Фототранзисторы_принцип_работы_основные_характеристики

Фототранзисторы_принцип_работы_основные_характеристики

Принцип работы фототранзистора

Фототранзистор — это оптический электронный полупроводниковый прибор, один из вариантов биполярного транзистора. Отличается от стандартного варианта тем, что область базы доступна для светового облучения. Вследствие чего появляется возможность управлять усилением электрического тока с помощью оптического излучения, т.е. предназначен для преобразования светового потока в электрический ток .

Фототранзисторы: принцип действия, основные режимы

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.

При освещении фототранзистора в его базе генерируется электронно-дырочные пары. Неосновные носители зарядов переходят в область коллектора и частично в область эмиттера. При этом потенциалы эмиттера и коллектора относительно базы изменяются. Эмиттерный переход смещается в прямом направлении, и даже небольшое изменение его потенциала вызывает большое изменение тока коллектора, то есть фототранзистор является усилителем. Ток коллектора освещенного фототранзистора оказывается достаточно большим — отношение светового потока к темновому велико (несколько сотен). 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.

а) активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный переход – обратное;

б) режим отсечки – на оба перехода поданы обратные напряжения (транзистор заперт);

в) режим насыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения (транзистор полностью открыт);

г) инверсный активный режим – напряжение на эмиттерном переходе обратное, на коллекторном – прямое.

Основные характеристики и параметры фототранзисторов.

Вольт-амперные характеристики фототранзистора напоминают выходные характеристики обычного транзистора в схеме ОЭ, но параметром здесь служит не ток, 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.

Энергетические характеристики фототранзисторов, как и фотодиода, линейны. С увеличением напряжения фототок несколько увеличивается вследствие модуляции ширины базы.

Читайте также:  Самые_крутые_дома_на_колесах

Спектральные характеристики аналогичны подобным характеристикам фотодиодов

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.

Параметры. Фототранзисторы; так же как фоторезисторы и фотодиоды, используются в качестве фотодетекторов — приборов для обнаружения и регистрации световых сигналов. Поэтому для характеристики работы фототранзистора в качестве фотодетектора используются те же параметры, что и для фоторезисторов: пороговый поток Фп, обнаружительная способность D и др.

Одним из важнейших параметров фототранзистора служит коэффициент усиления по фототоку фототранзистора — отношение фототока коллектора фототранзистора при отключенной базе к фототоку освещаемого р-п перехода, измеренному в диодном режиме.

Тоновая 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.

ФОТОТРАНЗИСТОРЫ

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. Схема включения биполярного фототранзистора типа р — п — р со «свободной», т. е. никуда не включенной, базой, приведена на рис. 13.10. Как обычно, на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на кол­лекторном — обратное.

Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей заряда — электронов и дырок. Они диффундируют к коллектор­ному переходу, в котором происходит их разделение так же, как и в фото­диоде. Дырки под действием поля кол­лекторного перехода идут из базы в кол­лектор и увеличивают ток коллектора. А электроны остаются в базе и повы­шают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию ды- рок в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток кол­лектора. В транзисторе типа п.— р — п все происходит аналогично.

Рис. 13.10. Структура и схема включения фототранзистора со «свободной» базой

Интегральная чувствительность у фо­тотранзистора в десятки раз больше, чем у фотодиода, и может достигать сотен миллиампер на люмен. Фототран­зистор со «свободной» базой имеет низкую температурную стабильность. Для устранения этого недостатка при­меняют схемы стабилизации, которые были рассмотрены в гл. 4. При этом, конечно, должен быть использован вы­вод базы. На этот вывод можно также подавать постоянное напряжение смеще­ния или электрические сигналы и осу­ществлять совместное действие этих сигналов и световых.

Читайте также:  Как_открыть_домофон_без_ключа_ccd_20

Выходные характеристики фототран­зистора показаны на рис. 13.11. Они аналогичны выходным характеристикам для включения транзистора по схеме с общим эмиттером, но различные кри­вые соответствуют различным значени­ям светового потока, а не тока базы.

Рис. 13.11. Выходные характеристики фото­транзистора

Характеристики показывают, что при повышенном напряжении возникает электрический пробой (штриховые участки).

Параметры фототранзисторов — ин­тегральная чувствительность, рабочее напряжение (10—15 В), темновой ток (до сотен микроампер), рабочий ток (до десятков миллиампер), максимальная допустимая рассеиваемая мощность (до десятков милливатт), граничная частота. Фототранзисторы, изготовленные сплав­ным методом, имеют граничные часто­ты до нескольких килогерц, а изготов­ленные диффузионным методом (планар-ные) могут работать на частотах до нескольких мегагерц. Недостаток фото­транзисторов — сравнительно высокий уровень собственных шумов.

