Содержание
Датчик света. Фототранзистор. Фотодиод. Как работают фототранзистор и фотодиод.
| Основы |
Как работают фототранзистор и фотодиод.
Включение фототранзистора.
Фототранзистор и фотодиод — это электронные приборы, реагирующие на свет.
|
|
Фототранзисторы относятся к классу оптоэлектронных компонентов, также как фотодиоды, фоторезисторы и светодиоды.
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).
Диапазон спектра
Счетчики посетителей MegaCount — Технологии применяемые в счетчиках.
В качестве элементной базы в счетчиках могут выступать инфркакрасные модули — это ИК детекторы или ИК фототранзисторы (фотодиоды)
Для определения факта проходящего человека в горизонтальных системах подсчета подходят два этих типа электронных компонентов, рассмотрим обе технологии более подробно выявив приемущества и недостатки
1] ФОТОТРАНЗИСТОРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ — используется почти во всех горизонтальных системах подсчета и во всех беспроводных счетчиках. НЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ в MegaCount и RCount
Элементная база:
ИК фототранзистор или ИК фотодиод — внешний вид представлен на картинке ниже, зачастую имеет два вывода, Коллектор и Эмиттер, в качестве Базы выступает светочувствительный элемент.
Основной принцип работы фототранзистора в том, что как только на Базу попадает источник внешнего излучения он открывается и между выводами Коллектора [C] и Эмиттера [E] начинает протекать ток, соответственно на выходе Эмиттера появляется некий уровень сигнала [Vout] который поступает на обработку микропроцессора.
Сигнал [Vout] является аналоговым, так как чем сильнее интенсивность внешнего излучения на Базе транзистора тем сильнее он открыт, если уменьшать эту интенсивность транзистор постепенно и плавно будет закрываться, то есть ему присуща некоторая инертность в работе. Счетчики на фототранзисторах определить довольно просто, на передней стороне одного из датчика будут установлены прозрачные цилиндрические элементы в выпуклой частью, как на рисунке выше.
Как это работает в счетчиках:
1) в штатном режиме когда никто не проходит через область детекции на Базу фототранзистора постоянно попадает излучение от ИК диода, в этот момент фототранзистор открыт и через него протекает ток, соответственно на выходе у него будет постоянный уровень Vout в значении Vout_H, см. график ниже
2) как только посетитель начинает пересекать луч, интенсивность ИК излучения постепенно падает и фототранзистор закрывается, тем самым уменьшая значение Vout до Vout_L смотрите график. Процесс детекциив случае применения фототранзисторов является аналоговым.
3) На основании полученной кривой значение Vout процессор определяет прохождение посетителя через датчик.
Основные приемущества:
1) Простая схемотехника и программный код
2) Низкая стоимость реализации
3) Низкая стоимость конечного устройства
Основные недостатки:
1) Счетчики на фототранзисторах считают только в ОДНОМ направлении — Уровень сигнала является аналоговым — что сильно снижает точность подсчета, можете посмотреть осциллограмму ниже, из-за инертности в срабатывании счетчики на фототранзисторах не могут точно считать рядом идущих посетителей. Так же основной недостаток в том, что счетчики на фототранзисторах в основном считают только в ОДНОМ направлении — связанно все это с той же инертностью работы фототранзистора, микропроцессор просто не может определить четкую границу входа или выхода посетителей, поэтому подсчет ведется только в одном направлении.
2) Сильно зависят от внешней освещенности — Vout_H и Vout_L будут разными и не стабильными в темное время суток и на ярком солнце, что опять же вносит сильную погрешность в работе счетчиков.
3) Сильно зависят от ширины между датчиками — сигналы Vout_H и Vout_L сильно зависят от ширины между датчиками, так как с увеличением ширины резко снижается интенсивность ИК излучения от излучателя, из-за чего значение сигнала Vout_H практически приближается к нулю и его становится очень трудно определить.
