Фототранзисторы

Фототранзисторы. Устройство. Работа. Применение. Особенности

Фототранзисторы являются твердотельными полупроводниками с внутренним усилением, применяемым для передачи цифровых и аналоговых сигналов. Этот прибор выполнен на основе обычного транзистора.

Аналогами фототранзисторов являются фотодиоды, которые уступают ему по многим свойствам, и не сочетаются с работой современных электронных приборов и радиоустройств.

Их принцип действия похож на работу фоторезистора.

Чувствительность фототранзистора гораздо выше, чем у фотодиода. Они нашли применение в различных устройствах, в которых применяется зависимость от светового потока. Такими устройствами являются лазерные радары, пульты дистанционного управления, датчики дыма и другие. Фототранзисторы могут реагировать как на обычное освещение, так и на ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

Фототранзисторы. Устройство

Наиболее популярны биполярные фототранзисторы структуры n-p-n.

Ф-транзисторы имеют чувствительность к свету больше, чем простые биполярные, так как они оптимизированы для лучшего взаимодействия с лучами света. В их конструкции зона коллектора и базы имеет большую площадь. Корпус выполнен из темного непрозрачного материала, с окошком для пропускания света.

Большинство таких полупроводников изготавливают из монокристаллов германия и кремния. Существуют также фототранзисторы на основе сложных материалов.

Принцип действия

Транзистор включает в себя базу, коллектор и эмиттер. При функционировании фототранзистора база не включена в работу, так как свет создает электрический сигнал, который дает возможность протекать току по полупроводниковому переходу.

При нерабочей базе переход коллектора транзистора смещается в обратном направлении, а переход эмиттера в прямом направлении. Прибор остается без активности до тех пор, пока луч света не осветит его базу. Освещение активизирует полупроводник, при этом создавая пары дырок и электронов проводимости, то есть носители заряда. В итоге через коллектор и эмиттер проходит ток.

Свойство усиления

Ф-транзисторы 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

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.

Применение

• 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.

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/fototranzistory/

Фототранзистор. Принцип работы и схема включения

Фототранзистор представляет собой твердотельное полупроводниковое устройство с внутренним усилением, которое используются для обеспечения аналоговых или цифровых сигналов.

Фототранзисторы используются практически во всех электронных устройствах, функционирование которых, так или иначе, зависит от света, например, детекторы дыма, лазерные радары, системы дистанционного управления.

Фототранзисторы способны реагировать не только на обычное освещение, но и на инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Фототранзисторы более чувствительные и создают больший ток по сравнению с фотодиодами.

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.

Принцип работы фототранзистора

Обычный транзистор состоит из коллектора, эмиттера и базы. В работе фототранзистора, как правило, вывод базы остается отключенным, так как свет генерирует электрический сигнал, позволяющий току протекать через фототранзистор.

При отключенной базе, коллекторный переход фототранзистора смещен в обратном, а эмиттерный переход – в прямом направлении. Фототранзистор остается неактивным до тех пор, пока свет не попадает на базу. Свет активирует фототранзистор, образуя электроны и дырки проводимости – носители заряда, в результате чего через коллектор – эмиттер протекает электрический ток.

Усиление фототранзистора

Диапазон работы фототранзистора напрямую зависит от интенсивности его освещения, поскольку от этого зависит положительный потенциал базы.

Базовый ток от падающих фотонов усиливается с коэффициентом усиления транзистора, который варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч единиц. Следует отметить, что фототранзистор с коэффициентом усиления от 50 до 100 более чувствителен, чем фотодиод.

Дополнительное усиление сигнала может быть обеспечено с помощью фототранзистора Дарлингтона. Фототранзистор Дарлингтона представляет собой фототранзистор, выход которого (эмиттер) соединен с базой второго биполярного транзистора. Схематическое изображение фототранзистора Дарлингтона:

Это позволяет обеспечить высокую чувствительность при низких уровнях освещения, так как это дает фактическое усиление равное усилению двумя транзисторами. Два каскада усиления может образовать коэффициент усиления до 100 000 . Однако необходимо учесть, что фототранзистор Дарлингтона имеет более медленную реакцию, чем обычный фототранзистор.

Основные схемы включения фототранзистора

Схема усилителя с общим эмиттером

В данном случае формируется выходной сигнал, который переходит из высокого состояния в низкое в момент освещения фототранзистора.

Данная схема получается путем подключения резистора между источником питания и коллектором фототранзистора. Выходное напряжение снимается с коллектора.

Схема усилителя с общим коллектором

Усилитель с общим коллектором формирует выходной сигнал, который при освещении фототранзистора, переходит из низкого состояния в высокое состояние.

Схема создается путем подключения резистора между эмиттером и минусом источника питания (земля). Выходной сигнал снимается с эмиттера.

