя или большим числом взаимодействующих между собой электрических переходов. Его применяют в качестве чувствительного к излучению элемента оптоэлектронных пар и фотоприемных устройств, первичного преобразователя измерительных информационных систем, элемента приемного модуля волоконно-оптических линий связи средней пропускной способности и др. Различают биполярные и полевые Фототранзисторы . К фототранзисторам также относится фототиристор .

Обозначения на схемах фототранзисторов

Схематическое изображение фототранзистора на электрических схемах

VТ1 – фототранзисторы с базой, VТ2 – фототранзисторы без базы.

История

Фототранзистор изобрел Джон Нортроп Шив (John Northrup Shive) в 1948 г., во время его работы в Bell Laboratories[1], но об этом изобретении было заявлено только в 1950 г.[2] Тогда же фототранзисторы были впервые применены в считывателе перфокарт в автоматической телефонной станции.

Биполярный фототранзистор. Устройство и принцип действия.

Рис. 1

Один из возможных вариантов конструкции фототранзистора показан на Рис.1. Как видно из этого рисунка, фототранзистор отличается от обычного транзистора лишь прозрачным окном в корпусе; через него световой поток падает на пластину полупроводника, служащую базой, в центре которой путем вплавления создан коллекторный переход.

Возможны и другие варианты расположения электродов, например кольцеобразный коллектор на освещаемой поверхности базы.

Устройство и схема включения биполярного фототранзистора также показаны на Рис.2.а.

Фототранзистор состоит из:

1 — эмиттерной области р+- типа;

2 — области базы n- типа, большая часть которой пассивна и открыта световому потоку;

3 — широкой коллекторной области р- типа.

Рис.2

Пассивная часть базы расположена на Рис.2.а слева от штрих пунктирной линии. Фототранзистор, как правило, включается по схеме ОЭ с резистором нагрузки Rн в коллекторной цепи (Рис.2.а). Входным сигналом фототранзистора является модулированный световой поток, а выходным — изменение напряжения на его коллекторе.

Типовая спектральная чувствительность кремниевого фототранзистора

Рассмотрим принцип работы фототранзистора в схеме с разорванной цепью базы. Оптический сигнал генерирует в коллекторном переходе и области пассивной базы носители. Эти носители диффундируют в базе к коллекторному переходу и разделяются его электрическим полем. Не основные носители создают фототок коллекторного перехода, а основные накапливаются в базе и компенсируют заряд неподвижных ионов примесей на границе эмиттерного перехода. Потенциальный барьер перехода снижается, что усиливает инжекцию носителей из эмиттера в базу. Инжектированные носители диффундируют через базу к коллекторному переходу и втягиваются его электрическим полем в область коллектора. Ток инжектированных носителей, а соответственно и образованный ими коллекторный ток многократно превышает фототок оптически генерируемых носителей.

Общий ток коллектора — это сумма фототока Iфб и тока Iкр инжектированных эмиттером дырок, прошедших коллекторный переход.

Коэффициент усиления фототока:

М=(Iфв

+Iкр)/Iфб=β+1, если , (1)

где β — статический коэффициент передачи по току транзистора в схеме с ОЭ.

Усиленный в М раз фототок создает падение напряжения на резисторе нагрузки Rн, изменяя напряжение коллектора на:

, (2)

Из этого соотношения следует, что фототранзистор можно представить в виде эквивалентного фотодиода VD и усилительного транзистора VT (Рис.2.б). Эквивалентный фотодиод образован пассивной базой и областью коллектора слева от штрих-пунктирной линии на Рис.2.а, структура усилительного транзистора расположена справа от этой линии. Транзистор увеличил чувствительность эквивалентного фотодиода в

( β+1) раз.

Вывод базы Б фототранзистора иногда используется для подачи смещения при выборе рабочей точки на входной и выходной характеристиках транзистора и обеспечения ее температурной стабилизации.

Семейство выходных характеристик фототранзистора в схеме с ОЭ приведено на Рис.2.в. Фототок образован генерируемыми в области базы неравновесными носителями.

Характеристики фототранзистора.

Световая характеристика фототранзистора — это зависимость тока коллектора от светового потока Iк=f(Ф). Она линейна только при малых потоках. С увеличением светового потока и ростом концентрации неравновесных носителей в базе повышается вероятность их рекомбинации, снижаются коэффициенты переноса, и инжекции фототранзистора. Прямо пропорциональная зависимость коллекторного тока от светового потока нарушается.

Рис . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 3

Большинство параметров биполярного фототранзистора аналогично по физическому смыслу параметрам фотодиодов. Кроме того, фототранзистор характеризуется рабочим напряжением питания, емкостями переходовСк и Сэ, статическим коэффициентом усиления по току и другими параметрами обычного транзистора.

Вольт-амперные характеристики фототранзистора (Рис.3) напоминают выходные характеристики обычного транзистора в схеме ОЭ, но параметром здесь служит не ток IК, а световой поток Ф.

Крутой начальный участок этих характеристик соответствует режиму насыщения: при малых Uкэ коллекторный переход, как и в биполярном транзисторе, за счет накопления дырок в коллекторе открывается. Наклон характеристик к оси абсцисс в их пологой части объясняется, так же как и для биполярного транзистора, эффектом модуляции ширины базы.

Рис. 4

Частотные свойства фототранзисторов определяются в основном диффузионным движением носителей в базе прибора и процессами заряда емкостей переходов.

С увеличением частоты модуляции светового потока фототок уменьшается так же, как и в фотодиодах (Рис.4).