4) Влияние камер с ИК подсветкой — на уровень сигнала Vout_H и Vout_L влияет система видеонаблюдения с ИК подсветкой направленная на входную группу, что тоже резко снижает точность подсчета.
МОДЕЛЬ ПРОХОДА ПОСЕТИТЕЛЯ И ПРИНЦИП ДЕТЕКЦИИ ФОТОТРАНЗИСТОРОМ
МОДЕЛЬ ПРОХОДА ДВУХ РЯДОМ ИДУЩИХ ПОСЕТИТЕЛЕЙ В ФОТОТРАНЗИСТОРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Ниже представлена модель детекции двух рядом идущих посетителей в счетчиках на фототранзисторах, в силу инертности фототранзистора, процессор не успеет посчитать рядом идущих посетителей. Так же в силу той же инертности работы, процессор не «видит» четкой границы входа посетителя из-за чего подсчет ведется только в одном направлении.
Ниже представлены графики детекции беспроводного счетчика посетителей на фототранзисторах НЕ производства MegaCount
— Осциллограмма прохождение через область детекции одного посетителя с счетчиками на фототранзисторной технологии
— Осциллограмма прохождение через область детекции двух посетителей с счетчиками на фототранзисторной технологии
Вывод:
Счетчики с фототранзисторной технологией детектирования очень сильно зависят от внешних факторов которые приводят к уменьшению точности подсчета. Могут вести подсчет только в одном направлении.
2] ТЕХНОЛОГИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИК ДЕТЕКТОРОВ И МОДУЛИРОВАННОГО ИК ИЗЛУЧЕНИЯ — ПРИМЕНЯЕТСЯ В MEGACOUNT и RCOUNT
Элементная база:
ИК детектор — внешний вид представлен на картинке ниже, представляет собой интегральную микросхему со встроенными блоками усиления и фильтрации, в качестве чувствительного элемента выступает PIN Диод
Основной принцип ИК детектора в том, что он может принимать только модулированный ИК сигнал определенного вида.
ИК детектор принимает модулированный сигнал в виде закодированной последовательности через PIN диод, далее сигнал попадает в блок [АРУ- Автоматическая Регулировка Усиления], далее в Фильтр и в Демодулятор который соединен усиливающим транзистором. В итоге на выходе ИК Детектора будет уровень сигнала в виде Vout который зависит от наличия модулируемого ИК излучения.
Как это работает в счетчике:
1) В штатном режиме работы когда никто не проходит, ИК Детектор постоянно принимает модулированные последовательные сигналы, на выходе Vout будет постоянное некоторое значение Vout_H
2) Как только посетитель пересекает область детекции, ИК Детектор непременно перестает принимать модулированные закодированные последовательности и цепь управления мгновенно срабатывает на отсутствие закодированной последовательности, тем самым выдавая Vout на уровне Vout_L, смотрите график ниже. Процесс детекции является цифровым.
3) На основании полученных срабатываний процессор определяет наличие прохождения посетителем через область подсчета.
Основные приемущества:
1) Нет зависимости от освещенности, благодаря модулю [АРУ] значения Vout_H и Vout_L всегда на одном уровне и не изменяются, будь то солнечная погода или пасмурная.
2) Возможность вести подсчет посетителей на малых расстояниях до 1 метра и на больших до 7 метров, блок [АРУ] будет всегда поддерживать уровень сигнала на одном уровне, подстраиваясь под внешнее ИК излучения
3) Нет влияния на датчики подсчета со стороны системы видеонаблюдения с ИК подсветкой, блоки Фильтрации и Демодуляции не пропустят эти сигналы в виде шумов.
4) Мгновенное срабатывание ИК Детектора позволяет вести точный подсчет посетителей, так как процессор обрабатывает цифровые данные а не аналоговые.
Основные недостатки:
1) Сложность в реализации схемотехники и программного кода.
2) Немного высокая стоимость в реализации.