В обоих случаях фототранзистор может быть использован в двух режимах, в активном режиме и в режиме переключения.

• Работа в активном режиме означает, что фототранзистор генерирует выходной сигнал пропорциональный степени его освещенности. Когда количество света превышает определенный уровень, фототранзистор насыщается, и выходной сигнал уже не будет увеличиваться, даже при дальнейшем увеличении освещения. Этот режим работы фототранзистора полезен в устройствах, где необходимо различить для сравнения два порога освещенности.
• Работа в режиме переключения означает, что фототранзистор в ответ на его освещение будет либо “выключен” (отсечка), либо включен (насыщенные). Этот режим полезен, когда необходимо получить цифровой выходной сигнал.

Изменяя сопротивление резистора нагрузки в цепи усилителя, можно выбрать один из двух режимов работы. Необходимое значение резистора может быть определено с помощью следующих уравнений:

• Активный режим: Vcc> R х I
• Переключатель режима: Vcc

Источник: http://www.joyta.ru/7452-fototranzistor-princip-raboty-i-sxema-vklyucheniya/

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Фоточувствительные приборы используются в разных отраслях электроники и радиотехники. Все больше сейчас применяется фототранзистор, у которого более простой принцип работы, нежели у фотодиодов.

Что это такое и где применяется

Фототранзистор – это полупроводниковый прибор оптоволоконного типа, который используется для управления электрическим током при помощи определенного оптического излучения.

Эти устройства разработаны на базе обычного транзистора. Их современными аналогами являются фотодиоды, но фототранзисторы лучше подходят для многих современных радио и электронных приборов.

По принципу действия, они напоминают также фоторезисторы.

Фото – фототранзистор

В отличие от фотодиодов, у этих полупроводников более высокая чувствительность.

Где используется фототранзистор:

1. Охранные системы (в основном, используются ИК-фототранзисторы);
2. Кодеры;
3. Компьютерные логические системы управления;
4. Фотореле;
5. Автоматическое управление освещения (здесь также используется инфракрасный фото-полупроводник);
6. Датчики уровня и системы подсчета данных.

Нужно отметить, что из-за диапазона Вольт гораздо чаще в подобных системах используются фотодиоды, но фототранзисторы имеют несколько существенных преимуществ:

1. Могут производить больший ток, чем фотодиоды;
2. Эти радиодетали сравнительно очень дешевые;
3. Могут обеспечить мгновенный высокий ток на выходе;
4. Главным достоинством приборов является то, что они могут обеспечить высокое напряжение, чего, к примеру, не сделают фоторезисторы.

При этом данный аналог светодиода имеет существенные недостатки, что делает фототранзистор довольно узкоспециализированной деталью:

1. Многие полупроводниковые устройства выполнены из силикона, они не способны обрабатывать напряжение свыше 1000 вольт.
2. Данные радиодетали очень чувствительны к перепадам напряжения в локальной электрической сети. Если диод не перегорит от скачка напряжения, то транзистор, скорее всего, не выдержит испытания;
3. Фототранзистор не подходит для использования в лампах из-за того, что не позволяет быстро двигаться направленным заряженным частицам.

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).

Маркировки и основные параметры

Фототранзисторы, которые управляются внешними факторами, имеют обозначение аналогичное обычным транзисторам. На рисунке ниже Вы можете видеть, как такой датчик схематически показывается на чертеже.

Фото – обозначение транзисторов

При этом VT1, VT2 – это фототранзисторы и база, а VT3 – без базы (например, из мышки). Обратите внимание, цоколевка показана также, как у обычных транзисторов.

Вместе с прочими приборами полупроводникового типа (n-p-n), использующимися для трансформации излучения, эти устройства являются оптронами. Соответственно, их можно изобразить как светодиод в корпусе либо как оптроны (с двумя стрелками, находящимися под углом 90 градусов к базе коллектора). Усилитель на большинстве таких схем обозначается так же, как и база коллектора.

Основные характеристики фототранзисторов LTR 4206E, ФТ 1К и ИК-SFH 305-2/3:

Название	Ток коллектора, mA	Ток фотоэлемента, mA	Напряжение, V	Область использования	Длина волны, nm
LTR 4206E	100	4,8	30	Радиоэлектронные схемы.	940
ФТ 1К	100	0,4	30	Логические системы управления, сигнализация и т. д.	940
ИК-SFH 305-2/3 (Osram)	50	0.25 – 0.8	32	Охранные системы, роботы, датчики препятствия Arduino (Ардуино) на фототранзисторе.	850

При этом светосинхронизатор ФТ 1 выполнен из кремния, что дает ему явное преимущество – долговечность и устойчивость к перепадам напряжения. ВАХ представляют собой формулу:

Фото – формула ВАХ

Расчет производится так же, как и у биполярных транзисторов.

