Фототранзисторы фотодиоды: Фототранзисторы. Устройство и работа. Применение и особенности

Фототранзисторы. Устройство и работа. Применение и 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.

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

Фототранзисторы 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.

Преимущества

• Выдают ток больше, чем фотодиоды.
• Способны создать мгновенную высокую величину тока выхода.
• Основное достоинство – способность создания повышенного напряжения, в отличие от фоторезисторов.
• Невысокая стоимость.

Недостатки

Ф-транзисторы являются аналогом фотодиодов, однако имеют серьезные недостатки, которые создают условия для узкой специализации этого полупроводника.

• Многие виды фототранзисторов изготавливают из силикона, поэтому они не могут работать с напряжением более 1 кВ.
• Такие светочувствительные полупроводники имеют большую зависимость от перепадов напряжения питания в электрической цепи. В таких режимах фотодиод ведет себя гораздо надежнее.
• Ф-транзисторы не сочетаются с работой в лампах, по причине малой скорости носителей заряда.

Обозначения на схемах

Управляемые световым потоком транзисторы, на схемах обозначаются как обычные транзисторы.

VТ1 и VТ2 – ф-транзисторы с базой, VТ3 – транзисторы без базы. Цоколевка изображена как у простых транзисторов.

Так же, как и другие приборы на основе полупроводников с переходом n-p-n, применяющиеся для преобразования светового потока, фототранзисторы можно назвать оптронами. Их на схемах изображают в виде светодиода в корпусе, или в виде оптронов со стрелками. Усилитель во многих схемах обозначается в виде базы и коллектора.

Похожие темы:

• Фотодиоды. Виды и устройство. Работа и характеристики
• Фоторезисторы. Виды и работа. Применение и особенности
• Оптроны. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
• Фотоэлементы. Виды и устройство. Работа и применение
• Солнечные элементы. Виды и работа. Применение и особенности

40) Фоторезисторы. Фотодиоды. Фототранзисторы. Особенности применения. Характеристики.

Схемы
включения и применение фотоэлектронных
приборов

Фотоэлектронные
(фотоэлектрические) приборы предназначены
для преобразования световой энергии
в электрическую.

Все
полупроводниковые фотоэлектрические
приборы основаны на внутреннем
фотоэффекте — возбуждении атомов и
росте концентрации свободных носителей
заряда под воздействием светового
излучения. При этом в полупроводнике
растет проводимость, а на p-n переходах
появляется ЭДС.

К
фотоэлектронным приборам относятся
фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы
и фототиристоры.

Фоторезистор —
это полупроводниковый фотоэлектрический
прибор, сопротивление которого изменяется
под действием светового излучения. На
рис. 1 показана схема включения
фоторезистора и его характеристики.

Рис.2. Схема включения фоторезистора (а),
УГО (б), энергетическая
(в) и вольт-амперная (г) характеристики фоторезистора. 

Фоторезисторы,
как и другие фотоэлектрические приборы,
характеризуются световой
характеристикой,
т.е. зависимостью фототока , протекающего
через прибор от светового потока . Она
нелинейная и это является недостатком
фоторезистора. ВАХ фоторезистора
линейны, а их наклон зависит от величины
светового потока.

Фоторезисторы
могут работать и на переменном токе.
Фоторезисторы являются самыми простыми
и дешевыми фотоэлектрическими приборами.

Фотодиод —
это полупроводниковый фотоэлектрический
прибор, основанный на внутреннем
фотоэффекте, содержащий один p-n переход
и имеющий два вывода.

Фотодиоды
могут работать в двух режимах: без
внешнего источника электроэнергии
(режим
фотогенератора)
и с внешним источником (режим
фотопреобразователя).
На рис. 2, а, б показаны
схемы включения.

Излучающий диод (слева)
должен быть включен
в прямом направлении, а фотодиод — в прямом
(режим фотогенератора)
или в обратном направлении
(режим фотопреобразователя).

