Что такое фототранзистор?

Что такое фототранзистор?

Фототранзистор — это полупроводниковый прибор, используемый для обнаружения света.

Его структура представляет собой комбинацию фототранзистора и фотодиода. Поскольку они доступны в различных формах в зависимости от корпуса, их необходимо выбирать соответствующим образом для каждого приложения.

Применение фототранзисторов

Рисунок 1. Использование фототранзисторов

Фототранзисторы широко используются в качестве датчиков приема света. В частности, поскольку они имеют пиковую чувствительность около 800 нм, они обычно используются для приема инфракрасного света.

Конкретные примеры применения фототранзисторов включают «измерение интенсивности света», «инфракрасные приемники дистанционного управления», «фотоэлектрические приемники датчиков» и «оптическую связь». В частности, они часто используются в сочетании с инфракрасными светодиодами в пультах дистанционного управления для телевизоров и кондиционеров.

Одним из применений оптической связи является гигабитная оптическая коммуникационная служба, предоставляемая интернет-провайдерами. Светоприемная часть этой связи использует высокоскоростные фототранзисторы, которые идеально подходят для связи.

Фототранзисторы также иногда используются в качестве датчиков в автоматических дверях. Кроме того, поскольку фототранзисторы генерируют электрический ток, обнаруживая свет, они используются в качестве переключателей, управляемых светом, и т. д.

Структура фототранзисторов

Рисунок 2. Структура фототранзистора

Фототранзисторы — это полупроводниковые приборы со структурой NPN. Эта структура NPN позволяет фототранзистору выдавать больший выходной сигнал, чем фотодиод.

Структура NPN фототранзистора усиливает выходной сигнал фотодиода с транзистором. Когда свет, эквивалентный энергетической щели полупроводника, попадает в транзистор, электроны в валентной зоне возбуждаются в зону проводимости.

Это вызывает миграцию в слой N, а дырки перемещаются в слой P. Этот переход из слоя N в слой P вызывает прямое смещение на соединении, что приводит к протеканию тока.

Транзистор, используемый в фототранзисторе, характеризуется тем, что у него нет базового электрода. Однако фототок, генерируемый при приеме света, становится базовым током, и этот базовый ток усиливается коллектором.

Особенности фототранзисторов

Усиление базового тока в hFE (коэффициент усиления транзистора) раз больше, чем у других транзисторов. Однако, как характеристика фототранзисторов, даже если hFE тот же самый, существует тенденция использовать относительно большой hFE.

Это позволяет извлекать большой коллекторный ток из крошечного сигнала фотодиода, но следует отметить, что ток всегда протекает через соединение коллектор-база, и этот ток утечки также усиливается.

Другими словами, фототранзисторы имеют слабый ток даже в полностью темной среде. Этот слабый ток, который течет даже в темной среде, называется темновым током. Темновой ток, генерируемый фототранзистором, является внутренним шумом как датчик света. Однако этот внутренний шум можно подавить.

Темновой ток имеет свойство увеличиваться при высокой температуре и, наоборот, уменьшаться при низкой температуре. Поэтому внутренний шум можно подавить, охлаждая устройство с помощью этой характеристики.

Другая информация о фототранзисторах

1. Фототранзистор и транзистор

Рисунок 3. Фотодиод и транзистор

Характеристика IV фотодиода смещается вниз в ответ на интенсивность света (синяя линия становится зеленой линией), когда он подвергается воздействию света. Это изменение характеристики IV является стандартом для измерения интенсивности света. Однако, поскольку выходной ток составляет порядка мкА, выходной сигнал, как он есть, усложнил бы схему на последующих этапах.

Объединив фототранзистор с фотодиодом и транзистором, можно усилить фототок, генерируемый при приеме света фотодиодом, на коэффициент hFE, коэффициент усиления постоянного тока транзистора. Таким образом, фототранзистор более чувствителен, чем фотодиод, а выходной ток фототранзистора составляет порядка мА, что упрощает схему на последующих этапах.

Фототранзисторы в несколько сотен раз чувствительнее фотодиодов, а если требуется еще более высокая чувствительность, использование фототранзистора, соединенного по схеме Дарлингтона, может обеспечить в несколько сотен раз х несколько сотен раз более высокую чувствительность. Это позволяет обнаруживать яркость в несколько люкс.

2. Разница между CDS и фототранзисторами

CDS — это фоторезистор, также называемый ячейкой CDS или фотопроводящей ячейкой. То есть сопротивление увеличивается при низкой освещенности и уменьшается при высокой освещенности.

Преимущества CDS в том, что характеристика минутной чувствительности близка к характеристике человеческого зрения. Конструкция проста; чувствительность высокая, а цена низкая.

Например, они используются в измерителях освещенности, экспонометрах для камер и детекторах яркости для автоматических мигающих огней. Однако сульфид кадмия, основной материал, используемый в качестве элемента в CDS, является экологически вредным веществом. По этой причине использование CDS в последние годы сокращается.

Фототранзисторы, с другой стороны, обеспечивают выходной ток, пропорциональный освещенности. Еще одним преимуществом фототранзисторов является их высокая чувствительность из-за их структуры, которая объединяет фотодиод и транзистор.