В зависимости от потребностей, Вы можете купить фототранзистор SMD PT12-21, КТФ-102А или LTR 4206E (перед тем, как взять деталь, нужно проверить её работоспособность). Цена от 3 рублей до нескольких сотен.

Видео: как проверить работу фототранзистора

Пример использования

Если Вы хотите своими руками сделать устройство, для которого необходим фототранзистор, можно разработать простую интеллектуальную систему. Робот по этой схеме будет реагировать на свет, в зависимости от настройки, он будет от него убегать или наоборот, выходить на источник освещения.

Чтобы самому сделать робота, необходимо приготовить:

1. Микросхему L293D;
2. Небольшой моторчик, можно взять даже от детской игрушки;
3. Любые отечественные фототранзисторы и полевые резисторы с сопротивлением на менее 200 Ом;
4. Кабеля для соединения и корпус, где будет расположен механизм.

Схема робота

Как видно по схеме, фототранзистор здесь – это своеобразный микроконтроллер, как ATMEGA, который определяет источник света, даже его подключение аналогично.

Вы можете при использовании паяльника сделать простой механизм, который будет следовать даже за тенью. Подобные импортные приборы выпускает компания BEAM, но, естественно, там более мощная оптопара.

Для работы устройства Вам нужно только правильно подключить фототранзистор к схеме и питанию.

На обозначении есть пункты GDR и VCC. Первое – это заземление, второе – питание. Обратите внимание, рядом с питанием стоит значок 5В – это значит, что батарея должна быть минимум на 5 вольт.

Принцип действия такого робота прост: когда свет попадает на фототранзистор, на микросхеме происходит включение мотора. Это реализуется, потому что приемник подал положительный сигнал. Заводится самодельный мотор и прибор начинает двигаться.

Использование резистора в этой схеме необходимо для регулировки электрического тока. Также от сопротивления резистора зависит долговечность оптической детали, если он перегреется – то фототранзистору потребуется замена.

Для работы очень важно подключить все провода также, как и на схеме. Выключатель к роботу можно приделать от обычной шариковой ручки, он будет разрывать связь между микросхемой и фототранзистором.

Проверка робота производится путем исследования его реакции на свет и тень.

Источник: https://www.asutpp.ru/fototranzistor.html

Фототранзистор | Электроника для всех

О простейших фотодетекторах я уже писал, но их применение для передачи информации или сигналов на расстояние весьма ограничено.

Предположим нам надо поймать световой сигнал, причем в любых условиях. И неважно будет это в полной темноте или с яркой внешней засветкой поймать и все тут. Но возникает проблема — как определить когда у нас есть сигнал, а когда фотодетектор засветило помехой?

Очевидный ответ — сравнение двух состояний. Когда полезный сигнал есть, и когда его нет. Для того, чтобы знать что полезный сигнал есть у него должен быть какой нибудь признак, например частота. (далее…)

Read More »

TSOPАРУГенераторИнтерфейсФотодиодФототранзистор

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…)

Read More »

СхемотехникаФотодиодФототранзистор

Источник: http://easyelectronics.ru/tag/fototranzistor

Фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы. Общие понятия

Фотоэлектрическими приборами называют электронные приборы, способные изменять те или иные свои  характеристики под действием света. Значение этих устройств практически во всех областях радиотехники и электроники переоценить сложно, поэтому сегодняшнюю беседу посвятим им.

Фоторезисторы. В принципе, название прибора говорит само за себя — они под действием света изменяют свое сопротивление.

Обычно затемненный резистор имеет сопротивление порядка 1 – 200 МОм, при освещении эта цифра уменьшается на 2-3 порядка.

Главное преимущество фоторезистора – практически линейная зависимость сопротивления от освещенности, поэтому их удобно использовать в аналоговых приборах – датчиках и измерителях освещенности.

Недостатки же фоторезисторов следующие: достаточно высокие сопротивления (как темновое, так и световое), с которыми не всегда удобно работать. К примеру, ТТЛ микросхемы цифровой техники напрямую не смогут управляться таким резистором – слишком «грубые» их входы не смогут работать с делителями, собранными на сопротивлениях большого номинала:

На это способны только микросхемы КМОП, собранные на полевых транзисторах. Следующий недостаток – достаточно низкая (по сравнению, конечно, с другими типами фотоэлементов) чувствительность.

И главный недостаток, который делает применение фоторезисторов в цифровой технике нецелесообразным – низкая скорость реакции на свет.

При частоте световых импульсов выше килогерца форма электрического сигнала на фоторезисторе неудовлетворительна, а если увеличить частоту еще, то резистор вообще перестанет видеть, что свет «мигает».