Одним из важнейших параметров фототранзистора служит коэффициент усиления по фототоку фототранзистора (Куф) — отношение фототока коллектора фототранзистора при отключенной базе к фототоку освещаемого р-n перехода, измеренному в диодном режиме:

, (3)

Токовая чувствительность фототранзистора — это отношение изменения электрического тока на выходе фототранзистора к изменению потока излучения при холостом ходе на входе и коротком замыкании на выходе по переменному току. Для схемы с общим эмиттером токовая чувствительность равна:

(4)

Эмиттерный переход биполярного фототранзистора включен в прямом направлении. Его удельная емкость около 105 . Постоянная времени заряда емкости эмиттерного перехода увеличивается с ослаблением интенсивности светового потока. При малых световых потоках она определяет в основном инерционность фототранзистора. При больших световых потоках на инерционность фототранзистора влияют время диффузии носителей в базе и емкость коллекторного перехода. Поэтому для фототранзистора выбирают материалы с высокой подвижностью носителей, используют структуру с внутренним электрическим полем в базе или с тонкой базой. Уменьшать емкость коллекторного перехода снижением концентрации примесей в области коллектора удается лишь до некоторого предела. Сокращать для этой цели площадь эквивалентного фотодиода нецелесообразно, так как при этом падает чувствительность фототранзистора.

Рис. 5

Для повышения чувствительности фототранзистора следует увеличивать толщину базы,время жизни носителей в базе и, следовательно, выбирать материалы с высоким удельным сопротивлением. Но для повышения его граничной частоты толщину базы и время жизни носителей необходимо уменьшать. Разрешает противоречие между быстродействием и чувствительностью структура фотодиод — транзистор, эквивалентная схема которой показана на Рис.5. Оба элемента структуры изготовлены в одном кристалле. Параметры фотодиода выбирают из условий достижения максимальной чувствительности и быстродействия, а параметры транзистора — максимальной граничной частоты и усиления. В совокупности оба элемента эквивалентны быстродействующему фототранзистору с высоким коэффициентом усиления

Полевой фототранзистор.

Рис.6

Устройство и схема включения полевого фототранзистора с управляющим р-n переходом показаны на Рис.6.а

где: 1 — просветляющее покрытие;

2 — диэлектрический слой;

3 — область истока n+ — типа;

4 — канал n- типа;

5 — область затвора р- типа;

6 — стоковая область n+ — типа;

7 — выводы прибора;

Rн — резистор нагрузки в цепи затвора;

Rн. тр — резистор нагрузки фототранзистора.

Световой поток генерирует неравновесные носители в области затвора 3 и р-n перехода затвор-канал. Электрическое поле этого перехода разделяет неравновесные носители. В цепи затвора появляется фототок Iф. Он создает на резисторе Rн падение напряжения:

(5)

Напряжение на затворе увеличивается, ток стока изменяется на:

, (6)

где S — крутизна стокозатворной характеристики полевого транзистора. Проводимость канала возрастает, и соответственно уменьшается напряжение стока на:

, (7)

Изменение напряжения стока является выходным электрическим сигналом схемы. Таким образом, полевой фототранзистор эквивалентен фотодиоду “затвор-канал” и усилительному полевому транзистору с управляющим р-n переходом (Рис.6.б).

Рис.7

В эквивалентной схеме полевого фототранзистора (Рис. 7) источники Iфи и Iфс моделируют фототоки р-n переходов “исток-затвор” и “сток-затвор”; источник SUз — усиление в транзисторе; резистор rДИФ — дифференциальное выходное сопротивление транзистора; резисторы Rи, Rc и конденсаторы Си, Сс учитывают сопротивление и емкости переходов между областями “исток-затвор”, “сток-затвор”. Резисторы Rпс, Rпи, R`пс, R`пи с учетом сопротивления омических контактов определяют последовательно включенные сопротивления областей между выводом затвора и областью стока, выводом затвора и областью истока, выводом истока и областью затвора, выводом стока и областью затвора. Для источника тока в выходной цепи фототранзистора можно записать:

, (8)

где Iф.к. — фототок p-n перехода “канал-затвор”.

При коротком замыкании цепи “затвор-исток” объемные сопротивления Rпu, R`пи, Rпс выполняют роль резисторов нагрузки. Постоянными времени (Rпи+R`пи)Cи и (Rпс+R`пс)Cс, а также временем пролета носителей в канале определяется предельное быстродействие фототранзистора.

Параметры полевого фототранзистора аналогичны по физическому смыслу параметрам биполярного.

Структуры полевых транзисторов с р-n переходом и МОП фототранзисторов многообразны. Наибольшие быстродействие и чувствительность у структуры фотодиод — полевой транзистор . Фотодиод совмещен с областью истока полевого транзистора — усилительного элемента. Каждая из составляющих структуры оптимизирована: фотодиод — по чувствительности и быстродействию, полевой транзистор — по граничной частоте и усилению.

Сравнительная оценка параметров фототранзисторов показывает, что наибольшая чувствительность у составного фототранзистора, а максимальное быстродействие при хорошей чувствительности у структуры фотодиод — биполярный транзистор (ФД-БТ). Структура фотодиод — полевой транзистор имеет параметры, близкие к параметрам структуры ФД-БТ. Фототранзисторы уступают фотодиодам по быстродействию, но за счет усиления сигнала имеют высокую чувствительность.

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 биполярных фототранзисторов

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.

Конструкция корпусов

Приборы, предназначенные для приема внешнего излучения заключают в пластмассовый, металлостеклянный или металлокерамический корпус с прозрачным окошком или линзой, изготовленных из пластмассы или стекла. Исключение составляют фототранзисторы, входящие в состав оптронов, заключенные совместно с источником излучения в непрозрачный корпус.

Приборы, оформленные в металлостеклянных и металлокерамических корпусах, обычно имеют электрический вывод базы.

Сдвоенный фототранзистор

Преимущества и Недостатки фототранзисторов

Преимущества фототранзисторов

• 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 фототранзисторов

Фототранзисторы 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.
• Фототранзисторы не сочетаются с работой в лампах, по причине малой скорости носителей заряда

Применение фототранзисторов

Оптопара с составным транзистором фототранзистор-транзистор по схеме Дарлингтона

Так как фототранзисторы более чувствительны чем фотодиоды их удобно применять в качестве приемников излучения в различных системах автоматики безопасности, системах охранной сигнализации, считывателях перфокарт и перфолент, датчиках положения и расстояния и др. применениях, где некритично быстродействие.

Часто фототранзисторы применяют в оптопарах в качестве приемников излучения в оптронах.

