Фототранзистор: работа, использование, характеристики, плюсы и минусы

Конструкция фототранзистора

Как известно, самым распространенным видом транзистора является биполярный транзистор. Фототранзисторы, как правило, биполярные устройства NPN типа.

Несмотря на то, что и обычные биполярные транзисторы достаточно чувствительные к свету, фототранзисторы дополнительно оптимизированы для более четкой работы с источником света. Они имеют большую зону базы и коллектора по сравнению с обычными транзисторами. Как правило, они имеют непрозрачный темный корпус с прозрачным окошком для света.

Большинство фототранзисторов производят из полупроводникового монокристалла (кремний, германий), хотя встречаются фототранзисторы, построенные и на основе сложных типов полупроводниковых материалов, например, арсенид галлия.

Характеристики фототранзистора

Преимущества

Придется снова повториться касаемо схожести фототранзисторов и фотодиодов. Если мы говорим о том, что эти приборы имеют общие черты, соответственно сравнивать их мы должны между собой.

Говоря честно, фототранзисторы не обладают количественным преимуществом в отдельных аспектах, да, они имеют более высокую чувствительность непосредственно к излучению, но на этом все, в остальных параметрах наш прибор не превосходит фотодиоды.

Недостатки

А вот недостатков относительно фотодиодов достаточно.

Во-первых, фототранзисторы уступают в быстродействии, то есть временной промежуток отклика в линии связи немного дольше.

Во-вторых, у фотодиодов куда мельче выглядит темновой ток, что помогает им качественнее распознавать и регистрировать световой поток.

В-третьих, фототранзисторы не могут на должном уровне поддерживать линейную зависимость между током на выходе и освещением.

Фототранзисторы

Фототранзисторы отличаются от фотодиодов дополнительным усилением фототока на эмяттерном р-п переходе. Фототранзисторы могут работать как фотодиоды (режим с плавающей базой), так и в транзисторном режиме с источником смещения в базовой цепи. Вывод эмиттера фототранзистора маркируется цветной точкой на корпусе или цветной меткой на проволочном выводе. Фототранзисторы выпускают в металлостеклянном корпусе с входным окном базы в двух конструктивных оформлениях, как с отдельным электрическим выводом базы, так и без него. Основные параметры фототранзисторов приведены в таблице, внешний вид фототранзисторов показан на рисунке 1. Тип

Площадь фото-чувстви-тельного элемента, мм2	Основные параметры при температуре 20±5°С
Диапазон спектральной характеристики дельта лямбда,мкм	Максимальная спектральная характеристика дельта лямбда, max, мкм	Рабочее напряжение Uр, В	Темновой ток Iт, мкА	Интегральная токовая чувствительность S1 инт, мкА/Лк, не менее	Ипульсная постоянная времени tи, с, не более	Масса, г не более
ФТ-1К	2,8	0.5 … 1.12	0.8 … 0.9	5	3	(0.4)	8e-5	0.9
ФТ-2К	2,8	0.5 … 1.12	0.8 … 0.9	5	3	(0.4)	8e-5	0.9
ФТ-1Г	3	0.4 … 1.8	1.5 … 1.6	1 … 5	300	0.2	2e-4	1.5
ФТ-2Г	1	0.4 … 1.8	1.5 … 1.6	12 … 24	500	2	1e-5	1.5
ФТ-3Г	3	0.4 … 1.8	1.5 … 1.6	10 … 12	1000	2 … 7	1e-4	1.5
ФТГ-3	3	0.4 … 1.8	1.5 … 1.55	5 … 10	60	1	1(2 … 10)e-5	1.8
ФТГ-4	3	0.4 … 1.8	1.5 … 1.55	5 … 10	40	3	3(2 … 10)e-5	1.8
ФТГ-5	3	0.4 … 1.8	1.5 … 1.55	5 … 10	50	1	(1 … 2)e-5	1.8

Рис. 1

Щелкните мышью для увеличения

ТИП	Фототок IF,мкА	Темновой ток IT,мкА	Время нарастания импульса tн,нС	Обратное напряжение UОБР(UНАС) В	Режим Измерения
КТФ102А	200	1.0	500	50 (0.5)	Ее=60мВт/ср RНАГР=15 кОм
КТФ102А1	800	0,5
КТФ102А2
КТФ104А	150	1.0	800	0,5	Ее=7 Лк
КТФ104Б	100	5.0
КТФ104В	50

(C) МРБ выпуск 1168, Н.В.Пароль, С.А.Кайдалов, Фоточувствительные приборы и их применение: справочник, М., «Радио и связь», 1991г.

(С) from Александр Кузнецов,

www.diagram.com.ua

Импортные фототранзисторы

Наименование	Описание
1	L-610MP4BT/BD	NPN черный пластиковый фототранзистор
2	L-32P3C	T-1 (3мм) фототранзистор с кристальной линзой
3	L-51P3C	T-1 3/4 (5мм) фототранзистор с кристальной линзой

Партнеры

• Реферат на тему участие гвардейского экипажа.
• Экономика Германии факты о Германии Германия.