Если вспомнить, на каких частотах работает сегодняшняя цифровая техника, то будет очевидно, что фоторезистор в качестве «глаз» для цифрового устройства – плохой вариант. Фоторезистор – прибор неполярный, а потому следить за тем, какой вывод куда подключать, надобности нет.

Фотодиоды. Этот полупроводниковый прибор по своим характеристикам очень напоминает диод обычный, поэтому следить за полярностью его включения придется.

При обратном включении (на катод подается «плюс» источника питания) фотодиод ведет себя так же, как фоторезистор, но в отличие от последнего имеет гораздо более низкое световое сопротивление и в состоянии выдерживать приличный ток. Это позволяет управлять мощными транзисторами и ТТЛ микросхемами напрямую, без дополнительных усилителей:

Еще одно достоинство фотодиода – достаточно высокая скорость реакции, благодаря чему эти приборы широко используются для передачи цифровой информации. Компьютерная ИК-связь, пульты ДУ для радио – и телеаппаратуры – все это фотодиоды.

По диапазону чувствительности фотодиоды различают на инфракрасные и приборы видимого излучения.

Первые «видят» в основном ИК-излучение и мало чувствительны к видимому участку излучения, вторые наоборот – хорошо видят тот свет, который видит и наш глаз, но «слеповаты» в ИК-диапазоне.

И еще одно интересное свойство фотодиода – при прямом включении он способен работать как генератор. Если осветить фотодиод, то на его выводах появится напряжение. Его можно усилить, если прибор работает как датчик света, а можно использовать и для питания аппаратуры, соединив множество светодиодов в солнечную батарею.

Фототранзистор. По сути это обычный транзистор, но без крышки в буквальном смысле. Крышка, закрывающая кристалл прибора, конечно, есть, но она выполнена из прозрачного материала и видимый свет может попадать на кристалл. Для чего? Прежде всего, вспомним, как работает биполярный транзистор.

Подавая на базу некоторое напряжение, можно управлять сопротивлением перехода эмиттер-коллектор. Но оказывается, сопротивлением перехода можно управлять и обычным светом.

Итак, фототранзистор – это обычный транзистор, который имеет еще одну, дополнительную «базу» – световую. Освещаем – открываем транзистор.

В таком включении вывод базы фототранзистора можно вообще не использовать – его роль выполняет свет.

Но, подавая на базу то или иное напряжение смещения, можно изменять чувствительность фототранзистора (специалисты обычно говорят «сдвинуть,сместить его рабочую точку»), приоткрывая его в той или иной степени, а значит регулировать параметры всей схемы:

Источник: http://begin.esxema.ru/?p=698

Фотоэлектронные приборы (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы)

Работа фотоэлектронных приборов основана на явлениях, вызываемых действием лучистой энергии.

По характеру действия светового потока на фотоэлектронный прибор различают приборы с фотоэффектом: внутренним — на основе полупроводников, в которых под действием фотонов происходит генерация носителей зарядов – электронов проводимости и «дырок»; внешним, у которых под действием светового потока возникает фотоэлектронная эмиссия.

К фотоэлектронным приборам с внутренним фотоэффектом относятся фоторезисторы, фотогальванические элементы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры. К фотоэлектронным приборам с внешним фотоэффектом относятся электровакуумные и газонаполненные фотоэлементы и фотоэлектронные умножители.

Что такое фоторезисторы?

Фоторезисторы обладают свойством изменять свою электропроводность под действием светового потока. Материалом для фоторезисторов служат селен, сернистый свинец, сернистый кадмий, сернистый висмут и другие полупроводники. Для изготовления фоторезистора на изоляционную пластину методом напыления наносят слой полупроводника, на который, в свою очередь, наносят слой металла (платины, золота) в виде двух гребенок.

Непосредственный контакт между гребенками отсутствует, в результате между зубцами гребенок оказывается слой светочувствительного полупроводника. При освещении слоя полупроводника увеличивается число электронов, переходящих в зону проводимости, увеличивается электропроводность, вследствие чего изменяется сопротивление между напыленными участками металла.

Вольт-амперные характеристики фоторезисторов линейные. На рис. 1 показаны устройство фоторезистора (вид а), схема его включения (вид б) и вольт-амперная характеристика (вид в). В условном обозначении фоторезисторов имеются буквы русского алфавита — ФС.

Рис.1. Фоторезистор

Что такое фотодиоды?

Фотодиоды — полупроводниковые приборы, в основу действия которых положено свойство электронно-дырочного перехода изменять обратное сопротивление под действием светового потока. На рис. 2 показаны устройство (вид а) и схема включения (вид б) фотодиода. Когда фотодиод не освещен, в цепи резистора R проходит обратный ток очень небольшой величины.

Рис.2. Фотодиод

При освещении фотодиода увеличивается число «дырок» в области полупроводника с электронной проводимостью. При включении напряжения эти «дырки» проходят через электронно-дырочный переход, вызывая увеличение тока в цепи нагрузки.