так же фототранзисторы применяются в

• 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.

На этом все! Теперь вы знаете все про Фототранзисторы, Помните, что это теперь будет проще использовать на практике. Надеюсь, что теперь ты понял что такое Фототранзисторы, Фототранзистор и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

32. Фототранзистор. Принцип действия. Параметры.

Фототранзистор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от классического варианта тем, что область базы доступна для светового облучения, за счёт чего появляется возможность управлять усилением электрического тока с помощью оптического излучения.

Фототранзистор имеет структуру n-p-n или p-n-p транзистора и может усиливать ток. Дырки электронно-дырочных пар, рождённых излучением, находятся в базе, а электроны переходят в эмиттер или коллектор. При увеличении положительного потенциала базы происходит усиление фототока за счёт инжекции электронов из эмиттера в базу.

Биполярный фототранзистор — полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами — предназначен для преобразования светового потока в электрический ток. Фототранзисторы обладают значительной большей, чем фотодиоды, чувствительностью — порядка сотни миллиампер на люмен. Биполярный фототранзистор подобен обычному биполярному транзистору, между выводами коллектора и базы которого включен фотодиод. Таким образом, ток фотодиода оказывается током фототранзистора и создает усиленный в n раз ток в цепи коллектора. Если на фототранзистор подается только электрический сигнал, его параметры почти не отличаются от параметров обычного транзистора.

Фототранзистор можно включать по схемам со свободным коллектором, со свободной базой и со свободным эмиттером. На фототранзистор можно подавать оптические и электрические сигналы. Без входного электрического сигнала, который обычно необходим для смещения, компенсирующего наводки, фототранзистор работает как фотодиод с высокой интегральной чувствительностью, небольшой граничной частотой и большим темновым током. Фототранзисторы целесообразно использовать для регистрации больших световых сигналов; при регистрации малых световых сигналов следует подать положительное смещение на базу. Применяют два варианта включения фототранзисторов: диодное — с использованием только двух выводов (эмиттера и коллектора) и транзисторное — с использованием трех выводов, когда на вход подают не только световой, но и электрический сигналы. Фототранзисторы используются в качестве фотоприемников и транзисторных оптопарах.

Недостатком фототранзисторов является большая инерционность, что ограничивает их применение в качестве быстродействующих выключателей.

33. Варикап. Применение варикапов

Варикап (англ. vari(able) — переменный и cap(acity) — ёмкость) — полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Обладает высокой добротностью (малыми потерями электрической энергии), малым температурным коэффициентом ёмкости, независимостью от частоты практически во всём диапазоне радиочастот, стабильностью параметров во времени. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение, то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкиваетэлектроныв глубь n-области, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n перехода, которую можно представить как простейший плоскийконденсатор, в котором обкладками служат границы области. В таком случае, в соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется.

Рисунок. Зависимость емкости варикапа от напряжения.

5.4.1.  Биполярные фототранзисторы | Электротехника

Транзистор, реагирующий на облучение световым потоком и способный одновременно усиливать фототок, называют фототранзистором.

В фототранзисторе переход коллек­тор-база представляет собой фотодиод. На рис.5.17, а показана структура фототранзистора, на рис. 5.17, б – схемное обозначение, а на рис. 5.17, в – его схе­ма замещения.

Рис. 5.17. Фототранзистор: а – структура; б – обозначение; в – схема замещения

Биполярный фототранзистор может быть включен в схему по-разному. Если подать напряжение между базой и коллектором, сместив коллекторный переход в обратном направлении и оста­вив эмиттерный вывод неподключен­ным к схеме, то такое включение бипо­лярного фототранзистора ничем не бу­дет отличаться от схемы включения фотодиода. При поглощении квантов света в базовой и коллекторной об­ластях образуются неравновесные па­ры носителей заряда (электроны и дырки). Неосновные носители (дырки в n-базе и электроны в p-коллекторе для транзистора р-п-р-типа) диффунди­руют к коллекторному переходу, втя­гиваются существующим там электри­ческим полем в коллекторный переход и проходят через него, создавая тем самым фототок ().

Однако биполярный фототранзи­стор обычно применяют при включении его по схеме с общим эмиттером. По­этому рассмотрим принцип действия биполярного фототранзистора, вклю­ченного по схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Рис. 5.18. Выходные характеристики фототранзистора в схеме ОЭ

Предположим вначале, что базовый вывод не подключен к схеме, т.е. ток базы равен нулю (= 0). В этом случае неосновные носители заряда, проходя через p—n-переход коллектора, создают тот же фототок (). Неравновесные основные носители (электро­ны в n-базе, возникшие из-за поглощения там квантов света, и электроны, пришедшие в базу из коллектора) оказываются в своеобразной потенциальной яме. Накопление в базе неравновесных основных носителей заряда понижает высоту потенциальных барьеров эмиттерного и коллекторного переходов. Из-за уменьшения высоты потенциального барьера эмиттерного перехода увеличивается инжекция дырок из эмиттера в базу. Соответственно возрастает и ток коллектора. Та­ким образом, накопленный в базе биполярного фототранзистора дополнительный заряд неравновесных основных носителей обес­печивает усиление фототока, т.е. при освещении результирую­щий ток коллектора равн:

.

Следовательно, фототок, пропорциональный световому потоку, играет роль тока базы, который в схеме с общим эмиттером усиливается в  раз. Семейство выходных характеристик будет иметь вид (рис.5.18). Параметром семейства вместо входного тока базы выступает световой поток (Ф).

При подключении вывода базы к внешней схеме ток базы мо­жет изменяться при освещении фототранзистора. Степень изме­нения этого тока зависит от сопротивлений в цепи базы. Изме­нение тока базы происходит в результате выхода неравновесных электронов из нее во внешнюю базовую цепь. В результате на­копленный в базе заряд основных носителей уменьшается, что уменьшает усиление фототока.