ВАХ
фотодиода в темноте не отличаются от
ВАХ p-n перехода
(рис. 2 г),
а при освещении опускается вниз. Режиму
фотопреобразователя соответствуют
участки в третьем квадранте, а режиму
фотогенератора — в четвертом.

Фотодиоды
имеют большее быстродействие, чем
фоторезисторы (работоспособны при
частоте 1 гГц и выше), но менее чувствительны.

С
целью повышения чувствительности
вместо фотодиодов применяют
фототранзисторы.

Фототранзистор —
фотоэлектронный прибор, имеющий
трехслойную структуру, как обычный
транзистор, в котором ток зависит от
освещения базы. Схема включения Рис.
3. Схема включения фототранзистора
показана на рис. 3. Они имеют линейную
световую характеристику, а выходные
ВАХ аналогичны ВАХ обычного транзистора,
включенного по схеме с общим эмиттером,
но в качестве параметра вместо тока
базы выступает световой поток.
Чувствительность фототранзисторов
достигает 1 А/лм. Параметры фототранзисторов
существенно зависят от температуры.

Волоконно-оптические
датчики (так же часто именующиеся
оптические волоконные датчики) это
оптоволоконные устройства для
детектирования некоторых величин,
обычно температуры или механического
напряжения, но иногда так же смещения,
вибраций, давления, ускорения, вращения
(измеряется с помощью оптических
гироскопов на основе эффекте Саньяка),
и концентрации химических веществ.
Общий принцип таких устройств в том,
что свет от лазера (чаще всего одномодового
волоконного лазера) или суперлюминесцентного
оптического источника передается через
оптическое волокно, испытывая слабое
изменение своих параметров в волокне
или в одной или нескольких брэгговских
решетках, и затем достигает схемы
детектирования, которая оценивает эти
изменения.

волокно-оптические
датчики обладают следующими преимуществами:

·       Они
состоят из электрически непроводящих
материалов (не требуют электрических
кабелей), что позволяет использовать
их, например, в местах с высоким
напряжением.

·       Их
можно безопасно использовать во
взрывоопасной среде, потому, что нет
риска возникновения электрической
искры, даже в случае поломки.

·       Они
не подвержены электромагнитным помехам
(EMI), даже вблизи разряда молнии, и сами
по себе не электризуют другие устройства.

·       Их
материалы могут быть химически инертны,
то есть не загрязняют окружающую среду,
и не подвержены коррозии.

·       Они
имеют очень широкий диапазон рабочих
температур (гораздо больше, чем у
электронных устройств).

·       Они
имеют возможность мультиплексирования;
несколько датчиков в одиночной волоконной
линии может быть интегрировано с одним
оптическим источником (см. ниже).

работа
в жестких условиях, таких как зондирование
в устройствах с высоким напряжением,
или в СВЧ печах. Сенсоры на основе
брэгговских решеток могут также быть
использованы, например, для мониторинга
условий, внутри крыльев самолетов, в
ветровых турбинах, мостах, больших
плотинах, нефтяных скважинах, и
трубопроводах.

Основная разница между фотодиодом и фототранзистором

Фотодиод и фототранзистор часто путают друг с другом из-за сходного действия. Оба являются полупроводниковыми компонентами, используемыми для измерения интенсивности света и преобразования его в электрический сигнал, но они совершенно разные.

Прежде чем перейти к списку различий между фотодиодом и фототранзистором, давайте сначала обсудим их основы.

• Связанный пост: Разница между светодиодом и фотодиодом?

Содержание

Что такое фотодиод?

Фотодиод — это светочувствительный диод, преобразующий световую энергию в электрическую. Изготавливается из кремния или германия. Это устройство с одним PN-переходом, работающее по принципу фотоэлектрического эффекта.

Фотодиод имеет такую ​​же конструкцию, как и обычный диод с PN-переходом, за исключением того, что переход подвергается воздействию света. Линза используется для фокусировки света на стыке. Когда свет попадает на переход, он создает электронно-дырочную пару, которая течет в противоположном направлении к аноду и катоду. В результате через подключенную цепь протекает ток, называемый фототоком.

