Характеристики фоторезистора
пектральная характеристика ФР– это зависимость фототока от длины волны падающего на ФР света (рис. 3 ).
Различные полупроводники имеют различную ширину запрещенной зоны от долей до трех электронвольт. Поэтому максимумы спектральных характеристик находятся в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра.
Для каждого полупроводника существует пороговая длина волны, (со стороны больших длин волн), когда энергия квантов света мала по сравнению с шириной запрещенной зоны и энергия кванта оказывается недостаточной для переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. Эту длину волны определяют как соответствующую спаду фототока на 50 % со стороны больших длин волн.
Спад спектральной характеристики при малых длинах волн обусловлен увеличением показателя поглощения и, как следствие, уменьшением глубины проникновения квантов света в полупроводник. Основная часть неравновесных носителей заряда возникает вблизи освещаемой поверхности. При этом увеличивается роль поверхностной рекомбинации и уменьшается среднее время жизни неравновесных носителей.
Рис.4. Вольт-амперная и световая характеристики фоторезистора
ольт-амперная характеристика ФР представляет собой зависимость светового тока при неизменной величине светового потока, а также темнового тока от приложенного к ФР напряжения (рис.4,а).
В рабочем диапазоне напряжений ВАХ при различных значениях светового потока практически линейны. Нелинейность при малых напряжениях присуща большинству пленочных ФР и ФР с фоточувствительным слоем из поликристаллического полупроводникового материала. Эта нелинейность связана с явлениями на контактах между зернами полупроводника. При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление ФР будет определяться уже объемным сопротивлением зерен полупроводника и поэтому будет постоянным, что соответствует линейному участку ВАХ.
Световая характеристика ФР представляет зависимость фототока Iф от освещенности или от падающего на ФР светового потока Ф (рис.4,б )
При малых Ф зависимость Iф близка к линейной. При больших значениях Ф зависимость Iф нелинейная.
3. Устройство, принцип действия, характеристики и параметры фотодиодов, фототранзисторов.
3.1. Фотодиоды
Фотодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, в которых используется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током фотодиодов.
В зависимости от схемы включения различают два режима работы фотодиодов:
Рис.5. Схема включения и вольт-амперные характеристики фотодиода для работы в фотодиодном режиме
рифотодиодном режиме (рис5), под воздействием света на электронно-дырочный переход и прилегающие к нему области происходит генерация пар носителей заряда, проводимость диода возрастает и обратный ток увеличивается.
Рис.6. Энергетические характеристики фотодиода
ольт-амперные характеристикиI = f(U) при Ф = const для фотодиодного режима (рис.5) напоминают выходные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой. Если светового потока нет, то через фотодиод протекает обычный начальный обратный ток I0 , который называют темновым. А под действием светового потока ток в диоде возрастает, и характеристика располагается выше. Чем больше световой поток, тем больше ток. Повышение обратного напряжения на диоде незначительно увеличивает ток. Но при некотором напряжении возникает электрический пробой (штриховые участки характеристик).
Энергетические характеристики фотодиода I=f(Ф) при U =соnst являются линейными и мало зависят от напряжения (рис.6).
Рис.7. Устройство планарного диода
нтегральная чувствительность фотодиода обычно составляет десятки миллиампер на люмен. Она зависит от длины волны световых лучей и имеет максимум при некоторой длине волны, различной для разных полупроводников.
Инерционность фотодиодов невелика. Они могут работать на частотах до нескольких сотен мегагерц. А у фотодиодов со структурой р-i-n граничные частоты повышаются до десятков ГГц.
Рабочее напряжение у фотодиодов обычно бывает 10-30 В.
Темновой ток не превышает 10-20 мкА для германиевых приборов и 1 – 2 мкА – для кремниевых. Ток при освещении составляет сотни микроампер.
В последнее время разработаны фотодиоды из сложных полупроводников, наиболее чувствительные к инфракрасному излучению. Большинство фотодиодов изготовляются по планарной технологии (рис 7).
Имеется несколько разновидностей фотодиодов.
У лавинных фотодиодов происходит лавинное размножение носителей в n-p-переходе и за счет этого в десятки раз возрастает чувствительность.
В фотодиодах с барьером Шотки имеется контакт полупроводника с металлом. Эти диоды имеют повышенное быстродействие.
Улучшенными свойствами обладают фотодиоды с гетеропереходами.
В случае фотогальванического режима, полупроводниковые фотодиоды служат для преобразования энергии излучения в электрическую энергию.