Таким образом, биполярный фототранзистор обладает наи­большей чувствительностью к облучению светом базовой области при включении по схеме с общим эмиттером и отключенной базе. Поэтому у первых конструкций биполярных фототранзисторов вывод базы вообще отсутствовал. Однако наличие вывода базы у биполярных фототранзисторов позволяет использовать не только оптическое, но и электрическое управление фототранзис­тором, осуществлять компенсацию посторонних внешних воздей­ствий (например, изменение параметров, вызванное изменением температуры в процессе работы).

Для получения большего усиления фо­тотока в фототранзисторах используют схему Дарлингтона (рис. 5.19). Из схемы

Работа — фототранзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Работа — фототранзистор

Cтраница 1

Работа фототранзистора также основана на фотопроводимости.  [1]

Принцип работы фототранзистора при отключенной базе состоит в следующем: коллекторный переход смещен в обратном, а эмиттерный переход — в прямом направлении. При освещении в области базы возникают электроны и дырки проводимости — носители заряда, отчего изменяется потенциал эмиттерного перехода. Неосновные носители, инжектированные из эмиттера в базу, перебрасываются электрическим полем через коллекторный переход.  [2]

Рассмотрим принцип работы фототранзистора в схеме с разорванной цепью базы. Оптический сигнал генерирует в коллекторном переходе и области пассивной базы носители. Эти носители диффундируют в базе к коллекторному переходу и разделяются его электрическим полем. Неосновные носители создают фототек коллекторного перехода, а основные накапливаются в базе и компенсируют заряд неподвижных ионов примесей на границе эмиттерного перехода. Потенциальный барьер перехода снижается, что усиливает инжекцию носителей из эмиттера в базу. Инжектированные носители диффундируют через базу к коллекторному переходу и втягиваются его электрическим полем в область коллектора. Ток инжектированных носителей, а соответственно и образованный ими коллекторный ток многократно превышает фототек оптически генерируемых носителей.  [3]

Следует отметить, что работа фототранзистора в рассмотренном режиме эффективна лишь в области температур, соответствующих неполной термической ионизации примеси.  [4]

В заключение рассмотрим вопрос о работе фототранзистора в условиях, когда рекомбинационный ток в эмнт-терном р — тг-переходе сравним или превышает ток рекомбинации в базе, а также электронный ток эмиттера.  [5]

Для того чтобы яснее понять принцип работы фототранзистора, рассмотрим р — п — р-транзистор с тонкой базой и предположим сначала для простоты, что электронные токи эмиттера и коллектора пренебрежимо малы по сравнению с рекомбинационным током базы.  [6]

Если напряжение между эмиттером и базой постоянно, то работа фототранзистора ничем не отличается от работы фотодиода.  [8]

В настоящем параграфе ставится цель не исследовать все параметры, определяющие работу фототранзистора в схеме, а только выяснить влияние структуры фототранзистора на основной параметр — чувствительность.  [9]

На основе рассмотрения уравнений фототранзистора [4] и его физической эквивалентной схемы оптимальный режим работы фототранзистора может быть выбран и осуществлен более простым и надежным способом.  [10]

Рассмотрение принципа действия фототранзистора в работе [2] на основе представления фототранзистора как комбинации фотодиода и транзистора недостаточно правильно отражает реальную картину работы фототранзистора и не дает количественных соотношений между токами фототранзистора, напряжениями на переходах и световым воздействием.  [11]

Рассмотрение принципа действия фототранзистора в ра — боте [2] на основе представления фототранзистора как комбинации фотодиода и транзистора недостаточно правильно отражает реальную картину работы фототранзистора и не дает количественных соотношений между токами фототранзистора, напряжениями на переходах и световым воздей станем.  [12]

При освещении базы в ней появляются свободные электроны и дырки. Принцип работы фототранзистора заключается в увеличении его коллекторного тока при воздействии света. Этот процесс протекает следующим образом.  [14]

Страницы:      1    2

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.

Проектирование и испытание фототранзистора (Курсовая работа)

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНЗИСТОРАХ 4

1.1 Основные понятия 4

1.2 Принцип работы транзисторов 6

1.2.1 Расчет линейной зависимости токов в транзисторе 10

2 ФОТОТРАНЗИСТОР 12

2.1 Принцип работы 12

2.1.1 Работа фототранзистора с общим эмиттером 15

2.2 Параметры фототранзисторов 16

2.3 Виды и конструкции фототранзисторов 18

2.4 МДП-фототранзисторы 18

2.5 Гетерофототранзисторы 20

2.5.1 Физические основы гетероперехода 22

2.5.2 Расчет параметров и характеристик фототранзистора на гетеропереходах 24

ВЫВОДЫ 28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 29

ВВЕДЕНИЕ

Оптоэлектроника является одним из самых актуальных направлений современной электроники. Оптоэлектронные приборы характеризуются исключительной функциональной широтой, они успешно используются во всех звеньях информационных систем для генерации, преобразования, передачи, хранения и отображения информации. При создании оптоэлектронных приборов используется много новых физических явлений, синтезируются уникальные материалы, разрабатываются сверхпрецизионные технологии. Оптоэлектроника достигла стадии промышленной зрелости, но это только первоначальный этап, так как перспективы развития многих ее направлений практически безграничны. Новые направления чаще всего возникают как слияние и интеграция ряда уже известных достижений оптоэлектроники и традиционной микроэлектроники: таковы интегральная оптика и волоконно-оптические линии связи; оптические запоминающие устройства, опирающиеся на лазерную технику и голографию; оптические транспаранты, использующие успехи фотоэлектроники и нелинейной оптики; плоские безвакуумные средства отображения информации и др.

Оптоэлектронику как научно-техническое направление характеризуют три отличительные черты.

1. Физическую основу оптоэлектроники составляют явления, методы и средства, для которых принципиальны сочетание и неразрывность оптических и электронных процессов.

2. Техническую основу оптоэлектроники определяют конструктивно-технологические концепции современной микроэлектроники: миниатюризация элементов; предпочтительное развитие твердотельных плоскостных конструкций; интеграция элементов и функций; применение специальных сверхчистых материалов и методов прецизионной групповой обработки.