Фотодиоды могут работать в двух режимах: режим А характеризуется отсутствием внешнего источника напряжения, фотодиод работает как вентильный фотоэлемент; режим В характеризуется работой фотодиода с внешним источником напряжения и называется фотодиодным.

При освещении фотодиода его ток возрастает за счет фототока приблизительно пропорционально освещенности.

В условном обозначении фотодиодов имеются буквы русского алфавита — ФД.

Что такое фототранзисторы?

Фототранзисторы представляют собой полупроводниковые приборы с двумя р – n – переходами. Облучению подвергается область базы. Под действием света в базовой области образуются свободные носители зарядов —электроны и «дырки». «Дырки», направляясь к коллекторному переходу, проходят в область коллектора и вызывают увеличение обратного тока Ir.

Если напряжение между базой и эмиттером неизменно, то работа фототранзистора аналогична работе фотодиода. Такой фототранзистор не имеет вывода базы, но имеет повышенную чувствительность по сравнению с фотодиодом.

Вывод базы в фототранзисторах используют для создания смещения, необходимого для получения линейной характеристики при измерении малых световых сигналов.

В условном обозначении фототранзисторов имеются буквы русского алфавита — ФТ.

Фотодиоды и фототранзисторы используют в качестве чувствительных элементов в системах телеконтроля, автоматических устройств, в аппаратуре считывания числового материала, фототелеграфии и т. д. Основной их недостаток — зависимость параметров от температуры.

Вентильные фотоэлементы

Вентильные фотоэлементы представляют собой полупроводниковые устройства, в которых световая энергия непосредственно преобразуется в электрическую. Они не требуют посторонних источников тока, так как сами являются ими.

Вентильный фотоэлемент состоит из металлической пластины, служащей одним электродом, со слоем полупроводника, поверх которого нанесен второй полупрозрачный электрод, чаще всего выполненный напылением слоя золота в вакууме. Запирающий слой образуется на границе полупроводникового слоя и полупрозрачного электрода.

В качестве полупроводникового материала применяют сернистые и селенистые соединения.

Световая энергия, проникающая через полупрозрачный слой металла на электронно-дырочный переход, ионизирует атомы кристаллического полупроводника, создавая при этом новые пары носителей заряда— электроны и «дырки».

Это приводит к образованию избытка «дырок» в слое р и избытка электронов в слое n. Разность потенциалов между слоями р и n вызывает ток, величина которого пропорциональна освещенности фотоэлемента.

Вентильные фотоэлементы применяют для изготовления солнечных батарей, непосредственно преобразующих солнечную энергию в электрическую. На судах вентильные фотоэлементы применяют в качестве датчиков в аппаратуре фотоэлектронной автоматики, в фотоэлектрических и релейных схемах. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом на судах не применяют.

Источник: https://www.electroengineer.ru/2014/06/photoelectric-devices.html

Биполярные фототранзисторы

Схема включения транзистора с общей базой

Схема включения транзистора с общим коллектором

Схема включения транзистора с общим эмиттером

Схемы включения биполярных транзисторов

Между базой и эмиттером транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, подсоединяют источник сигнала, а к коллектору – нагрузку.

К эмиттеру транзистора подключают полюсы одинаковых знаков источников питания. Входным током каскада выступает ток базы транзистора, а выходным током – ток коллектора.

Это показано на рисунке 20, на примере включения в электрическую цепь биполярного p-n-p транзистора.

Рисунок 20 – Схема с общим эмиттером транзистор p-n-p

На практике обходятся одним источником питания, а не двумя. Направление протекания тока по выводам транзистора дано на рисунке. Включение n-p-n транзистора совершенно аналогично включению p-n-p транзистора, однако в данном случае придётся поменять полярность обоих источников питания.

Рисунок 21 – Схема с общим эмиттером транзистор n-p-n

Коэффициент усиления каскада равен отношению тока коллектора к току базы и обычно может достигать от десятков до нескольких сотен. Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора.

Входное сопротивление рассматриваемого каскада, равное отношению напряжения база-эмиттер к току базы, лежит в пределах от сотен до тысяч ом. Это меньше, чем у каскада с транзистором, подсоединённым по схеме с общим коллектором. Выходной сигнал каскада с общим эмиттером обладает фазовым сдвигом в 180° относительно входного сигнала.

Флюктуации температуры оказывают значительное влияние на режим работы транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, и в связи с этим следует применять специальные цепи температурной стабилизации.

По причине того, что сопротивление коллекторного перехода транзистора в рассмотренном каскаде выше, чем в каскаде с общей базой, то крайне важно больше времени на рекомбинацию носителœей заряда, а, следовательно, каскад с общим эмиттером обладает худшим частотным свойством.