Фотодиод предназначен для работы при обратном смещении.

Характеристики фотодиода

• Это светочувствительный диод с PN-переходом.
• Преобразует световую энергию в электрическую.
• Имеет две клеммы; анод и катод.
• Он имеет структуру, аналогичную обычному диоду с PN-переходом, за исключением светочувствительного открытого перехода.
• Может использоваться как при прямом, так и при обратном смещении.
• Он производит как напряжение, так и ток.
• В основном используется в солнечных элементах для питания электрооборудования от солнечной энергии.

Похожие сообщения:

• Фотодиод – символ, типы, конструкция, работа и применение
• Светодиод – светоизлучающий диод: конструкция, работа, типы и применение

Что такое фототранзистор?

Фототранзистор — это светочувствительный транзистор, который используется для усиления фотоэлектрического тока, генерируемого при преобразовании световой энергии. Это двух- или трехконтактное устройство в зависимости от конструкции. Это может быть либо BJT (биполярный переходной транзистор), либо FET (полевой транзистор), состоящий из трех слоев.

 

Имеет три области; эмиттер, коллектор и базовая область. Область коллектора имеет большую площадь по сравнению с обычным BJT. Базовая область подвергается воздействию света. Свет попадает в базовую область через линзу, которая также фокусирует свет. Частицы фотонов попадают на переход и освобождают электронно-дырочную пару из-за фотоэлектрического эффекта. Пара электрон-дырка генерирует базовый ток, который усиливается транзистором.

Выходной ток или ток коллектора зависит от тока базы, величина которого зависит от интенсивности света. Следовательно, ток коллектора прямо пропорционален интенсивности света, попадающего на транзистор.

Имеет два PN-перехода, похожих на BJT-транзистор.

Особенности фототранзистора

• Это светочувствительный транзистор, который усиливает ток, генерируемый световой энергией.
• Преобразует световую энергию в электрическую, а также усиливает ее.
• Имеет две или три клеммы в зависимости от конструкции.
• Он имеет структуру, аналогичную транзистору, за исключением того, что у него есть светочувствительная базовая область.
• Подключается только в прямом направлении.
• Он имеет усиление по току, которое усиливает ток, генерируемый светом.
• Благодаря коэффициенту усиления имеет очень высокую чувствительность
• Для работы требуется источник питания.
• В основном используется для обнаружения или определения интенсивности света.

Основные различия между фотодиодом и фототранзистором

Фотодиод	Фототранзистор
Фотодиод представляет собой полупроводниковый компонент, преобразующий световую энергию в электрическую.	Фототранзистор представляет собой полупроводниковый компонент, который усиливает ток, генерируемый световой энергией.
В основном это светочувствительный диод с PN-переходом с открытым или открытым переходом для света.	По сути, это светочувствительный биполярный транзистор с открытой базой.
Изготовлен из двух слоев полупроводникового материала	Изготовлен из 3 слоев полупроводникового материала
Состоит из одинарного соединения PN.	Он имеет два соединения PN для формирования структуры NPN или PNP.
Имеет только две клеммы, т.е. анод и катод.	Имеет две или три клеммы в зависимости от конструкции.
Может быть настроен на прямое и обратное смещение.	Используется при прямом смещении.
Он только преобразует световую энергию в электрический ток.	Также усиливает ток с помощью внешнего источника.
Обладает меньшей чувствительностью по сравнению с фототранзистором.	Благодаря коэффициенту усиления он более чувствителен.
Быстрое время отклика.	Относительно медленное время отклика.
Для работы не требуется источник питания.	Для работы требуется источник питания с правильным смещением.
Генерирует ток и напряжение.	Генерирует только ток.
Это дешево.	Дороже фотодиода.
Фотодиод используется для преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных элементов.	Фототранзисторы используются для восприятия света в датчиках света.