МОДЕЛЬ ПРОХОДА ПОСЕТИТЕЛЕЙ И ПРИНЦИП ДЕТЕКЦИИ В ПОДСЧЕТЕ MEGACOUNT-RCOUNT
МОДЕЛЬ ПРОХОДА ДВУХ РЯДОМ ИДУЩИХ ПОСЕТИТЕЛЕЙ В СЧЕТЧИКАХ MEGACOUNT-RCOUNT
В виду того что процессор получает не аналоговые сигналы а цифровые, счетчик успевает посчитать рядом идущих посетителей.
Так же из-за наличия явно видной границы входа счетчик считает по разным каналам, отдельно на ВХОД и считает отдельно на ВЫХОД что позволяет отслеживать посещаемость в оба направления и визуально подтвердить достоверность подсчета.
Осциллограмма прохождение через область детекции одного посетителя с счетчиками MegaCount
Осциллограмма прохождение через область детекции двух посетителей с счетчиками MegaCount
Вывод:
Счетчики на ИК Детекторах устойчивы к внешним воздействиям, хорошо подходят на узкие и широкие входные группы, ведут точный подсчет потока посетителей.
Выбирайте лучшее © MegaCount!
Что такое фототранзистор » Electronics Notes
Фототранзисторы представляют собой разновидность биполярных транзисторов, чувствительных к свету. Имея коэффициент усиления транзистора, они намного более чувствительны, чем фотодиоды, и находят применение во многих схемах обнаружения света.
Фототранзистор Включает:
Основные сведения о фототранзисторах
Приложения и схемы
Фотодарлингтон
Оптопара / оптоизолятор
Фототранзистор — это полупроводниковое устройство, способное определять уровень освещенности и изменять ток, протекающий между эмиттером и коллектором, в зависимости от уровня получаемого света.
Фототранзисторы и фотодиоды могут использоваться для восприятия света, но фототранзистор более чувствителен ввиду усиления, обеспечиваемого тем фактом, что это биполярный транзистор. Это делает фототранзисторы более подходящими для ряда приложений.
Хотя все биполярные транзисторы сами по себе чувствительны к свету, поэтому большинство транзисторов заключены в металлические или пластиковые корпуса, фототранзисторы представляют собой особую форму биполярных транзисторов, оптимизированных для светочувствительности, что делает эти электронные компоненты идеальными для многих светочувствительных приложений. .
.
Типичный фототранзистор
Обратите внимание на линзу вверху и тот факт, что она имеет только два вывода, потому что цепь основания часто остается разомкнутой и внешнее соединение не предусмотрено.
Идея фототранзистора известна уже много лет. Уильям Шокли впервые предложил эту идею в 1951 году, вскоре после того, как был открыт обычный биполярный транзистор.
Прошло всего два года, прежде чем фототранзистор был продемонстрирован.
С момента своего первого появления и использования фототранзисторы использовались в различных схемах и приложениях, и с тех пор их развитие продолжается.
Фототранзисторы
широко доступны и могут быть легко получены довольно дешево у дистрибьюторов электронных компонентов — ввиду их использования во многих электронных схемах и приложениях они доступны как часть стандартного инвентаря полупроводниковых устройств.
Ввиду того, что эти электронные компоненты дешевы и легкодоступны, необходимо убедиться, что выбранный компонент соответствует требованиям схемы, в которой он будет использоваться. Для этого важно понимать различные спецификации.
Первоначальная разработка фототранзистора
Изобретение фототранзистора последовало за разработкой первого транзистора с точечным контактом. Примерно в это же время в Bell Labs проводилось большое количество разработок полупроводников, и одна из групп разрабатывала фототранзистор.
Хотя история фототранзистора не так хорошо известна, как многие другие ранние разработки полупроводников, это, безусловно, было очень важным событием.
Винтажный фототранзистор OCP71 — это был PNP-транзистор OC71 с непрозрачной оболочкой.
Заметка об истории фототранзистора:
Фототранзистор появился в результате ранних разработок полупроводников, которые проводились в Bell Telephone Laboratories. Впервые об изобретении было объявлено 30 марта 1950 года.