Рис.8. Разделение возбужденных светом носителей под действием поля p-nперехода
о существу они представляют собой фотодиоды, работающие без источника внешнего напряжения и создающие собственную ЭДС под действием злучения. Фотоны, воздействуя наn-p-переход и прилегающие к нему области, вызывают генерацию пар носителей заряда. Возникшие в n— и p-областях электроны и дырки диффундируют к переходу, и если они не успели рекомбинировать, то попадают под действие внутреннего электрического поля, имеющегося в переходе. Это поле также действует и на носители заряда, возникающие в самом переходе. Поле разделяет электроны и дырки. Для неосновных носителей, например, для электронов, возникших в р-области, поле перехода является ускоряющим. Оно перебрасывает электроны в n-область. Аналогично дырки перебрасываются полем из n-области в p-область. А для основных носителей, например, дырок в р- области, поле перехода является тормозящим, и эти носители остаются в своей области, т. е. дырки остаются в р-области, а электроны — в n-области (рис. 8).
Рис.9. Зависимость фото-ЭДС от светового потока
Рис.10. Схема включения вентильного фотоэлемента
В результате такого процесса в n- и p-областях накапливаются избыточные основные носители, т. е. создаются соответственно заряды электронов и дырок и возникает разность потенциалов, которую называют фото-ЭДС (Еф). С увеличением светового потока фото-ЭДС растет по нелинейному закону (рис.9). Значение ЭДС может достигать нескольких десятых долей вольта. При включении полупроводникового фотоэлемента на нагрузку (рис.10) возникает фототок Iф, равный Еф/(Rн+Ri), где Ri — внутреннее сопротивление самого фотоэлемента. В настоящее время большое значение имеют кремниевые фотоэлементы, используемые в качестве солнечных преобразователей. Они преобразуют энергию солнечных лучей в электрическую энергию, и ЭДС их достигает 0,4-0,5 В. Из таких элементов путем их последовательного и параллельного соединения создаются солнечные батареи, которые обладают сравнительно высоким КПД (до 20 %) и могут развивать мощность до нескольких киловатт. Солнечные батареи из кремниевых фотоэлементов являются основными источниками питания на искусственных спутниках Земли, космических кораблях, автоматических метеостанциях и др. Практическое применение солнечных батарей непрерывно расширяется.
Значительно выше по сравнению с фотодиодами интегральная чувствительность у фототранзисторов. Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, в корпусе которого сделано прозрачное «окно», через которое световой поток может воздействовать на область базы. Схема включения биполярного фототранзистора типа p-n-p со «свободной», т. е. никуда не включенной базой, приведена на рис.11. 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 дырок в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток коллектора. В транзисторе типа п-р-п все 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 с использованием вывода базы.
Выходные характеристики фототранзистора показаны на рис.12. Они аналогичны выходным характеристикам для включения транзистора по схеме с общим эмиттером, но различные кривые соответствуют различным значениям светового потока, а не тока базы. Характеристики показывают, что при повышенном напряжении Uкэ возникает электрический пробой (штриховые участки).
Параметрами фототранзисторов являются:
— рабочее напряжение ( 10 -15 В);
— темновой ток (до сотен микроампер);
— рабочий ток (до десятков миллиампер);
— максимальная допустимая рассеиваемая мощность (до десятков милливатт);
Рис.13. Структура и схема включения полевого фототранзистора с каналом n-типа
граничная частота (фототранзисторы, изготовленные сплавным методом, имеют граничные частоты нескольких килогерц, а изготовленные диффузионным методом (планарные) могут работать на частотах до нескольких мегагерц).
Недостатком фототранзисторов является сравнительно высокий уровень собственных шумов.
Кроме биполярных фототранзисторов в качестве приемников излучения используются и полевые фототранзисторы. На рис.13 показан полевой фототранзистор с каналом n—типа. При облучении n-канала в нем и в прилегающей к нему p-области (затвора) генерируются электроны и дырки. Переход между n-каналом и p-областью находится под обратным напряжением, и поэтому под действием поля этого перехода происходит разделение носителей заряда. В результате возрастает концентрация электронов в n-канале, уменьшается его сопротивление и увеличивается концентрация дырок в p-области. Ток канала (ток стока) возрастает. Кроме того, возникает фототoк в цепи затвора. Этот ток создает падение напряжения на резисторе Rз, 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.
Представляют интерес МДП-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.