Сравнение

между фотодиодом и фототранзистором

Определение

• Фотодиод — это полупроводниковый компонент, преобразующий световую энергию в электрическую.
• Фототранзистор представляет собой полупроводниковый компонент, который усиливает ток, генерируемый световой энергией.

Назначение

• Фотодиод используется для преобразования света или солнечной энергии в электрическую.
• Фототранзистор используется для восприятия света.

Структура

• Фотодиод состоит из 2 слоев полупроводника, образующих структуру PN.

Фототранзистор

• состоит из 3 чередующихся слоев полупроводника, образующих структуру NPN или PNP.

Клеммы

• Фотодиод имеет только две клеммы анод и катод.
• Фототранзистор имеет три вывода; эмиттер, база и коллектор.

Смещение

• Фотодиод может быть подключен как с прямым, так и с обратным смещением.
• Фототранзистор подключается только при прямом смещении.

Выход

• Выход фотодиода как по току, так и по напряжению
• Выход фототранзистора только ток.

Чувствительность

• Фотодиоды менее чувствительны по сравнению с фототранзисторами.

Фототранзистор

• гораздо более чувствителен из-за коэффициента усиления.

Время отклика

• Фотодиод имеет очень быстрое время отклика.
• Фототранзистор имеет относительно более медленное время отклика.

Стоимость

• Фотодиод дешевый. Для работы не требуется дополнительный источник питания. Вместо этого он действует как источник энергии.
• Фототранзистор стоит дорого. Также требуется дополнительный источник питания с правильным смещением для обнаружения света.

Применение

• Фотодиод в основном используется для преобразования солнечной энергии в электрическую, но также используется для восприятия света в таких приложениях, как оптоволоконная связь, счетчик объектов и т. д.
• Фототранзисторы в основном используются для обнаружения света и находят применение в принтерах, компакт-дисках, пультах дистанционного управления, реле и т. д.

Похожие сообщения:

• Разница между термистором и термопарой
• Разница между датчиком и приводом
• Разница между датчиком и преобразователем
• Разница между Clipper и Clipper Circuit
• Разница между транзистором и тиристором (SCR)?
• Разница между активными и пассивными компонентами
• Разница между JFET и MOSFET
• Основное различие между Clipper и Clipper Circuit
• Разница между D-MOSFET и E-MOSFET
• Разница между BJT и FET транзисторами
• Разница между RTD и термопарой

URL скопирован

Показать полную статью

Связанные статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

Фототранзистор или фотодиод: какой детектор лучше?

Фототранзистор или фотодиод: какой детектор лучше?

Автор ZM Peterson • 21 января 2020 г.

Вашей следующей оптической системе для прецизионных измерений интенсивности потребуется детектор определенного типа. Фотодиоды и фототранзисторы являются обычным выбором для этих приложений, хотя они обеспечивают разные типы реакции на падающий свет.

Если вам необходимо провести измерения интенсивности, фототранзистор или фотодиод — отличный выбор в качестве оптического детектора. Выбор между фототранзистором и фотодиодом зависит от конкретного приложения, но в некоторых отношениях они взаимозаменяемы. Вот что вам нужно знать о выборе фотодиода или фототранзистора в качестве детектора для вашего следующего оптического продукта.

Работа фототранзистора и фотодиода

Все фототранзисторы и фотодиоды выполняют одну и ту же функцию: они принимают входящий свет и преобразуют его в электричество. Это происходит за счет того же явления, что и в фотоэлектрических элементах: входящие фотоны возбуждают носители заряда до более высокого уровня энергии, и носители заряда могут быть извлечены в компонент/цепь нагрузки. Фототранзисторы и фотодиоды являются аналогами обычных транзисторов и диодов.