3. Функциональное назначение оптоэлектроники состоит в решении задач информатики: генерации (формировании) информации путем преобразования внешних воздействий в соответствующие электрические и оптические сигналы; передаче информации; преобразовании информации [11].

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНЗИСТОРАХ

1.1 Основные понятия

В числе электропреобразовательных полупроводниковых приборов, т. е. приборов, служащих для преобразования электрических величин, важное место занимают транзисторы. Они представляют собой полупроводниковые приборы, пригодные для усиления мощности и имеющие три вывода или больше. В транзисторах может быть разное число переходов между областями с различной электропроводностью. Наиболее распространены транзисторы с двумя n–р-переходами, называемые биполярными, так как их работа основана на использовании носителей заряда обоих знаков. Первые транзисторы были точечными, но они работали недостаточно устойчиво. В настоящее время изготовляются и применяются исключительно плоскостные транзисторы [6].

Рисунок 1.1 — Принцип устройства (а) и условное графическое обозначение (б) плоскостного транзистора

Устройство плоскостного биполярного транзистора показано схематически на рис. 1.1. Он представляет собой пластину германия, или кремния, или другого полупроводника, в которой созданы три области с различной электропроводностью. Для примера взят транзистор типа n–р–n, имеющий среднюю область с дырочной, а две крайние области – с электронной электропроводностью. Широко применяются также транзисторы типа р–n–р, в которых дырочной электропроводностью обладают две крайние области, а средняя имеет электронную электропроводность.

Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область – эмиттером, другая – коллектором. Таким образом, в транзисторе имеются два n–р-перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором.

Эмиттером следует называть область транзистора, назначением которой является инжекция носителей заряда в базу. Коллектором называют область, назначением которой является экстракция носителей заряда из базы. А базой является область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда.

Расстояние между ними должно быть очень малым, не более единиц микрометров, т. е. область базы должна быть очень тонкой. Это является условием хорошей работы транзистора. Кроме того, концентрация примесей в базе всегда значительно меньше, чем в коллекторе и эмиттере. От базы, эмиттера и коллектора сделаны выводы [15].

Для величин, относящихся к базе, эмиттеру и коллектору, применяют в качестве индексов буквы «б», «э» и «к». Токи в проводах базы, эмиттера и коллектора обозначают соответственно i_б, i_э, i_к. Напряжения между электродами обозначают двойными индексами, например напряжение между базой и эмиттером i_б-э, между коллектором и базой u_к-б. На условном графическом обозначении транзисторов р–n–р и n–р–n стрелка показывает условное (от плюса к минусу) направление тока в проводе эмиттера при прямом напряжении на эмиттерном переходе.

Транзистор может работать в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах. При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное. Режим отсечки, или запирания, достигается подачей обратного напряжения на оба перехода. Если же на обоих переходах напряжение прямое, то транзистор работает в режиме насыщения. Активный режим является основным. Он используется в большинстве усилителей и генераторов. Поэтому мы подробно рассмотрим работу транзистора в активном режиме. Режимы отсечки и насыщения характерны для импульсной работы транзистора и также будут рассмотрены в дальнейшем.

В схемах с транзисторами обычно образуются две цепи. Входная, или управляющая, цепь служит для управления работой транзистора. В выходной, или управляемой, цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка. Для величин, относящихся к входной и выходной цепи, применяют соответственно индексы «вх» и «вых» или 1 и 2 [2].

Фототранзисторы и фототиристоры | Основы электроакустики

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

Принцип работы фототранзистора

— Inst Tools

Фототранзистор похож на обычный BJT, за исключением того, что базовый ток создается и управляется светом, а не источником напряжения. Фототранзистор эффективно преобразует световую энергию в электрический сигнал.

В фототранзисторе базовый ток создается, когда свет падает на базовую область светочувствительного полупроводника. Р-n переход коллектор-база освещается падающим светом через отверстие линзы в корпусе транзистора.Когда нет падающего света, есть только небольшой ток утечки коллектор-эмиттер, генерируемый термически, I _CEO ; этот темновой ток обычно находится в диапазоне нА. Когда свет попадает на pn-переход коллектор-база, создается базовый ток Iλ, который прямо пропорционален силе света. Это действие создает ток коллектора, который увеличивается с увеличением Iλ. За исключением способа генерации тока базы, фототранзистор ведет себя как обычный BJT. Во многих случаях электрическое соединение с базой отсутствует.

Соотношение между током коллектора и световым током базы в фототранзисторе составляет

Ic = β _{постоянного тока} T _λ

Схематический символ и некоторые типичные фототранзисторы показаны на рисунке ниже.

Поскольку фактическая фотогенерация базового тока происходит в области коллектор-база, чем больше физическая площадь этой области, тем больше генерируется базовый ток. Таким образом, типичный фототранзистор спроектирован так, чтобы обеспечить большую площадь для падающего света, как показано на упрощенной структурной схеме на рисунке ниже.

Фототранзистор может быть двухпроводным или трехпроводным. В конфигурации с тремя выводами основной вывод выведен так, что устройство можно использовать как обычный BJT с дополнительной функцией светочувствительности или без нее. В конфигурации с двумя выводами база электрически недоступна, и устройство можно использовать только со светом в качестве входа. Во многих приложениях фототранзистор используется в двухпроводном исполнении.

На рисунке ниже показан фототранзистор со схемой смещения и типичными характеристическими кривыми коллектора.Обратите внимание, что каждая отдельная кривая на графике соответствует определенному значению интенсивности света (в данном случае единицы измерения — мВт / см2) и что ток коллектора увеличивается с интенсивностью света.

Фототранзисторы чувствительны не ко всему свету, а только к свету в определенном диапазоне длин волн. Они наиболее чувствительны к определенным длинам волн в красной и инфракрасной части спектра.

Основы фототранзистора

В этом уроке 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, позвольте нам освежить наше понимание сенсоров и, в частности, оптических сенсоров.

