Фототранзистор принцип работы – Фототранзистор: принцип работы, как проверить — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Фототранзистор Википедия

Фототранзистор

Схематическое изображение фототранзистора на электрических схемах

Фототранзи́стор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от обычного биполярного транзистора тем, что полупроводниковый базовый слой прибора доступен для воздействия внешнего оптического облучения, за счёт этого ток через прибор зависит от интенсивности этого облучения.

Отличается от фотодиода тем, что обладает внутренним усилением фототока и поэтому большей чувствительностью к потокам оптического излучения.

Фототранзистор может иметь полупроводниковую структуру как n-p-n, так и p-n-p транзистора.

Большинство промышленных типов фототранзисторов не имеют электрического вывода базы, но в некоторых моделях такой вывод имеется и обычно служит для смещения начальной рабочей точки прибора посредством подачи в базу некоторого тока.

История

Фототранзистор изобрёл 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.

Принцип работы фототранзистора

Биполярный фототранзистор — полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами и тремя слоями полупроводника чередующегося типа проводимости — аналог обычного биполярного транзистора с управлением базовым током. Но в фототранзисторе базовым током является фототок. При освещении базового слоя фототранзистора в его базе за счет внутреннего фотоэффекта генерируются электронно-дырочные пары, порождая фототок. Этот процесс снижает потенциальный барьер от контактной разности потенциалов в эмиттерно-базовом переходе, что увеличивает диффузию неосновных носителей (для базы) из эмиттера в базу, то есть можно считать, что в этом приборе фототок является базовым током обычного транзистора. Можно сказать, что фототранзистор подобен обычному биполярному транзистору, между выводами коллектора и базы которого включен обратносмещенный фотодиод.

Как известно, транзистор обладает способностью усиливать базовый ток IB{\displaystyle I_{B}}, коэффициент усиления β=IC/IB>>1{\displaystyle \beta =I_{C}/I_{B}>>1}, поэтому ток коллектора IC{\displaystyle I_{C}} и равный ему ток эмиттера IE{\displaystyle I_{E}} в β{\displaystyle \beta } раз больше исходного фототока. Таким образом, светочувствительность фототранзистора больше светочувствительности фотодиода с равной площадью фотоприемной поверхности в несколько десятков и до нескольких сотен раз.

Основные параметры фототранзистора

Чувствительность

Токовая чувствительность Si,Φ{\displaystyle S_{i,{\Phi }}} по световому потоку фототранзистора определяется отношением тока через прибор IΦ{\displaystyle I_{\Phi }} к вызвавшему этот ток световому потоку Φ{\displaystyle \Phi }:

Si,Φ=IΦΦ{\displaystyle S_{i,{\Phi }}={\frac {I_{\Phi }}{\Phi }}}

Токовая чувствительность современных фототранзисторов достигает нескольких сотен мА/лм.

Темновой ток

Даже в отсутствие освещения, через прибор протекает некоторый ток, называемый темновым током. Этот ток вреден для регистрации слабых световых потоков, так как «маскирует» полезный сигнал и при изготовлении фототранзисторов его стремятся уменьшить разными технологическими приемами. Кроме того, величина темнового тока существенно зависит от температуры полупроводниковой структуры и нарастает при её повышении приблизительно так же, как и обратный ток p-n перехода в любом полупроводниковом приборе. Поэтому для снижения темнового тока иногда применяют принудительное охлаждение прибора.

При прочих равных, величина темнового тока сильно зависит от ширины запрещённой зоны полупроводника и снижается при её увеличении. Поэтому характерные значения темнового тока при комнатной температуре германиевых фототранзисторов порядка единиц мкА, кремниевых — долей мкА, арсенидо-галлиевых — десятков пкА.

Спектральная чувствительность

Типовая спектральная чувствительность кремниевого фототранзистора

Чувствительность фототранзистора зависит от длины волны падающего излучения. Например, для кремниевых приборов максимум чувствительности находится в диапазоне 850—930 нм — красный и ближний инфракрасный диапазоны. Для ближнего ультрафиолетового излучения (~400 нм) чувствительность снижается в ~10 раз от максимальной. Также чувствительность снижается при увеличении длины волны и для длин волн свыше ~1150 нм — край оптической полосы поглощения кремния, снижается до нуля.

Быстродействие

Фототранзисторы по сравнению с фотодиодами имеют относительно низкое быстродействие. Это обусловлено конечным временем рассасывания неосновных носителей в базе при снижении освещённости. Кроме того, если напряжение между коллектором и эмиттером изменяется при изменении освещенности, что имеет место в некоторых схемах электрического включения прибора, дополнительно снижает быстродействие эффект Миллера, обусловленный емкостью коллекторно-базового p-n перехода. Практически диапазон рабочих частот фототранзисторов ограничен, в зависимости от схемы включения, несколькими сотнями кГц — единицами МГц.