Оптроны.
Оптроном (оптопарой) называют оптоэлектронный прибор, в котором конструктивно объединены в общем корпусе излучатель и фотоприемник, взаимодействующие друг с другом оптически и электрически. Связи между компонентами оптопары могут быть прямыми или обратными, положительными или отрицательными, одна из связей (электрическая или оптическая) может отсутствовать.
В состав единого прибора вместе о оптопарой или несколькими оптопарами могут входить еще и дополнительные микроэлектронные или оптические элементы. И конструктивно, и функционально такие приборы существенно отличаются от элементарной оптопары, поэтому принято использовать для их названия термин оптрон, при этом имеется в виду оптоэлектронный прибор любого произвольного вида с внутренними оптическими связями.
Рис.14. Электрические и оптические связи в оптронах
сновные функциональные разновидности этих приборов представлены на рис. 14. Оптопара с прямой оптической и оборванной электрической связью (рис.14,а) используется как элемент развязки, она получила очень широкое распространение. Оптрон с прямой электрической и оборванной оптической связью (рис. 14,б), т. е. оптрон с оптическими входом и выходом, представляет собой преобразователь световых сигналов, это может быть простое усиление (ослабление) интенсивности света, преобразование спектра или направления поляризации, преобразование некогерентного излучения в когерентное и т. п. Если в таком оптроне фотоприемник и излучатель
многоэлементные, то он может выполнять функцию преобразователя изображений. В оптроне с электрической и оптической связями (рис.14,в) при определенных условиях может осуществляться частичная или полная регенерация (восстановление) входного сигнала за счет энергии обратной связи, в силу чего на вольт-амперной характеристике появляется падающий участок или несколько участков – такой прибор получил название регенеративного оптрона. В регенеративном оптроне могут реализоваться любые комбинации видов входных и выходных сигналов (электрических или оптических).
Важным элементом оптопары является оптический канал между излучателем и фотоприемником. Существуют три его разновидности. Прежде всего это простой светопровод, предназначенный для передачи энергии излучения на фотоприемник; чаще всего он выполняется в виде прозрачной иммерсионной среды,. Возможно и такое конструктивное решение, при котором в зазор между излучателем и приемником имеется доступ извне, в этом случае мы имеем оптопару с открытым, оптическим каналом. Наконец, иммерсионная среда может быть выполнена из материала, светопропускание которого изменяется при внешних воздействиях; такой прибор называют оптопарой с управляемым оптическим каналом.
Оптопары — элементы электрической развязки.
Рис.16. Основные виды оптопар
качестве элементов электрической развязки оптопары (см. рис.14,а) получили широкое промышленное распространение благодаря тому, что для их успешного функционирования высокий КПД не является обязательным, а также из-за многочисленных принципиальных достоинств этих приборов, таких как идеальная электрическая развязка, высокое напряжение изоляции, однонаправленность распространения информации, широкополосность. К этому следует добавить совместимость оптопар с изделиями микроэлектроники – технологическую, эксплуатационную, по уровням входных и выходных сигналов. Среди оптопар, используемых для развязки, наиболее широко представлены такие, у которых в качестве фотоприемника применены фототранзистор, фотодиод, фототиристор, фоторезистор (рис . 15). Диодные и транзисторные оптопары применяются главным образом в цепях передачи цифровых информационных сигналов; критерием качества служит комбинированный параметрКi / tзд (tзд -время задержки распространения сигнала). По этому параметру диодные оптопары значительно опережают транзисторные, достигая 10 7 с -1 ; теоретически предельное значение Кi / tзд = комбинированный параметр Кi / tзд (tзд -время задержки распространения сигнала). По этому параметру диодные оптопары значительно опережают транзисторные, достигая 10 7 с -1 ; теоретически предельное значение Кi / tзд = 10 9 с -1 . Этим и обусловлено доминирование диодных оптопар в ЭВМ, в технике обработки и передачи цифровой информации. Следует отметить, что диодные оптопары имеют низкий коэффициент передачи тока (Кi = 1…3%) и требуют обязательного усиления выходного сигнала: поэтому они используются либо в составе оптоэлектронных микросхем, либо с дополнительным электронным обрамлением.
Важной разновидностью диодных оптопар являются так называемые дифференциальные оптопары, (рис.15,е) — приборы, в которых один излучатель воздействует на два идентичных фотодиода. Подобие выходных характеристик двух каналов дифференциальной оптопары позволяет использовать эти приборы для неискаженной передачи аналоговых сигналов: непосредственно для передачи применяется один канал, а другой служит для организации цепи отрицательной обратной связи, корректирующей температурные, деградационные и другие изменения мощности излучателя.