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 наиболее интересными датчиками для данного обсуждения являются 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 фотона чувствительным материалом, почти все датчики света делятся на два типа. Это:

• Квантовые датчики
• Тепловые датчики

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

Фотоэлектрические и фотопроводящие устройства, такие как фотодиоды, фоторезисторы (также известные как светозависимые резисторы или LDR), фототранзисторы и т. Д., Являются примером твердотельных, то есть полупроводниковых датчиков света типа квантовых детекторов.

Что такое фототранзистор?

Прежде чем разбираться в фототранзисторах, давайте сначала кратко разберемся, что такое фотодиод. Проще говоря, фотодиод — это оптический чувствительный 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, то есть во время обратного смещения, когда свет попадает на переход, происходит увеличение в текущем.

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

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.

Символ фототранзистора показан ниже.

Как и обычные транзисторы, фототранзисторы также имеют большой коэффициент усиления, но главное отличие — это размер 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 биполярного транзистора.

Фототранзисторы бывают двух- или трехвыводными. 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 течет небольшой ток утечки, известный как темновой ток.

Когда на клемму базы падает достаточное количество света, создается базовый ток, который пропорционален силе 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 по мере увеличения 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 необходимо учитывать несколько факторов или свойств, чтобы фототранзистор мог использоваться наилучшим образом.

Вот 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, насколько 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 управлением с использованием фототранзистора

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, управляемое 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 включает 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, и 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 сигнализации
• Индикаторы уровня
• Датчики приближения
• Считыватели перфокарт
• Энкодеры

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

Определение : Фототранзистор — это устройство, которое может 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 в основном является усовершенствованием 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 , а также обычного транзистора .Он работает по принципу Фотоэффект . Поскольку он изменяет световой сигнал, падающий на его поверхность, в его электрическую эквивалентную форму. И действие транзистора позволяет ему выполнять усиление тока, протекающего через него.

Содержимое: 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 изготавливались 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 транзисторами с гомопереходом.

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 направленных внутрь стрелок в базовой области, которые показывают падающее световое излучение.

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 коллекторная область 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 на основание транзистора попадает определенное количество световой энергии, 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.

Кривая характеристик 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 тока базы с изменением интенсивности света.

Здесь ось абсцисс представляет уровень освещенности, тогда как ось ординат представляет собой генерируемый эквивалентный базовый ток.

Преимущества фототранзистора

1. Это высокочувствительное оптоэлектронное устройство.
2. Он менее сложный и недорогой.
Фототранзисторы
3. 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.
На фототранзисторы
4. влияет изменение электромагнитной энергии.

Применение фототранзистора

Область применения фототранзисторов:

• В управлении и обнаружении света : Поскольку фототранзисторы являются очень чувствительными датчиками 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 в некоторых системах из-за их светочувствительности.
• В счетных системах : Фототранзисторы могут быть эффективно использованы 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.
• Считыватели 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 работает несколько медленнее. Это явно означает, что с повышенной чувствительностью основной недостаток связан с его на и на времени.

Фототранзистор | Принцип работы

СОДЕРЖАНИЕ

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

Фототранзистор является преобразователем который способен преобразовывать световую энергию в электрическую.Такие параметры, как длина волн, выравнивание, интерфейсы и т. Д., Должны рассматриваться как более важные при проектировании схемы.

Что такое фототранзистор?

Определение фототранзистора:

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

Как следует из названия, фототранзистор — это транзистор, который может воспринимать свет и изменять токи между выводами транзистора.

Транзисторы обычно светятся. Это свойство транзисторов используется в фототранзисторах. Фототранзистор типа NPN является одним из таких типов.

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, 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.
• Транзисторы этих типов обычно покрыты пластиком, и одна из частей остается открытой или прозрачной для света.

Символ фототранзистора: Символ фототранзистора

Примеры фототранзистора:

• KDT00030TR
• PS5042
• OP506A, OP550A, OP505400 , TE TEMT1030
• SFh414-2 / ​​3, SFH 325 FA-Z
• QSE113E3R0
• BPW17N, BPV11F, BPW85C и т. Д.

Принцип работы фототранзистора

Выходной сигнал фототранзистора снимается с вывода его 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 клемма коллектора сделана отрицательной 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 этого типа транзистора 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:

• Сила фототока будет больше при более высоком усилении постоянного тока.
• Светочувствительность определяется отношением фотоэлектронных токов к падающим световым потокам.
• Если длина волны увеличивается, частота будет уменьшена.
• Если область перехода коллектор-база становится шире, амплитуда фототока, создаваемого фототранзистором, будет выше.

Характеристики фототранзистора:

Здесь ось X — V _CE — обозначает напряжение, приложенное к выводу коллектор-эмиттер, а ось Y — I _C — обозначает ток коллектора, проходящий через цепь в мА.

Как мы видим, кривая ясно 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.
• По сравнению с фотодиодом время отклика фототранзистора больше. Таким образом, это означает, что этот тип транзистора имеет более быстрое время отклика.
• Фототранзисторы невосприимчивы к любым шумовым помехам.
• Фототранзисторы дешевле.
• Схема транзистора этого типа менее сложна.

Недостатки фототранзистора:

• Эффективность фототранзистора уменьшается 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.
• Часто возникают электрические шипы.

Применения фототранзисторов:

• Фототранзисторы используются в счетных системах.
• Этот тип транзисторов используется в вычислительной системе.
• Этот тип транзистора может использоваться для генерации переменного напряжения.
• Эти типы транзисторов используются в.
• 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 подключены с обратным смещением, чтобы уменьшить площадь зарядов и уменьшить емкость на переходах.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

Характеристики	Фоторезистор	Фототранзистор
16	905 43 Чувствительность к свету
Максимальное сопротивление в темноте	Низкое	Высокое
Минимальное сопротивление при ярком свете	Высокое	Низкое
Высокая допустимая нагрузка по току	)	Сравнительно ниже, чем фоторезистор
Направление	Фоторезистор чувствителен к падающему свету со всех сторон.Таким образом, ненаправленный фототранзистор	чувствителен к падающему свету в определенном направлении и тупит в других направлениях.
Зависит от температуры	Сопротивление колеблется при изменении температуры	Эффективное сопротивление меньше колеблется при колебаниях температуры.
Изменение сопротивления	Никаких изменений сопротивления не наблюдается для интенсивности света независимо от приложенного напряжения i.е. он остается равным.	Эффективное сопротивление зависит от приложенного напряжения.
Стоимость	Сравнительно дорого	Сравнительно дешево

Чтобы узнать больше о транзисторе, нажмите здесь

О Soumali Bhattacharya и в настоящее время в области связи электроники

I am
Мои статьи сосредоточены на основных областях базовой электроники с очень простым, но информативным подходом.
Я хорошо учусь и стараюсь быть в курсе всех последних технологий в области электроники.