Подробнее о Изобретение фототранзистора
Работа фототранзистора
В основе работы фототранзистора лежит базовая концепция биполярного транзистора. На самом деле фототранзистор можно сделать, облучая полупроводник обычного транзистора. Очень ранние фототранзисторы изготавливались без покрытия пластикового корпуса биполярного транзистора черной краской.
Фототранзистор работает, потому что свет, падающий на полупроводник, высвобождает электроны/дырки и вызывает протекание тока в области базы.
Фототранзисторы работают в активном режиме, хотя соединение базы обычно остается разомкнутым или отключенным, поскольку оно часто не требуется. База фототранзистора будет использоваться только для смещения транзистора, чтобы протекал дополнительный ток коллектора, и это маскировало бы любой ток, протекающий в результате фотовоздействия. Для работы условия смещения достаточно просты. Коллектор NPN-транзистора выполнен положительным по отношению к эмиттеру или отрицательным для PNP-транзистора.
Свет попадает в базовую область, где вызывает генерацию пар дырочных электронов. Эта генерация в основном происходит в переходе база-коллектор с обратным смещением. Пары дырка-электрон движутся под действием электрического поля и обеспечивают базовый ток, заставляя электроны инжектироваться в эмиттер. В результате ток фотодиода умножается на коэффициент усиления по току β транзистора.
Производительность фототранзистора может быть выше, чем у фотодиода для некоторых приложений с учетом его коэффициента усиления.
В качестве приблизительного ориентира, если фотодиод может пропускать ток около 1 мкА в типичных комнатных условиях, фототранзистор может пропускать ток 100 мкА. Это очень грубые приближения, но они показывают порядок различных значений и сравнений.
Типичный небольшой инфракрасный фототранзистор
Одним из недостатков фототранзистора является то, что он особенно медленный и его высокочастотная характеристика очень плохая. Фотодиоды являются гораздо более быстрыми электронными компонентами и используются там, где важна скорость, несмотря на их меньшую чувствительность.
Обозначение схемы фототранзистора
Стандартные символы цепей необходимы для каждого типа электронных компонентов, что позволяет легко рисовать принципиальные схемы и делать их узнаваемыми для всех. Символ фототранзистора состоит из основного символа биполярного транзистора с двумя стрелками, указывающими на соединение биполярного транзистора. Это схематически представляет работу фототранзистора.
Условное обозначение схемы фототранзистора (для устройства на основе транзистора NPN)
Фототранзисторы могут быть основаны как на транзисторах NPN, так и на транзисторах PNP, и поэтому вполне возможно иметь фототранзистор PNP, и для этого направление стрелки на эмиттере меняется на противоположное обычным способом.
Видно, что показанный символ фототранзистора не дает соединения базы. Часто база остается отключенной, поскольку свет используется для обеспечения протекания тока через фототранзистор. В некоторых случаях база может быть смещена для установки требуемой рабочей точки. В этом случае база будет показана обычным образом на символе фототранзистора.
Структура фототранзистора
Хотя обычные биполярные транзисторы проявляют светочувствительность при воздействии на них света, структура фототранзистора специально оптимизирована для фотоприложений. У фототранзистора площадь базы и коллектора намного больше, чем у обычного транзистора. Эти устройства обычно изготавливались с использованием диффузионной или ионной имплантации.
Планарная структура фототранзистора с гомопереходом
Ранние фототранзисторы использовали германий или кремний по всему устройству, что давало структуру с гомопереходом. В более современных фототранзисторах используются полупроводниковые материалы типа III-V, такие как арсенид галлия и тому подобное. Разновидности транзисторов NPN более популярны ввиду того, что используются системы с отрицательным заземлением, и транзисторы NPN лучше подходят для этого режима работы.