Конструкции этих устройств аналогичны их электрическим аналогам с точки зрения легирования. Фотодиоды имеют структуру, аналогичную обычному диоду, где в устройстве используется p-n, p-i-n или аналогичный профиль легирования. Фототранзистор обычно изготавливается как биполярный транзистор NPN или PNP или как полевой транзистор. Встроенное в материал напряжение используется для извлечения носителей заряда, как в обычном диоде или транзисторе.

Материалы для фототранзисторов и фотодиодов

Оба элемента схемы предназначены для работы в диапазоне длин волн, и этот диапазон возможных рабочих длин волн может быть довольно широким для обычных полупроводниковых материалов. Фототранзисторный или фотодиодный датчик будет иметь спектр чувствительности, который зависит от спектра поглощения материалов, используемых для изготовления устройства. Спектр поглощения этих материалов обычно модифицируют с помощью стандартных процессов легирования. Некоторые распространенные материалы и их полезные длины волн:

• Материалы группы IV (Si и Ge): Si обычно используется для ближнего ИК (ММП длины волны) и видимого света. Si имеет непрямую ширину запрещенной зоны 1,1 эВ, поэтому край поглощения составляет ~ 1100 нм. Пересыщенное легирование может быть одним из методов увеличения поглощения кремниевых фотодиодов до длин волн SMF. Ge дороже, чем Si, но он чувствителен до 1600 нм благодаря более узкой прямой запрещенной зоне. Ge-устройства имеют более низкое сопротивление шунта, чем другие материалы фотодиодов/фототранзисторов, что приводит к большему тепловому шуму в выходном токе. Следовательно, использование с длинами волн SMF менее желательно.
• Материалы III-V (InGaAs, GaAs, GaAlAs и InAs): InGaAs — это распространенный материал для фототранзисторов и фотодиодов, чувствительный до ~2600 нм. Чувствительность и низкая емкость перехода (<1 нФ) делают фотодиоды InGaAs стандартным выбором для детекторов с высокой скоростью передачи данных в оптоволоконных линиях SMF (1310 и 1550 нм). Нестехиометрический In(1-x)GaxAs обычно используется для настраиваемого фотонного отклика, когда увеличение содержания Ga в тройном сплаве увеличивает ширину запрещенной зоны. Поглощение в GaAlAs также варьируется от 1,42 эВ (GaAs) до 2,16 эВ (AlAs) в зависимости от стехиометрии. Наконец, InAs следует использовать, когда вашей системе требуется чувствительность к глубоким длинам волн ИК-диапазона (~ 3800 нм).
• Материалы II-VI: Этот класс материалов включает кандидатов для будущих электронно-фотонных интегральных схем (EPIC), и исследования в этой области очень активны, и еще неизвестно, станут ли материалы II-VI широко коммерциализированы и используется в серийно выпускаемых схемах EPIC.

Схема фототранзистора и фотодиода

Эти два элемента схемы по-разному вводятся в реальную схему. Их также можно интегрировать в матричные детекторы (например, КМОП-детекторы или ПЗС-матрицы), где необходимые элементы схемы реализованы на кристалле. Если вы работаете с настраиваемой системой, в которой используются дискретные компоненты, вам потребуется использовать определенные схемы для работы с каждым типом детектора.

Схемы фототранзисторов

Фототранзистор может быть подключен к общему коллектору, общему эмиттеру или другой стандартной конфигурации транзистора для отбора тока. Когда на устройство не падает свет, они работают так же, как и любой другой транзистор (как устройство с 3 выводами). Как только свет падает на устройство, он поглощается основанием. Это эквивалентно увеличению базового тока в устройстве. Из-за этого фототранзистор может работать как 2-выводное устройство (т. Е. С плавающим соединением базы). При работе в качестве устройства с 3 выводами выходной ток можно модулировать, регулируя базовое напряжение (для устройств NPN или PNP) или напряжение затвора (для устройств с полевыми транзисторами).