Давайте подключимся через LinkedIn —
https://www.linkedin.com/in/soumali-bhattacharya-34833a18b/

Фототранзистор работает | Характеристики | Приложения

Фототранзистор Рабочий:

Фототранзистор работает аналогично обычному биполярному транзистору, за исключением того, что его коллекторно-базовый переход выполнен как фотодиод.Вместо базового тока вход в транзистор имеет вид подсветки на переходе.

Конструкция и работа фототранзистора:

Рассмотрим обычный BJT с разомкнутым базовым выводом [Рис. 20-27 (а)]. Ток утечки базы коллектора (I _CBO ) действует как ток базы, давая ток коллектора; I _C = (h _FE + 1) I _CBO. В случае фотодиода было показано, что обратный ток насыщения увеличивается за счет световой энергии на переходе.Точно так же в фототранзисторе I _CBO пропорционален освещенности коллектор-база, [рис. 20-27 (b)]. Это приводит к тому, что I _C также пропорционален уровню освещенности.

Для заданного количества освещения на очень маленькой площади рабочий фототранзистор обеспечивает намного больший выходной ток, чем тот, который доступен от фотодиода. Таким образом, фототранзистор является наиболее чувствительным из двух устройств. Обозначение схемы фототранзистора показывает вывод базы, который часто остается неподключенным, но иногда используется для обеспечения стабильных условий смещения.

Поперечное сечение на рис. 20-28 иллюстрирует конструкцию и работу фототранзистора. Видно, что площадь эмиттера довольно мала, чтобы падающая засветка проходила на переход коллектор-база. Пакеты фототранзисторов аналогичны пакетам фотодиодов, за исключением того, что предусмотрены три вывода.

Характеристики фототранзистора и технические характеристики фототранзистора:

Типичные характеристики выходного фототранзистора показаны на рис.20-29. Видно, что они похожи на характеристики BJT, за исключением того, что базовые уровни тока заменены уровнями освещенности. Линия нагрузки может быть проведена на характеристиках обычным способом.

Частичные технические характеристики фототранзистора показаны на рис. 20-30 показан минимальный ток 3 мА при 5 мВт / см ² и чувствительность 500 мкА / мВт / см ² . Сравнение этого со спецификацией фотодиода (рис. 20-29) показывает (как указано выше), что фототранзистор намного более чувствителен, чем фотодиод.Однако время нарастания и спада (обычно 5 мкс и 8 мкс) для фототранзистора намного меньше, чем время отклика 2 нс для фотодиода.

Применение фототранзистора:

Два применения фототранзистора показаны на рис. 20-31 и 20-32. Реле на рис. 20-31 срабатывает, когда свет, падающий на фототранзистор, повышается до определенного уровня. Это происходит, когда ток эмиттера Q ₁ вызывает падение напряжения на R ₂ , достаточное для прямого смещения BE-перехода Q _2. Ток реле снова падает, когда Q ₂ выключается по мере уменьшения уровня освещенности.

На рис. 20-32 SCR ₁ остается незаработанным, в то время как освещение поддерживает Q ₁ в насыщении. Если индикатор не работает, Q ₁ выключается, а V _R3 запускает SCR. Такая схема может использоваться для включения системы аварийного освещения при выходе из строя нормального освещения.

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, которое способно определять уровни света и изменять ток, протекающий между эмиттером и коллектором, в зависимости от уровня получаемого света.

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 используются во множестве приложений, и с тех пор их разработка продолжается.

Фототранзисторы

широко доступны и могут быть легко приобретены 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 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, в которых 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, есть много других приложений, в которых используются эти электронные компоненты.

Первоначальная разработка фототранзистора

Изобретение фототранзистора стало продолжением разработки первого транзистора с точечным контактом. Примерно в то время в Bell Labs проводилось большое количество разработок полупроводников, и фототранзистор разрабатывался одной из этих групп.

Хотя история фототранзистора не так широко освещается, как многие другие ранние разработки полупроводников, это, безусловно, было очень важным событием.

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

Записка из истории фототранзисторов:

Фототранзистор появился в результате первых разработок полупроводников в Bell Telephone Laboratories. Об изобретении впервые было объявлено 30 марта 1950 года.

Подробнее о Изобретение фототранзистора

Работа фототранзистора

Фототранзистор основан на принципе работы биполярного транзистора.Фактически фототранзистор можно сделать, подвергнув полупроводник обычного транзистора свету. Очень ранние фототранзисторы создавались без покрытия пластиковой оболочки 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 маскировало 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 транзистора β по току.

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

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.Символ фототранзистора состоит из основного символа биполярного транзистора с двумя стрелками, указывающими на соединение биполярного транзистора. Это схематично изображает работу фототранзистора.

Обозначение схемы фототранзистора (для устройства на основе транзистора NPN)

Фототранзисторы могут быть основаны как на транзисторах NPN, так и на транзисторах PNP, поэтому вполне возможно иметь фототранзистор PNP, и для этого направление стрелки на эмиттере меняется 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, чтобы установить требуемую рабочую точку. В этом случае база будет отображаться на символе фототранзистора обычным образом.