К эмиттеру транзистора, включённого по схеме с общим коллектором, подсоединяют нагрузку, на базу подают входной сигнал. Входным током каскада является ток базы транзистора, а выходным током – ток эмиттера. Это отражено на рисунке 22, на котором изображена схема включения биполярного p-n-p транзистора.

Рисунок 22 – Схема с общим коллектором транзистор p-n-p

С нагрузочного резистора, включённого последовательно с выводом эмиттера, снимают выходной сигнал. Вход каскада обладает высоким сопротивлением, обычно от десятых долей мегаома до нескольких мегаом из-за того, что коллекторный переход транзистора заперт.

А выходное сопротивление каскада – напротив, мало, что позволяет использовать такие каскады для согласования предшествующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включённым по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток (обычно в 10 … 100 раз).

Фаза входного напряжения сигнала, подаваемого на каскад, совпадает с фазой выходного напряжения, ᴛ.ᴇ. отсутствует его инверсия. Именно из-за сохранения фазы входного и выходного сигнала каскад с общим коллектором носит другое название – эмиттерного повторителя.

Температурные и частотные свойства эмиттерного повторителя хуже, чем у каскада, в котором транзистор подключён по схеме с общей базой.

Рисунок 23 – Схема с общей базой транзистор p-n-p

В каскаде, собранном по схеме с общей базой, напряжение входного сигнала подают между эмиттером и базой транзистора, а выходное напряжение снимают с выводов коллектор-база. Включение транзистора p-n-p структуры по схеме с общей базой приведено на рисунке 23.

В данном случае эмиттерный переход компонента открыт и велика его проводимость. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни Ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора.

Вместе с тем, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, крайне важно два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы.

Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз.

К достоинствам нужно отнести возможность функционирования каскада на существенно более высокой частоте по сравнению с двумя другими вариантами включения транзистора, и слабое влияние на работу каскада флюктуаций температуры. Именно в связи с этим каскады с транзисторами, включёнными по схеме с общей базой, часто используют для усиления высокочастотных сигналов.

Фототранзистором называют транзистор, чувствительный к облучающему его световому потоку. Обычно дискретный фототранзистор по конструкции похож на дискретный транзистор, с тем отличием, что в герметичном корпусе фототранзистора есть окно, к примеру, из стекла или прозрачной специальной пластмассы, через ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ излучение попадает на область базы фототранзистора.

Включение фототранзистора в электрическую цепь таково, что к эмиттеру подключают положительный полюс внешнего источника питания, к коллектору подсоединяют нагрузочный резистор, к которому в свою очередь подключают отрицательный полюс источника питания. При облучении области базы происходит генерация носителœей зарядов.

Наибольшая концентрация базовых носителœей заряда будет в базе, что приведёт к открытию фототранзистора, а неосновные носители заряда будут мигрировать в коллекторный переход. Следовательно, облучение фототранзистора приводит к увеличению тока его коллектора. Чем больше будет освещённость области базы, тем существенней станет ток коллектора фототранзистора.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, фототранзистором можно управлять и как обычным биполярным транзистором, варьируя током базы, и как светочувствительным прибором. К важным параметрам фототранзистора относят темновой ток, ток при освещении и интегральную чувствительность. Темновой ток – ϶ᴛᴏ ток коллектора при отсутствии облучения. Ток при освещении – ток коллектора при наличии облучения.

Интегральная чувствительность – ϶ᴛᴏ отношение силы тока коллектора у подключённого фототранзистора к величинœе светового потока.

Фототранзисторы применяют в оптронах, устройствах автоматики и телœеуправления, в приборах уличного освещения и пр.

Источник: http://referatwork.ru/category/tehnologii/view/476274_bipolyarnye_fototranzistory

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 3

Фототранзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий трехслойную структуру с двумя р-и-переходами.  [31]

Фототранзисторы относятся к полупроводниковым приборам, которые уже сравнительно давно используются в фотоэлектронике.

Однако до настоящего времени механизм их действия освещен в отечественной и зарубежной литературе недостаточно полно, поэтому ори описании принципа действия или особенностей работы фототранзистора различные авторы допускают неточности.