Помимо рассмотренного биполяр­ного фототранзистора применяются и другие. Составной фототранзистор представляет собой фототранзистор, со­единенный с обычным транзистором. В гл. 9 было показано, что составной транзистор имеет коэффициент усиле­ния тока Р, равный произведению коэф­фициентов усиления двух транзисторов PiP2— В результате интегральная чув­ствительность у составного фототран­зистора в десятки раз больше, чем у обычного, и в тысячи раз больше, чем у фотодиодов. Высокая чувствительность и хорошее быстродействие достигаются при сочетании фотодиода с высокочас­тотным транзистором.

Кроме биполярных фототранзисто­ров в качестве приемников излучения используются и полевые фототранзи­сторы. На рис. 13.12 показан полевой фототранзистор с каналом и-типа. При облучении «-канала в нем и в приле­гающей к нему р-области (области за­твора) генерируются электроны и дырки. Переход между и-каналом и р-областью находится под обратным напряжением, и поэтому под действием поля этого перехода происходит разделение носите­лей заряда. В результате повышается концентрация электронов в и-канале, уменьшается его сопротивление и увели­чивается концентрация дырок в р-об­ласти.

Рис. 13.12. Структура и схема включения полевого фототранзистора с каналом и-типа

Рис.13.13. Структура и схема включения фототиристора

Ток канала (ток стока) возраста­ет. Кроме того, возникает фототок в цепи затвора. Этот ток создает падение напряжения на резисторе R3, за счет чего уменьшается обратное напряжение на управляющем переходе канал —за­твор. Это, в свою очередь, приводит к увеличению толщины канала, а сле­довательно, к дополнительному умень­шению его сопротивления и возраста­нию тока стока. Таким образом осу­ществляется управление током стока с помощью света.

Читайте также:  Как_отодрать_краску_в_ванной

Представляют интерес МЦП-фото­транзисторы с индуцированным (инверс­ным) каналом. Они имеют полупрозрач­ный затвор, через который освещается область полупроводника под затвором. В этой области происходит фотогенера­ция носителей заряда. За счет этого изменяется значение порогового напря­жения, при котором возникает индуци­рованный канал, а также крутизна, яв­ляющаяся основным параметром такого транзистора. На затвор иногда подают постоянное напряжение для установле­ния начального режима.

Еще одна разновидность — однопере-ходные фототранзисторы, в которых при облучении светом понижается напряжение включения.

Тиристорные четырехслойные струк­туры р — п — р — п (рис. 13.13) могут уп­равляться световым потоком, подобно тому как триодные тиристоры управля­ются напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов. При действии света на область базы рх в этой об­ласти генерируются электроны и дырки, которые диффундируют к и — р-переходам. Электроны, попадая в область перехода 172, находящегося под обрат­ным напряжением, уменьшают его со? противление. За счет этого происходит перераспределение напряжения, прило­женного к тиристору: напряжение на переходе П2 несколько уменьшается, а напряжения на переходах П1 и 17 3 не­сколько увеличиваются. Но тогда уси­ливается инжекция в переходах П1 и 173, к переходу П2 приходят инжекти­рованные носители, его сопротивление снова уменьшается и происходит допол­нительное перераспределение напряже­ния, еще больше усиливается инжекция в переходах 17 х и 173, ток лавинообраз­но нарастает (см. штриховые линии на рис. 13.14), т. е. тиристор отпирается.

Чем больше световой поток, дей­ствующий на тиристор, тем при мень­шем напряжении включается-тиристор. Это наглядно показывают вольт-ампер­ные характеристики фототиристора, приведенные на рис. 13.14. После включе­ния на тиристоре устанавливается, как обычно, небольшое напряжение и почти все напряжение источника Е падает на нагрузке. Иногда у фототиристора бы­вает сделан вывод от одной из базовых областей (рх или п2). Если через этот вывод подавать на соответствующий эмиттерный переход прямое напряжение, то можно понижать напряжение вклю­чения. Само включение по-прежнему будет осуществляться действием свето­вого потока.

Фототиристоры могут успешно при­меняться в различных автоматических устройствах в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей. Важные дос­тоинства фототиристоров — малое по­требление мощности во включенном состоянии, малые габариты, отсутствие искрения, малое (доли секунды) время включения.

Рис. 13.14. Вольт-амперные характеристики фототиристора

Ссылка на основную публикацию
Фото_наружных_откосов_на_окнах
Отделка наружных откосов окон ПВХ своими руками После того как оконная система установлена, необходимо установить наружные откосы для пластиковых окон....
Флорариум_своими_руками_для_начинающих_фото_пошагово
85+ идей флорариума своими руками (фото) За таким необычным экстравагантным названием скрывается не менее экстравагантная альтернатива стандартным пластиковым горшкам для...
Флористическая_губка_чем_заменить_в_домашних_условиях
Губка для цветочных композиций, где взять, как использовать, чем заменит Флористическая губка – это один из основных компонентов цветочной композиции....
Фото_небольших_ванных_комнат_совмещенных_с_туалетом
60 идей интерьеров ванной комнаты совмещенной с туалетом Современный интерьер ванной комнаты совмещенной с туалетом – это практичное использование пространства,...
Adblock detector