В устройствах бесконтактного управления удобны транзисторные оптопары, а для оптической коммутации высоковольтных сильноточных цепей — тиристорные. Критерий качества таких управляющих оптопар, определяемый отношением коммутируемой мощности в выходной цепи к мощности на входе, достигает 10 6 ..10 7 . Быстродействие транзисторных и тиристорных оптопар характеризуется временами переключения, типичные значения 5 . 50 мкс, в лучших образцах удается получить 1 мкс. Очевидная перспектива развития транзисторных оптопар связана с использованием в качестве фотоприемника гетеротранзисторов на основе твердых растворов А 3 В 5 -при этом вполне реально снижение времен переключения до 1 . 10 нс.
Транзисторные оптопары — наиболее массовый тип элементов электрической развязки.
Резисторные оптопары также получили широкое распространение. Фоторезисторы в отличие от всех фотоприемников с p-n-переходами характеризуются высокой линейностью и симметричностью вольт-амперной характеристики, отсутствием внутренних ЭДС, низким уровнем шумов. В резисторных оптопарах выходное сопротивление при изменении режима входной цепи может изменяться в 10 7 … 10 8 раз. Все это и обусловливает удобство и незаменимость резисторных оптопар в аналоговых устройствах. Недостатки резисторных оптопар — низкое быстродействие (0,01 . 1 с) и сильная температурная нестабильность параметров – ограничивают проникновение этих приборов в технику обработки информации.
Кроме рассмотренных оптопар известный интерес представляют или могут представить и другие, у которых в качестве фотоприемника используются МДП-фототранзисторы, фотоварикапы, лавинные фотодиоды, однопереходные транзисторы, функциональные фоторезисторы и т. д. Эти оптопары имеют отличия, свойственные используемому фотоприемнику.
Широкое распространение получили также оптоэлектронные микросхемы — главным образом переключатели, состоящие из быстродействующей диодной оптопары и ключевого усилителя на выходе. Этим обеспечивается полное согласование по уровням входных, выходных сигналов со стандартными логическими микросхемами. Удобство применения окупает некоторые потери быстродействия, обусловленные необходимостью значительного усиления сигнала, снимаемого с фотодиода.
Перспективны также оптоэлектронные коммутаторы силовой нагрузки — микросхемы или устройства, выполняющие функции реле переменного и постоянного тока и содержащие оптическое звено в цепи управления. В них обычно применяются транзисторные и тиристорные оптопары.
Итак, в качестве обобщения,следует отметить.
Важнейшими достоинствами оптронов являются следующие их свойства:
1. Отсутствие электрической связи между входом и выходом и обратной связи между фотоприемником и излучателем. Сопротивление изоляции между входом и выходом может достигать 10 12 – 10 14 Ом, а проходная емкость не превышает 2 пФ и в некоторых оптронах снижается до малых долей пикофарада.
2. Широкая полоса частот колебаний, пропускаемых оптроном. Возможность передачи сигналов с частотой от нуля до 10 13 – 10 14 Гц.
3. Возможность управления выходными сигналами путем воздействия на оптическую часть прибора.
4. Высокая помехозащищенность оптического канала, т. е. его невосприимчивость к воздействию внешних электромагнитных полей.
5. Возможность совмещения оптронов в РЭА с другими полупроводниковыми и микроэлектронными приборами.
Недостатки оптронов следующие:
1. Относительно большая потребляемая мощность, из-за того, что дважды происходит преобразование энергии, причем КПД этих преобразований невысок.
2. Значительное влияние температуры и радиации на свойства оптронов.
3. Заметное “старение”, т. е. ухудшение параметров с течением времени.
4. Сравнительно высокий уровень собственных шумов.
5. Необходимость применения гибридной технологии вместо более удобной и совершенной планарной (в одном приборе объединены источник и приемник излучения, сделанные из разных полупроводников).
Датчик света. Фототранзистор, фотодиод
При попадании света на фототранзистор его ток увеличивается, что позволяет использовать фоторанзисторы в качестве датчиков света, которые одновременно с преобразованием светового сигнала в электрический усиливают последний.