• Callbook
• Мультипоиск
• DX-календарь
• QSL-бюро
• QSL-менеджеры
• База частот

• Библиотека
• Дипломы
• Закон и право
• Каталог ссылок
• Каталог техники
• Круглые столы

• Магазины
• Начинающим
• Новости
• Объявления (карта)
• SDR Трансляции
• Поиск по сайту

• Помощь
• Почтовые рассылки
• Программы
• Cи-Би
• Солнечная активность
• Соревнования

• Справочники
• Статьи
• Схемы
• УКВ
• Форумы
• eHam.RU NEW!

Нашли опечатку? Ctrl+Enter

Мобильная версия

• Размещение рекламы
• Написать редакторам портала
• Контакты Карта сайта
• 2000 — 2021 QRZ.RU team

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641

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=ICIB>>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.

Что такое фототранзистор?

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

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

Есть два пути для размышления о работе фототранзистора.

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

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

Рисунок 2 – Фототранзистор концептуально эквивалентен фотодиоду, который управляет базой биполярного транзистора

Обратите внимание на включение фотодиода: фототок всегда является обратным током, и фотодиод ориентирован таким образом, что фототок течет на базу

Основные понятия и устройство

Фоторезистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого (если удобно – проводимость) изменяются в зависимости от того, насколько сильно освещена его чувствительная поверхность. Конструктивно встречаются в различных исполнениях. Наиболее распространены элементы такой конструкции, как изображено на рисунке ниже. При этом для работы в специфических условиях можно найти фоторезисторы, заключенные в металлический корпус с окошком, через которое попадает свет на чувствительную поверхность. Ниже вы видите его условное графическое обозначение на схеме.

Интересно: изменение сопротивления под воздействием светового потока называется фоторезистивным эффектом.

Принцип действия заключается в следующем: между двумя проводящими электродами находится полупроводник (на рисунке изображен красным), когда полупроводник не освещен – его сопротивление велико, вплоть до единиц МОм. Когда эта область освещена её проводимость резко возрастает, а сопротивление соответственно падает.

В качестве полупроводника могут использоваться такие материалы как: сульфид Кадмия, Сульфид Свинца, Селенит Кадмия и другие. От выбора материала при изготовлении фоторезистора зависит его спектральная характеристика. Простыми словами – диапазон цветов (длин волн) при освещении которыми будет корректно изменяться сопротивление элемента. Поэтому выбирая фоторезистор, нужно учитывать в каком спектре он работает. Например, под УФ-чувствительные элементы нужно подбирать те виды излучателей, спектральные характеристики которых подойдут к фоторезисторам. Рисунок, который описывает спектральные характеристики каждого из материалов изображен ниже.

Одним из часто задаваемых вопросов является «Есть ли полярность у фоторезистора?» Ответ – нет. У фоторезисторов нет p-n перехода, поэтому не имеет значения, в каком направлении протекает ток. Проверить фоторезистор можно с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления, измерив сопротивление освещенного и затемненного элемента.

Примерную зависимость сопротивления от освещенности вы можете видеть на графике ниже:

Здесь показано, как изменяется ток при определенном напряжении в зависимости от количества света, где Ф=0 – темнота, а Ф3 – яркий свет. На следующем графике приведено изменение тока при постоянном напряжении, но изменяющейся освещенности:

На третьем графике вы видите зависимость сопротивления от освещенности:

На рисунке ниже вы можете наблюдать как выглядят популярные фоторезисторы производства СССР:

Современные же фоторезисторы, нашедшие широкое распространение в практике самодельщиков, выглядят немного иначе:

Для обозначения элемента обычно используется буквенная маркировка.

Фототранзисторы

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

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

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

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

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

При Ф = 0 ток очень мал и равен темновому току

. (8.9)

где h21б – коэффициент передачи эмиттерного тока.

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

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

. (8.10)

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

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

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

На рис. 8.12 представлен полевой фототранзистор с управляющим

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

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

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

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

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

Темновой ток

В физике и электронике темновым током

называют малый электрический ток, который протекает по фоточувствительному элементу, такому как фотодиод, в отсутствие падающих фотонов. Физической причиной существования темнового тока являются случайные генерации электронов и дырок в p-n слое устройства, которые затем начинают упорядоченно двигаться за счет сильного электрического поля.

Темновой ток — один из главных источников шума в таких светочувствительных приборах как ПЗС-матрица.

• Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение).
• Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Темновой ток» в других словарях:

темновой ток — Сигнал, возникающий на выходе ПЗС матрицы при отсутствии падающего света. [https://www.vidimost.com/glossary.html] Тематики телевидение, радиовещание, видео EN dark current … Справочник технического переводчика

темновой ток — tamsinė srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. dark current vok. Dunkelstrom, m rus. темновой ток, m pranc. courant d obscurité, m … Automatikos terminų žodynas

темновой ток — tamsinė srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. dark current vok. Dunkelstrom, m rus. темновой ток, m pranc. courant d’obscurité, m; courant noir, m … Fizikos terminų žodynas

темновой ток полупроводникового детектора ионизирующего излучения — темновой ток ППД Электрический ток, протекающий через сигнальные выводы полупроводникового детектора ионизирующего излучения при отсутствии падающего на детектор ионизирующего излучения и при отсутствии проникновения света в чувствительную… … Справочник технического переводчика

темновой ток эмиттер-база фототранзистора — Темновой ток в цепи эмиттера, протекающий при отсутствии тока в коллекторе при определенных условиях работы и в отсутствие потока излучения в диапазоне спектральной чувствительности. Обозначение IбТ Э IEBO Примечание На ФЭПП может действовать… … Справочник технического переводчика

темновой ток эмиттер-коллектор фототранзистора — Темновой ток в цепи эмиттера, протекающий при отсутствии тока в базе при определенных условиях работы и в отсутствие потока излучения в диапазоне спектральной чувствительности. Обозначение IкТ Э IECO Примечание На ФЭПП может действовать… … Справочник технического переводчика

темновой ток коллектор-база фототранзистора — Ток в цепи коллектора, протекающий при отсутствии тока в эмиттере при определенных условиях работы и в отсутствие потока излучения в диапазоне спектральной чувствительности. Обозначение IбТ К IСBO Примечание На ФЭПП может действовать равновесное… … Справочник технического переводчика

темновой ток коллектор-эмиттер фототранзистора — Ток в цепи коллектора при отсутствии тока в базе, протекающий при определенных условиях работы и в отсутствие потока излучения в диапазоне спектральной чувствительности. Обозначение IэТ К IСEO Примечание На ФЭПП может действовать равновесное… … Справочник технического переводчика

темновой ток фотоумножителя (фотоэлемента) — Ток в цепи анода фотоумножителя (фотоэлемента) при отсутствии облучения фотокатода. Тематики электровакуумные приборы EN dark current of photomultiplier (photocell) DE Dunkelstrom des Photovervielfachers (der Photozelle) FR… … Справочник технического переводчика

Источник

Принцип работы

Фототранзистор работает так же, как и транзистор, где ток направляется к коллектору, ключевым отличием является то, что в данном приборе, электроток контролируется только двумя активными контактами.

Фото — простой фототранзистор

В простой схеме, при условии, что ничего не подключено к фототранзистору, базовый ток регулируется при помощи определенного оптического излучения, которое определяет коллектор. Электроток попадает на полупроводник только после резистора. Таким образом, напряжение на приборе будет двигаться от высокого к низкому, в зависимости от уровня оптического излучения. Для усиления сигнала можно подключить устройство к специальному оборудованию. Выход фототранзистора зависит от длины волны падающего света. Этот полупроводник реагирует на свет в широком диапазоне волн в зависимости от спектра работы. Выход фототранзистора определяется площадью открытой переходной коллектор-базы и постоянного тока усиления транзистора.

Фототранзистор бывает разного типа действия, про это говорят основные схемы включения устройства. Виды прибора:

1. Оптический изолятор (напоминает по принципу трансформатор, у которого входы заблокированы при помощи электрических контактов);
2. Фотореле;
3. Датчики. Применяются в охранных системах. Это активные приборы, излучающие свет. При формировании и выделении определенного импульса, полупроводниковый прибор сразу же рассчитывает силу его возвращения. Если сигнал не вернулся или вернулся с другой частотой, то срабатывает сигнализация (как в охранных системах ИК).

Ключевые параметры фототранзистора

Токовая и спектральная чувствительности

Токовая или монохроматическая чувствительность

— фотопоток;

Спектральная чувствительность — параметр фототранзистора, используемый для считывания и распознавания элементов. Данная чувствительность имеет зависимость от длины волны светового излучения.

Темновой ток и быстродействие

Темновой ток (Iт) — небольшой электро-ток, протекающий через оптический чувствительный детектор.

Iт = Iф + Iобщ, где

Iф — фототок;

Iобщ — общий ток.

Быстродействие — параметр фототранзистора, который определяет способность прибора выполнять работу с необходимой скоростью.

В данном компоненте фототранзистор уступает фотодиодам, так как его рабочий диапазон частот ограничен несколькими сотнями Килогерц, что влияет на временной промежуток модернизации.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

1. Усилительные схемы.
2. Генераторы сигналов.
3. Электронные ключи.

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства. Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы.

Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора.

Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем. На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.

5.4.1. Биполярные фототранзисторы

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

electrono.ru

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.