Схемы фототранзисторов NPN

При работе в качестве устройства с 3 выводами выходной ток, наблюдаемый на нагрузке, можно модулировать, регулируя входной базовый ток. Это означает, что устройство действует как переключатель со встроенным порогом. Когда падающий свет достаточно интенсивен, а ток, посылаемый от источника к базе, достаточно велик, напряжение база-эмиттер изменяется, и ток может легко проходить через устройство. Однако это можно подавить, снизив общий ток базы, что требует регулировки внешнего смещения на базе. Такое поведение при переключении делает фототранзисторы полезными в ряде приложений, требующих измерения состояния ВКЛ или ВЫКЛ, а не конкретного измерения интенсивности.

Схемы фотодиодов

Фотодиод в реальной схеме может работать в фотогальваническом режиме (при работе с прямым смещением) или в режиме фотодиода (при работе с обратным смещением). Фотодиоды работают с обратным смещением, поскольку это обеспечивает линейную характеристику, а диапазон чувствительности может быть довольно большим. Выходной ток может быть направлен непосредственно на нагрузку или на схему усилителя. Если вы хотите преобразовать вход обратно в поток прямоугольных импульсов, просто отправьте выход усилителя на компаратор.

Лавинные фотодиоды также доступны и всегда предназначены для работы со смещением, очень близким к обратному напряжению пробоя. Как только свет падает на устройство, количество фотогенерируемых носителей умножается на внешнее смещение, поскольку напряжение устройства выходит за пределы напряжения пробоя. Это дает усиление во время освещения. Эти фотодиоды предназначены для работы при пробое и полезны для обнаружения слабых оптических сигналов.

Фотодиод вместе с усилителем и аналого-цифровым преобразователем (АЦП) также может использоваться для приема цифровых данных, закодированных в амплитудно-модулированных или ШИМ оптических импульсах. В случае ШИМ вам нужно будет учитывать пропускную способность вашего фотодиода и усилителя, поскольку это ограничивает максимальную скорость передачи данных. Фотодиоды имеют время отклика, которое связано с их конечной емкостью. Максимальная частота отклика обычно принимается как частота излома для цифрового импульса с определенным временем нарастания, которое равно 0,35/(время отклика).

Фотодиодная схема с операционным усилителем.

Моделирование и построение линии нагрузки

В обоих типах устройств вы можете моделировать входной свет в устройство, просто добавляя источник тока к базовой клемме (в фототранзисторе) или к верхней стороне устройства (для фотодиод). Это позволяет легко использовать эти устройства в моделировании цепей и исследовать их вместе с другими компонентами. Вы также должны имитировать согласование импедансов в своих схемах, особенно при работе с быстрыми импульсами данных.

Важным моментом при проектировании схемы фототранзистора или фотодиода является определение линии нагрузки. Это говорит вам о диапазоне интенсивностей входного света, который будет давать линейный выходной сигнал. Точно так же он расскажет вам, как изменяется линейный диапазон в зависимости от импеданса нагрузки. Для фототранзистора линия нагрузки будет выглядеть так же, как и для обычного транзистора. Для фотодиода линия нагрузки сильно отличается и выглядит как линия нагрузки, которую рисуют для солнечного элемента.

 

Линии нагрузки для фотодиода (слева) и фототранзистора (справа).

 

Эти графики могут быть получены путем моделирования или измерены для различных импедансов нагрузки и значений смещения. Если вы хотите, чтобы ваш фототранзистор работал как оптический переключатель, его нужно запустить в области насыщения. Это приведет к насыщению выходного тока при попадании света на устройство. Напротив, фотодиод не насыщается, хотя он будет демонстрировать нелинейный отклик, когда интенсивность падающего света станет достаточно высокой.

 

Если вам нужна фирма, предоставляющая услуги по проектированию печатных плат с большим опытом проектирования оптических систем, не ищите ничего, кроме NWES. Мы поможем вам выбрать фототранзистор или фотодиод для вашей оптической системы и спроектируем электронику, необходимую для ее поддержки. От LIDAR до чувствительных спектральных измерений, у нас есть большой опыт в ряде областей применения.