Основой фототранзистора служит полупроводниковый монокристалл, который заключают в прозрачный защитный корпус, либо в корпус с прозрачным окном. Прозрачность корпуса обеспечивает доступность базы фототранзистора для светового облучения, за счёт чего появляется возможность управлять прохождением электрического тока с помощью света.
При отстутствии падающего на базу света через фототранзистор протекает незначительный ток, который обычно не превышает десятков наноампер (нА). Такой ток называют темновым током. Кроме величины темнового тока фототранзисторы характеризуются интегральной чувствительностью — отношением фототока к величине падающего света.
Фототранзисторы могут иметь три или два вывода, в последнем случае используется только коллектор и эмиттер. Подключение двухвыводного фототранзистора похоже на включение обычного фотодиода, которые также достаточно часто используют в качестве основы для фотодатчиков у роботов.
Фотодиод представляет собой диод, в котором обеспечена возможность воздействия света на полупроводниковый переход. Воздействие света вызывает напряжение на выводах фотодиода или протекание тока в цепи, в которую включен фотодиод.
Условное обозначение фотодиода на схемах очень похоже на обозначение обычного диода с двумя направленными на него стрелками. Не стоит путать обозначение фотодиода с обозначением светодиода, у которого стрелки направлены от него.
В отличие от фототранзисторов, фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его. Кроме того, фототранзисторы обладают большей, чем фотодиоды, чувствительностью — порядка сотни миллиампер на люмен.
Фоторезисторы также применяются при построении датчиков света. Сопротивление фоторезистора уменьшается при воздествии на него света. Основным недостатком фоторезисторов является их достаточно большая инерционность, влияющая на скорость работы датчиков, в основе которых используется фоторезистор.
Важной характеристикой фототранзисторов и фотодиодов является диапазон спектра, в котором они имеют наибольшую чувствительность. Помимо фототранзисторов, работающих в видимом диапазоне световых волн, достаточно распространенными являются фототранзисторы инфракрасного диапазона (ИК-фототранзисторы).
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Для повышения чувствительности фототранзистора следует увеличивать толщину базы, время жизни носителей в базе и, следовательно, выбирать материалы с высоким удельным сопротивлением. Но для повышения его граничной частоты толщину базы и время жизни носителей необходимо уменьшать. Оба элемента структуры изготовлены в одном кристалле. Параметры фотодиода выбирают из условий достижения максимальной чувствительности и быстродействия, а параметры транзистора — максимальной граничной частоты И усиления. В совокупности оба элемента эквивалентны быстродействующему фототранзистору с высоким коэффициентом усиления. [10]
За счет чего увеличивается чувствительность фототранзистора по сравнению с фотодиодом. [11]
За счет чего увеличивается чувствительность фототранзистора по сравнению с фотодиодом. [12]
Получены уравнения токов фототранзистора, позволяющие определять чувствительность фототранзистора в различных схемах включения. Рассмотрена возможность создания фототранзисторов с освещаемой эмиттерной и коллекторной областью. [13]
В заключение следует отметить, что стабильность чувствительности фототранзисторов наряду со стабилизацией режима может быть повышена за счет термо-компенсирующих элементов и отрицательной обратной связи по переменному току. [14]
Световой эквивалент шума служит для оценки порога чувствительности фототранзистора . [15]
Фототранзистор: схема, принцип работы и характеристики
Фототранзистор представляет из себя твердотельный полупроводник, который обладает внутренним усилением, и, как правило, применяется данный прибор для трансмиссии (передачи) аналогового и цифрового сигнала. Схема фототранзистора совпадает с основами обычного транзистора, именно поэтому его аналогом принято считать фотодиод.
Стоит отметить, что отличительной особенностью вышеназванного устройства является не только способность реагировать на различные виды излучений и освещений, но и повышенная чувствительность, позволяющая применять его в различных устройствах, связанных с зависимостью потока света. К таковым можно отнести следующие:
- датчики дыма;
- лазерные радары;
- пульты с дистанционным управлением.
Схема фототранзистора
Безусловно, как и в ситуации с фотодиодами, к главной задаче фототранзистора необходимо отнести образование полезного и качественного напряжения из светового потока. Однако, так как в структуре нашего прибора присутствует полупроводниковое усиление, появляется возможность воссоздать общую схему коллектором и эмиттером.
Именно данная модель способна на выходе давать самое высокое напряжение.
Таким образом, в отличие от фотодиодов, в схеме фототранзистора можно обойтись и без трансимпедансного усилителя базы “ОУ”.