Гетероструктуры
, в которых используются разные материалы по обе стороны от PN-перехода, также популярны, поскольку они обеспечивают высокую эффективность преобразования. Обычно их изготавливают с использованием эпитаксиального выращивания материалов с соответствующей структурой решетки.
В этих фототранзисторах обычно используется меза-структура. Иногда в качестве коллектора в фототранзисторе можно использовать переход Шоттки (металл-полупроводник), хотя в наши дни такая практика менее распространена, поскольку другие структуры предлагают более высокие уровни производительности.
Чтобы обеспечить оптимальное преобразование и, следовательно, чувствительность, контакт эмиттера часто смещается в структуре фототранзистора. Это гарантирует, что максимальное количество света достигнет активной области внутри фототранзистора.
Характеристики фототранзистора
Как уже упоминалось, фототранзистор имеет высокий уровень усиления в результате действия транзистора. Для однородных структур, т.е. использующих один и тот же материал во всем полупроводниковом устройстве, это может быть порядка от 50 до нескольких сотен.
Однако для устройств с гетероструктурой уровни усиления могут возрасти до десяти тысяч. Несмотря на высокий коэффициент усиления, гетероструктурные устройства не получили широкого распространения, поскольку эти полупроводниковые приборы значительно дороже в производстве. Еще одно преимущество всех фототранзисторов по сравнению с лавинным фотодиодом, еще одним устройством с усилением, заключается в том, что фототранзистор имеет гораздо более низкий уровень шума.
Лавинные диоды всех форм известны высоким уровнем шума, который они генерируют в результате лавинного процесса.
Одним из основных недостатков фототранзистора является тот факт, что он не имеет особенно хорошей высокочастотной характеристики. Это происходит из-за большой емкости, связанной с переходом база-коллектор. Этот переход спроектирован таким образом, чтобы он был относительно большим, чтобы он мог собирать достаточное количество света. Для типичного устройства с гомогенной структурой полоса пропускания может быть ограничена примерно 250 кГц. Устройства с гетеропереходом имеют гораздо более высокий предел, и некоторые из них могут работать на частотах до 1 ГГц.
Характеристики фототранзистора при разной освещенности. Они очень похожи на характеристики обычного биполярного транзистора, но в них разные уровни тока базы заменены разными уровнями интенсивности света.
Небольшой ток протекает через фототранзистор даже при отсутствии света. Это называется темновым током и представляет собой небольшое количество носителей, которые инжектируются в эмиттер.
Подобно фотогенерируемым носителям, он также подвергается усилению действием транзистора.
Применение фототранзисторов
Тот факт, что фототранзисторы просты в использовании и хорошо работают в пределах своих ограничений, означает, что эти полупроводниковые устройства используются в самых разных электронных схемах.
Часто в схемах и приложениях прерывается световой луч, но иногда их можно использовать для определения уровня освещенности.
- Энкодеры, где вращается вращающийся диск со светлыми и темными полосами — это дает скорость и направление или вращение.
- Считыватели карт.
- Системы безопасности
- Инфракрасные детекторы.
- Управление освещением.
- Оптопары
- Счетные системы — световой или инфракрасный луч прерывается для каждого подсчитываемого предмета.
- Управление освещением.
Конечно, эти электронные компоненты используются во многих других областях.
Обзор преимуществ и недостатков фототранзисторов
Хотя эти полупроводниковые устройства используются в огромном количестве электронных устройств, схем и приложений, необходимо взвесить их преимущества и недостатки, чтобы определить, являются ли они правильным электронным компонентом для данного приложения. Фоторезисторы или светочувствительные резисторы LDR; фотодиоды; фотодарлингтоны, фото-FET и даже фото-тиристоры и симисторы доступны и могут подойти для любого конкретного приложения.
Преимущества фототранзистора
- Имеют относительно высокий коэффициент усиления и поэтому относительно чувствительны.
- Эти электронные компоненты относительно дешевы, поскольку они фактически являются транзисторами, открытыми для света.
- Они могут быть встроены в интегральную схему.
- Предложите разумную скорость.