Структура фототранзистора

Хотя обычные биполярные транзисторы проявляют светочувствительные эффекты, если они подвергаются воздействию 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 отрицательного заземления, 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. Обычно они изготавливаются с использованием 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 внутри структуры 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 одним преимуществом всех фототранзисторов по сравнению с лавинным фотодиодом, еще одним устройством, обеспечивающим усиление, является то, что фототранзистор имеет гораздо более низкий уровень шума. Лавинные диоды всех форм известны большим 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 гомоструктурного 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.
• 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 устройствами 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 Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Что такое фототранзистор? — Работа, преимущества и применение

Определение: Фототранзисторы напоминают обычный транзистор, за исключением того факта, что в случае фототранзистора клемма базы отсутствует.Фототранзисторы преобразуют падающий свет в фототок. Вместо того, чтобы обеспечивать ток базы для запуска транзистора, световые лучи используются для освещения области базы.

Базовая клемма сделана из материала, который показывает чувствительность к свету. Символ схемы фототранзистора аналогичен условному обозначению обычного транзистора, но вывод базы может быть опущен. Две стрелки, указывающие на фототранзистор, указывают на то, что фототранзистор срабатывает падающим на него светом.

Условное обозначение фототранзистора показано на схеме ниже.

Конструкция фототранзистора

Фототранзисторы изготавливаются так же, как и обычные транзисторы, с той лишь разницей, что площадь базы и коллектора у фототранзисторов довольно большая по сравнению с обычным транзистором. Это связано с тем, что чем больше света падает на фототранзистор, тем больший ток он генерирует.

Коллектор и базовая область сформированы методами ионной имплантации и диффузии. Транзистор, который использовался ранее, был сделан из полупроводникового материала, такого как германий и кремний, и полученная структура становится однородным материалом, состоящим из кремния или германия.

Напротив, в настоящее время фототранзисторы состоят из материалов Группы III и Группы V, таких как GaAs (арсенид галлия), таким образом, что галлий и арсенид, каждый из них, используются по обе стороны от транзистора.Полученная структура приобретает неоднородный характер. Этот тип структуры широко используется, поскольку эффективность преобразования увеличивается в несколько раз по сравнению с эффективностью преобразования однородного транзистора.

Работа фототранзистора

Выходной сигнал фототранзистора снимается с вывода эмиттера, и световые лучи проходят через базовую область. Величина фототока, создаваемого фототранзистором, зависит от силы света, падающего на транзистор.

Это может быть три терминала или два терминала, мы можем опустить базу в соответствии с нашим требованием. Фототранзистор может работать в трех областях: область отсечки, активная область и область насыщения. Область отсечки и область насыщения могут использоваться для работы транзистора в качестве переключателя.

Активная область используется для генерации тока. Ток, генерируемый фототранзистором, зависит от нескольких факторов, помимо силы света, таких как

.

1. Коэффициент усиления по постоянному току транзистора: Чем выше коэффициент усиления по постоянному току транзистора, тем выше будет сила генерируемого фототока.
2. Постоянная времени: Время отклика транзистора также влияет на эффективность фототранзистора по генерации фототока.
3. Светочувствительность: Светочувствительность можно определить по соотношению между фотоэлектрическим током и падающим световым потоком.
4. Площадь перехода коллектор-база: Площадь перехода коллектор-база имеет решающее значение для генерации фототока. Чем выше площадь перехода коллектор-база, тем выше будет величина фототока, создаваемого фототранзистором.
5. Длина волны падающего света: Длина волны света, падающего на фототранзистор, регулирует количество генерируемого фототока. Чем выше длина волны, тем ниже будет частота.

Выходные характеристики фототранзистора

Выходные характеристики фототранзистора можно понять с помощью диаграммы ниже. Он показывает изменение тока коллектора относительно изменения напряжения эмиттер-коллектор.

Преимущества фототранзистора

1. Более высокий КПД по сравнению с фотодиодом: КПД фототранзистора выше, чем у фотодиода. Это связано с тем, что коэффициент усиления по току в случае фототранзистора больше, чем у фотодиода, таким образом, даже если количество света, падающего на оба, одинаково, фототранзистор будет генерировать больше фототока, чем фотодиод.
2. Более быстрый отклик: Время отклика фототранзистора больше, чем у фотодиода, это дает преимущество использования фототранзистора в нашей схеме.
3. Меньше шумовых помех: Главный недостаток фотодиодов, особенно лавинных фотодиодов, заключается в том, что они не защищены от шумовых помех. Напротив, фототранзисторы невосприимчивы к шумовым помехам.
4. Экономичность: Фототранзистор дешевле, чем другие светочувствительные устройства, поэтому использовать фототранзисторы в светочувствительных устройствах экономично.
5. Менее сложный: Конструкция фототранзисторов проста и менее сложна по сравнению с LDR и фотодиодами.

Недостатки фототранзисторов

1. Влияние электромагнитной энергии: Эффективность фототранзисторов снижается, когда электромагнитное поле вмешивается в рабочую зону. Это приводит к низкой эффективности преобразования фототранзисторов.
2. Низкая производительность на высокой частоте: Из-за большой площади области коллектор-база увеличивается емкость. Из-за этого он не может эффективно преобразовывать свет в фототок в более высоких частотных диапазонах.
3. Электрические шипы: Чаще возникает в фототранзисторах, чем в фотодиодах.

Применение фототранзисторов

1. Системы подсчета: Фототранзисторы обычно используются в системах подсчета. Поскольку это устройство работает с помощью падающего света, его очень легко использовать в вычислительной системе, так как нам не нужно беспокоиться об источнике питания.
2. Обнаружение энкодера и обнаружение объекта: Фототранзисторы могут использоваться для обнаружения объекта или для кодирования.
3. Принтеры и пульты оптического управления: Благодаря высокой эффективности преобразования света в ток он обычно используется в оптических устройствах, таких как пульты дистанционного управления, принтеры и т. Д.
4. Детектор света: Самым важным применением фототранзистора является его использование в качестве детектора света. Это потому, что он может обнаруживать даже небольшое количество света, потому что он очень эффективен.
5. Индикация уровня и реле: Фототранзисторы также используются для индикации уровня в различных системах.Они также играют жизненно важную роль в реле и перфокартах.

Фототранзисторы являются важнейшим устройством оптоэлектроники, они также используются в оптических волокнах. Благодаря ряду преимуществ перед фотодиодами, он более предпочтителен перед фотодиодами.

.