Например, в работе [1] отмечается, что в фототранзисторе необходимо сделать доступным свету переход эмиттер-база. Как будет показано ниже, в фототранзисторе можно освещать любую область при условии, что расстояние от освещенной области до коллекторного или эмиттерного перехода много меньше диффузионной длины носителей.  [32]

Фототранзисторы имеют достаточно болыяуи чувствительность ( 2 – 7 А / лм) [7, 8, 32], малую инерционность. Од – нако в ФЭП ДГП это не применимо, т.к. в схемах со стабили – эацией регистрируется только переменная составляющая светового потока.  [33]

Фототранзистор представляет собой полупроводниковый кристалл с двумя n / 7-переходами, включенными последовательно. В отличие от обычного транзистора, управление током в нем осуществляется путем воздействия светового потока на область базы.  [35]

Фототранзисторы представляют собой фотоэлектрические полупроводниковые приборы с двумя р-п-перехо-дами. Помимо преобразования световой энергии в электрическую с образованием фото-тока [ как в фотодиодах ( см. § 2.2) ] фототранзистор этот фототек также усиливает.  [36]

Фототранзисторы относятся к полупроводниковым приборам, которые уже сравнительно давно используются в фотоэлектронике.

Однако до настоящего времени механизм их действия освещен в отечественной и зарубежной литературе недостаточно полно, поэтому при описании принципа действия или особенностей работы фототранзистора – различные авторы допускают неточности.

Например, в работе [1] отмечается, что в фототранзисторе необходимо сделать доступным свету переход эмиттер – база. Как будет показано ниже, в фототранзисторе можно освещать любую область при условии, что расстояние от освещенной области до коллекторного или эмиттерного перехода много меньше диффузионной длины носителей.  [37]

Фототранзистор можно предста вить себе как транзистор, коллекторный ток которого зависит от степени освещенности эмиттерного перехода. Коллекторный ток фототранзистора может управляться базовым током, как и ток обычного транзистора.  [38]

Фототранзистор, выполненный в виде плоскостного диода.  [39]

Фототранзисторы представляют собой приемники лучистой энергии с двумя или с большим числом – – переходов, обладающие свойством усиления фототока при облучении чувствительного слоя.  [41]

Типичные выходные характеристики фототранзисторов.  [42]

Фототранзисторы способны работать при большой частоте модуляции светового потока.  [43]

Фототранзистор сочетает особенности фотодиода и обычного транзистора. Переход между коллектором и базой служит светочувствительной зоной пространственного заряда. Возникший фототок усиливается транзистором.

Поскольку коэффициент усиления зависит от тока, то выходной ток фототранзистора изменяется с увеличением потока падающего света не совсем линейно. По этой причине фототранзисторы редко используют для измерений.

 [44]

Фототранзисторы – фотоэлементы, основой которых служат транзисторы. Любой транзистор может быть превращен в фототранзистор. Дело в том, что у транзистора ток коллектора сильно зависит от освещенности коллекторного перехода.  [45]

Страницы:      1    2    3    4    5

Источник: http://www.ngpedia.ru/id569609p3.html

Лекции по оптоэлектронным и СВЧ приборам – файл Лекция 13.doc

Лекции по оптоэлектронным и СВЧ приборам
скачать (10858.3 kb.)

Реклама MarketGid:
Фототранзистор является приемником излучения и одновременно усилителем фототока. 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.13.1,а. 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 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 дырок в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток коллектора. В транзисторе типа п-р-пвсе происходит аналогично.

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. При этом, конечно, должен быть использован выход базы.

На этот вывод можно также подавать постоянное напряжение смещения или электрические сигналы и осуществлять совместное действие этих сигналов и световых. Выходные характеристики фототранзистора показаны на рис.13.1,б.

Они аналогичны выходным характеристикам для включения транзистора по схеме с общим эмиттером, но различные кривые соответствуют различным значениям светового потока, а не тока базы.

Из теории транзисторов известно, что коллекторный ток Iк при Iб = 0 (база отключена) в раз больше, чем Iкб 0 (при Iэ=0). В этом случае через транзистор идет сквозной коллекторный ток. Следовательно, ток фототранзистора при Iб = 0 и об­ратном включении коллекторного перехода будет равен

где – темновой ток фототранзистора;

– световой ток фототранзистора;

Кф – интегральная фоточувствительность фото­транзистора, которая в раз больше, чем у фотодиода, при прочих равных условиях.

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 (планарные) могут работать на частотах до нескольких мегагерц. Недостаток фототранзисторов – сравнительно высокий уровень собственных шумов.

необходимо отметить, что у фототранзистора можно дополнительно использовать вывод базы для электрического управления фото­транзистором, например для компенсации посторонних внешних воздействий.

^

В качестве приемников излучения используются полевые транзисторы с управляющим р-n -переходом или МДП-транзисторы. Рассмотрим полевой транзистор с управляющим р-n-переходом и каналом n-типа (рис. 13.2). Управление током стока в этом транзисторе осуществляется с помощью света. Световой поток генерирует носители заряда в области затвора и перехода затвор – канал. Электрическое поле этого перехода разделяет носители заряда. Концентрация электронов в канале увеличивается, сопротивление канала уменьшается, ток стока возрастает. Концентрация дырок в области затвора также возрастает. Возникает фототок в цепи затвора, который создает падение напряжения на сопротивлении. Обратное напряжение на переходе канал – затвор уменьшается, ширина его также уменьшается, что приводит к увеличению ширины канала и дополнительному увеличению тока стока. В фототранзисторах типа МДП с индуцированным каналом за счет теплового воздействия удается изменять значение порогового напряжения и крутизну транзистора.