Недостатки фототранзисторов
- Эти устройства не могут работать с высокими напряжениями других полупроводниковых устройств, таких как фототиристоры и симисторы.
- В приложениях, где они подвергаются кратковременным скачкам и скачкам напряжения, они могут быть повреждены
- Не так быстро, как другие светочувствительные электронные компоненты, такие как фотодиоды.
Вот некоторые из основных преимуществ и недостатков этих электронных компонентов.
Фототранзисторы представляют собой полупроводниковые устройства, основанные на базовом биполярном транзисторе, и они доступны как транзисторы NPN или транзисторы PNP. Наряду с другими электронными компонентами и полупроводниковыми приборами они доступны практически у всех дистрибьюторов электронных компонентов и зачастую их стоимость очень низка.
Другие электронные компоненты:
Батарейки
конденсаторы
Соединители
Диоды
полевой транзистор
Индукторы
Типы памяти
Фототранзистор
Кристаллы кварца
Реле
Резисторы
ВЧ-разъемы
Переключатели
Технология поверхностного монтажа
Тиристор
Трансформеры
Транзистор
Клапаны/трубки
Вернуться в меню «Компоненты».
. .
Основы фототранзистора
В этом уроке мы узнаем о фототранзисторах, характеристиках фототранзисторов, что следует учитывать при выборе фототранзистора и нескольких примерах схем, использующих фототранзистор в качестве датчика света.
[адсенс1]
Краткое описание
Введение
Прежде чем углубляться в детали фототранзисторов, давайте освежим наше понимание датчиков и, в частности, оптических датчиков.
С точки зрения инженера-электронщика датчик — это устройство, которое реагирует на физическое явление или свойство электрическим сигналом. Вход датчика может быть любой физической величиной, такой как свет, звук, температура и т. д., но выходом является электрический сигнал, такой как напряжение, ток или даже заряд, который может обрабатываться, усиливаться, направляться и модифицироваться электронными схемами и устройствами.
Приведенное выше определение датчика может привести к другой интерпретации датчика, т.
е. датчик является преобразователем энергии, поскольку независимо от измеряемой величины входная энергия преобразуется в электрическую энергию.
Существует много разновидностей и типов датчиков, таких как датчик температуры, датчик давления, датчик влажности и т. д., но в данном обсуждении интерес представляют оптические датчики.
[адсенс2]
Что такое оптические датчики (датчики освещенности)?
Оптические датчики также называются датчиками света или фотодатчиками. Оптический датчик — это устройство, которое измеряет интенсивность света, обычно электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного.
Поскольку нетипичный датчик света связан с поглощением фотона чувствительным материалом, почти все датчики света делятся на два типа. Это:
- Квантовые датчики
- Термодатчики
Оптические датчики, относящиеся к категории квантовых детекторов, обычно работают в диапазоне от ультрафиолетового до среднего инфракрасного диапазона электромагнитного спектра, в то время как датчики, подпадающие под категорию тепловых детекторов, работают в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра.
Фотогальванические и фотопроводящие устройства, такие как фотодиоды, фоторезисторы (также известные как светозависимые резисторы или LDR), фототранзисторы и т. д. являются примерами твердотельных, т.е. полупроводниковых датчиков света типа квантовых детекторов.
Что такое фототранзистор?
Прежде чем разбираться в фототранзисторах, давайте сначала кратко разберемся, что такое фотодиод. Проще говоря, фотодиод представляет собой оптический диод с PN-переходом, но в условиях обратного смещения, поэтому ток очень мал.
Когда фотон достаточной энергии (отсюда зависимость от длины волны света) попадает на фотодиод, электрон высвобождается с энергией для прохождения барьера, т.е. при обратном смещении, когда свет падает на переход, происходит увеличение в текущем.
Имея это в виду, фототранзистор — это устройство с фотопереходом (то есть фотодиод), которое похоже на обычный транзистор, за исключением того, что у него есть светочувствительный базовый вывод (или, если быть точным, коллектор — базовый переход).