Включение фототранзисторов в электрические цепи

Классическое включение прибора — с обратносмещенным коллекторным переходом, то есть для прибора со структурой n-p-n на коллектор подается положительное относительно эмиттера напряжение и наоборот для структуры p-n-p.

Для приборов, имеющих третий электрический вывод базы, возможно включение по любой из схем включения обычного биполярного транзистора — с общим эмиттером, базой или коллектором. При этом ток базы задает положение «темновой рабочей точки» на вольт-амперной характеристике.

Иногда трёхвыводные фототранзисторы для увеличения быстродействия включают как обычный фотодиод, проигрывая при этом в чувствительности.

Преимущества и недостатки фототранзисторов

Основное преимущество фототранзисторов по сравнению с фотодиодами — высокая чувствительность к потоку излучения.

Недостатки — низкое быстродействие, поэтому эти приборы непригодны для применения в качестве приемников излучения в высокоскоростных оптоволоконных линиях связи. Также недостаток фототранзисторов — относительно большой темновой ток.

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.

Применение

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 приёмников излучения в оптронах.

См. также

Примечания

wikiredia.ru

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.

otdelkagres.ru

Фототранзистор | Электроника для всех

Наверняка многим захочется присобачить к AVR фотодетектор, чтобы отслеживать хотя бы наличие или отсутствие света. Это полезно как для роботостроителей, так и для тех кто делает всякую автоматику. Итак, кратко опишу какие бывают фотодетекторы.

Фоторезистор
ИМХО вымирающий вид. Последний раз я его видел еще в детстве. Обычно представляет собой такой металический кругляк со стеклянным окошком, в котором видна этакая сероватая зигзагообразная дорожка. При освещении его сопротивление падает, правда незначительно, раза в три четыре.

Фототранзистор
Последнее время я на них натыкаюсь постоянно, неиссякаемый источник фототранзисторов — пятидюймовые дисководы. Последний раз я, по цене грязи, надыбал на радио барахолке штук 5 платок от дисковертов, там светотранзисторы стоят напротив дырок контроля записи и вращения дискеты. Еще сдвоенный фототранзистор (а может и фотодиод, как повезет) стоит в обычной шариковой мышке.
Выглядит как обычный светодиод, только корпус прозрачный. Впрочем, светодиоды тоже такие же бывают так что перепутать кто из них кто раз плюнуть. Но это не беда, партизан легко вычисляется обычным мультиметром. Достаточно включить омметр между его эмитером и коллектором (базы у него нет) и посветить на него, как его сопротивление рухнет просто катастрофически — с десятков килоом до считанных ом. Тот который у меня в детекторе вращения шестерен в роботе меняет свое сопротивление с 100кОм до 30 Ом. Работает фототранзистор подобно обычному — держит ток, но в качестве управляющего воздействия тут не ток базы, а световой поток.

Фотодиод
Внешне ничем не отличается от фототранзистора или обычного светодиода в прозрачном корпусе. Также порой встречаются древние фотодиоды в металлических корпусах. Обычно это совковые девайсы, марки ФД-чето там. Такой металлический цилиндрик с окошком в торце и торчащими из задницы проводками.

В отличии от фототранзистора, может работать в двух разных режимах. В фотогальваническом и фотодиодном.
В первом, фотогальваническом, варианте фотодиод ведет себя как солнечная батарейка, то есть посветил на него — на выводах возникло слабенькое напряжение. Его можно усилить и применить =). Но куда проще работать в фотодиодном режиме. Тут мы подаем на фотодиод обратное напряжение. Поскольку он хоть и фото, но диод, то в обратную сторону напряжение не пойдет, а значит его сопротивление будет близко к обрыву, а вот если его засветить, то диод начнет очень сильно подтравливать и сопротивление его будет резко падать. Причем резко, на пару порядков, как у фототранзистора.
(далее…)

easyelectronics.ru

Полевой фототранзистор.

Рис.6

стройство 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:

Uз=IфRн, (5)

Напряжение на затворе увеличивается, ток стока изменяется на:

Iс=SUз=SIфRн, (6)

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

Uс=SIфRнRн.тр, (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

эквивалентной схеме полевого фототранзистора (Рис.7) источникиIфи и Iфс моделируют фототоки р-n переходов “исток-затвор” и “сток-затвор”; источник SUз — усиление в транзисторе; резистор r_ДИФ — 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:

SUз=SRн(Iфк+Iфc+Iфи)=SRнIф, (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.

studfiles.net