Фототиристор представляет собой аналог управляемого тиристора, но переключение его в открытое состояние производится световым импульсом. Структура фототиристора показана на рис. 13.3, aПереключение фототиристора из закрытого состояния в открытое происходит, так же как у обычного

При действии света на область базы р1 в этой области генерируются электроны и дырки, которые диффундируют к p–n -переходам. Электроны, попадая в область перехода П2 находящегося под обратным напряжением, уменьшают его сопротивление.

За счет этого происходит перераспределение напряжения, приложенного к тиристору; напряжение на переходе П2 несколько уменьшается, а напряжения на переходах П1 и П3 несколько увеличиваются.

Но тогда усиливается инжекция в переходах П1 и П3.

К переходу П2 приходят инжектированные носители, его сопротивление снова уменьшается и происходит дополнительное перераспределение напряжения, еще больше усиливается инжекция в переходах П1 и П3 токлавинообразно нарастает, т.е. тиристор отпирается.

Чем больше световой поток, действующий на фототиристор, тем при меньшем напряжении он включается. Это наглядно показывают вольт-амперные характеристики фототиристора, приведенные на рис. 13.3.

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.

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.

Вольт-амперные характеристики фототиристора при различных световых потоках показаны на рис. 13.3,б. Увеличение светового потока Ф приводит к уменьшению напряжения переключения. Фототиристор остается во включенном состоянии после окончания светового импульса.

Одним из основных параметров фототиристора является пороговый поток или мощность излучения, обеспечивающие гарантированное включение фототиристора при заданном напряжении источника питания. Значение порогового светового потока можно изменять за счет тока управляющего электрода.

14.5. Оптопары

Оптопарой называется полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объединены управляемый источник излучения и фотоприемник, имеющие между собой оптическую связь. Принципиальное устройство оптопары и условные обозначения диодной и транзисторной оптопар представлены соответственно на рис. 13.4..

Усиление или просто преобразование входного электрического сигнала происходит при изменении входного тока. Проходящего через светоизлучающий диод, которое вызывает изменение яркости его свечения. При этом изменяются освещенность приемника излучения, его сопротивление и соответственно ток на выходе оптопары.

Двойное преобразование энергии из электрической в световую и обратно позволяет передавать энергию из одной электрической цепи в другую.

Основные достоинства оптопар:

• отсутствие электрической связи между входом и выходом и обратной связи между фотоприемником и излучателем;
• широкая полоса частот пропускаемых колебаний;
• возможность передачи сигналов с частотой от 0 до 1014 Гц;
• высокая помехозащищенность оптического канала, т.е.

  его невосприимчивость к воздействию внешних электромагнитных полей;

• возможность совмещения в радиоэлектронной аппаратуре с другими микроэлектронными приборами.

Интегральная схема, состоящая из нескольких оптопар с дополнительными устройствами для обработки сигналов, поступающих от фотоприемника, называется оптронной интегральной схемой.

В качестве светоизлучателей в оптопарах используют светоизлучающие диоды и лазеры. Диоды имеют высокий КПД преобразования электрической энергии в световую, работают с малыми токами и напряжениями, долговечны. Лазеры используют в быстродействующих системах. Различные типы оптопар отличаются друг от друга фотоприемниками.

Резисторная оптопара состоит из излучателя – светоизлучающего диода, работающего с видимым или инфракрасным излучением, и приемника – фоторезистора, работающего как на постоянном, так и переменном токе. Диодная оптопара состоит из светоизлучающего диода на арсениде галлия и кремниевого фотодиода.

Транзисторная оптопара в качестве приемника использует биполярный кремниевый фототранзистор, работающий в ключевом режиме. В тиристорной оптопаре в качестве приемника используется кремниевый фототиристор, работающий в ключевом режиме.

Важнейший параметр оптопары – коэффициент передачи по току КI, который определяется спектральным согласованием светоизлучателя. фотоприемника и оптической среды, прозрачностью оптической среды, внешним квантовым выходом и коэффициентом усиления фотоприемника.

Оптоэлектронные устройства находят широкое применение как элементы электрической развязки в цифровых и импульсных устройствах, устройствах передачи аналоговых сигналов, в системах автоматики для бесконтактного управления высоковольтными источниками питания, для формирования мощных импульсов, в коммутаторных устройствах, для связи различных датчиков с измерительными блоками и т.п.Скачать файл (10858.3 kb.)

Источник: http://gendocs.ru/v10088/?cc=30