Другими словами, фототранзистор можно рассматривать как фотодиод с усилителем тока. Фототранзистор напрямую преобразует фотоны в заряд, как и фотодиод, и вдобавок к этому фототранзистор также обеспечивает усиление по току.
Символ фототранзистора показан ниже.
Как и обычные транзисторы, фототранзисторы также имеют большой коэффициент усиления, но основное отличие заключается в размере перехода база-коллектор. В фототранзисторах размер перехода база-коллектор больше, так как это светочувствительная область датчика.
Больший размер перехода приводит к значительно большей емкости перехода, и в результате фототранзисторы имеют более низкую частотную характеристику, чем фотодиоды, несмотря на высокий коэффициент усиления.
Принцип работы
Принцип работы фототранзистора аналогичен фотодиоду в сочетании с усилительным транзистором. Свет, падающий на базу фототранзистора, индуцирует небольшой ток.
Затем этот ток усиливается обычным действием транзистора, что приводит к значительному увеличению.
Обычно, по сравнению с аналогичным фотодиодом, фототранзистор может обеспечить ток, который в 50-100 раз больше, чем у фотодиода.
Характеристики фототранзистора
Поскольку фототранзисторы в основном представляют собой биполярные NPN-транзисторы с большим переходом база-коллектор, характеристики фототранзистора аналогичны характеристикам простого биполярного транзистора.
Фототранзисторы доступны в двух- или трехвыводном исполнении. В двухвыводном фототранзисторе базовая клемма электрически недоступна, и устройство полностью зависит от света.
Коллекторная клемма обычно имеет более высокий потенциал, чем эмиттер, чтобы индуцировать обратное смещение на переходе база-коллектор. Когда на фототранзистор не падает свет, небольшой ток утечки, известный как темновой ток, течет от коллектора к эмиттеру.
Когда на базовую клемму падает достаточно света, создается базовый ток, пропорциональный интенсивности света.
Затем ток базы запускает процесс усиления и ток коллектора с высоким коэффициентом усиления.
На следующем изображении показана кривая характеристик тока коллектора.
Из приведенной выше кривой видно, что с увеличением интенсивности света увеличивается и ток коллектора.
Как упоминалось ранее, фототранзисторы также доступны в виде трехвыводных устройств. В этом случае использование базового терминала необязательно. При использовании он действует как обычный биполярный транзистор, а когда не используется, он действует как фототранзистор.
Свойства фототранзисторов
При выборе фототранзистора необходимо учитывать несколько факторов или свойств, чтобы фототранзистор можно было использовать наилучшим образом.
Некоторые из важных свойств:
- Длина волны
- Линейность
- Чувствительность
- Время отклика
- Размер
- Стоимость
Давайте немного обсудим эти соображения.
Как упоминалось ранее, только фотон с определенной энергией может возбудить электроны, а это означает, что длина волны света является важным фактором.
Фототранзисторы обычно имеют определенный диапазон длин волн, которые они могут воспринимать.
Еще одним важным свойством фототранзистора является линейность выходного сигнала. Важным моментом является то, насколько линейно мощность изменяется в зависимости от интенсивности света.
Чувствительность фототранзистора представляет собой отношение выходного сигнала к входной интенсивности падающего света. Кроме того, время отклика будет зависеть от того, насколько быстро выход реагирует на изменения интенсивности света.
Есть еще две вещи, которые не имеют ничего общего с характеристиками фототранзистора, то есть его размер и стоимость.
Примеры схем с использованием фототранзисторов
Световое реле с использованием фототранзисторов
Когда на фототранзистор Q1 падает достаточно света, он включается и обеспечивает ток базы транзистора Q2. В результате Q2 включается, и реле находится под напряжением.
Реле, управляемое темнотой, с использованием фототранзистора
С небольшими изменениями схемы реле, управляемой светом, вы можете реализовать реле, управляемое темнотой.
Добавить комментарий