Принцип работы фототранзистора
Как мы уже говорили ранее, механизм работы фототранзистора во многих аспектах напоминает работу простого транзистора. Однако, здесь следует отметить важное отличие: в нашем приборе электрический ток находится под контролем лишь двух активных контактов.
В обычной структуре (с условием, что к фототранзистору не подключено что-то постороннее) оптическое излучение регулирует базовый ток, происходит этот процесс при помощи коллектора. Так как электрический ток оказывается в проводнике лишь после резистора, напряжение прибора определяется оптическим излучением, а если быть точнее — его уровнем. Для усиления сигнала можно подключить устройство к специальному оборудованию. При этом, вывод прибора имеет зависимость от того, какова длина света, который падает и, в свою очередь, управляет усилением постоянного тока в транзисторе.
Стоит отметить, что существует несколько типов фототранзистора: оптический изолятор, оптическое реле и датчики.
- Оптический изолятор: он напоминает трансформатор, который с помощью электрических контактов блокирует все входы;
- Оптическое реле или фотореле: оно определяет реакцию прибора, связанную с изменением различных опто-величин;
- Датчики: они выделяют свет.
Ключевые параметры фототранзистора
Токовая и спектральная чувствительности
Токовая или монохроматическая чувствительность
— параметр фототранзистора, который определяет величину оптического тока.
— фотопоток;
— световой поток.
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
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.
Усилительные свойства фототранзистора
Усилительные свойства, которыми обладает данный прибор, определяются следующим образом: фототранзистор, имеющий определенный диапазон (величина диапазона обусловлена интенсивностью поляризованного света) работы.
Электрический постоянный (или базовый) ток поляризованного света способен поддаваться огромному усилению (например, в несколько десятков тысяч раз) .
Плюс ко всему, возможно так называемое “дополнительное усиление” электротока, которое объясняется особенным обеспечивается особым транзистором имени Дарлингтона, представляющий из себя биполярный транзистор с соединенным эмиттером.
Таким образом, такая большая усилительная способность (основная и дополнительная) позволяет фототранзистору, даже при не самом ярком освещении, обладать сверх-повышенной чувствительностью
Наиболее популярная структура фототранзистора
На мой взгляд, к самой популярной и востребованной структуре, которая представлена в фототранзисторе, следует отнести структуру n — p — n
Как правило, биполярные фототранзисторы вышеназванной схемы изготовлены либо из монокристаллического кремния, либо из монокристаллического германия.
Стоит отметить, что данный прибор способен создать такой механизм взаимодействия со световыми лучами, который позволит иметь большую оптическую чувствительность, нежели обычный транзистор или фотодиоды.
Характеристики фототранзистора
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.
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.
В чем отличие между фототранзисторами и фотодиодами?
Пожалуй, вопрос, интересующий каждого читателя нашего сайта. На самом деле, ответ на него не выглядит каким-то очевидным и понятным, однако, я попытаюсь объяснить вам простыми словами.
Итак, ключевым отличием данных приборов является то, что фотодиоды обладают способностью осуществлять механизм работы сразу в двух режимах: фотодиодный и фотогальванический.
Если говорить о первом режиме, то для него достаточно подачи обратного напряжения на диод, что позволит регулировать сопротивление в меньшую сторону.
Если же говорить о режиме фотогальваническом, то здесь уместно сравнение с солнечной батареей, то есть есть свет — есть и напряжение.
К слову, фототранзисторы способны работать лишь в первом режиме. Это говорит о том, что они проще устроены и менее практичны в применении.
Где применяются фототранзисторы?
Так как фототранзистор является прибором, обладающим очень высокой чувствительностью, он находит широкое применение:
- В системах автоматической безопасности;
- В охранной сигнализации;
- В электронных устройствах излучения;
- В компьютерных системах управления;
- В автоматических системах освещения;
- В написании кода по исходным данным;
- В оптопарах и других оптических приборах.
Где можно приобрести фототранзистор?
Достать фототранзистор не составит большого труда, тем более на дворе 21 век. Лично я брал себе прибор на Aliexpress.
Товар пришел быстро, качество порадовало, да и цена подъемная!
Заключение
Итак, фототранзистор — полупроводниковый прибор, основанный на биполярном транзисторе, однако, тот факт, что этот инструмент вызывает высокое усиление фототока, позволяющее не использовать промежуточное усиление и работать на максимально возможном уровне излучения, определяет его широкое использование в различных автоматических системах.