Fototransistor

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 8. juni 2021; checks kræver 4 redigeringer .

En fototransistor  er en optoelektronisk halvlederenhed , en variant af en bipolær transistor . Den adskiller sig fra en konventionel bipolær transistor ved, at enhedens halvlederbasislag er tilgængelig for ekstern optisk bestråling, på grund af hvilken strømmen gennem enheden afhænger af intensiteten af ​​denne bestråling.

Den adskiller sig fra en fotodiode ved, at den har en intern forstærkning af fotostrømmen og derfor større følsomhed over for optisk stråling.

En fototransistor kan have en halvlederstruktur af både npn- og pnp-transistorer.

De fleste industrielle typer fototransistorer har ikke en elektrisk baseterminal, men nogle modeller har en sådan terminal og tjener normalt til at flytte enhedens indledende driftspunkt ved at påføre noget strøm til basen.

Historie

Fototransistoren blev opfundet af John Northrup Shive i 1948, mens han var på Bell Laboratories [1] , men opfindelsen blev først annonceret i 1950 [2] Samtidig blev fototransistorer først brugt i en hulkortlæser i automatisk telefoncentral.

Sådan fungerer en fototransistor

En bipolær fototransistor er en halvlederenhed med to pn-forbindelser og tre lag af en vekslende halvledertype - en analog til en konventionel bipolær transistor med basisstrømstyring. Men i en fototransistor er basisstrømmen fotostrømmen. Når basislaget af fototransistoren er belyst, genereres elektron-hul-par i dens base på grund af den interne fotoelektriske effekt , der genererer en fotostrøm. Denne proces reducerer potentialbarrieren fra kontaktpotentialforskellen i emitter-base-forbindelsen, hvilket øger diffusionen af ​​minoritetsbærere (for basen) fra emitteren til basen, det vil sige, vi kan antage, at fotostrømmen i denne enhed er basisstrømmen af ​​en konventionel transistor. Vi kan sige, at fototransistoren ligner en konventionel bipolær transistor, mellem kollektorens terminaler og basen af ​​hvilken en omvendt forspændt fotodiode er forbundet.

Som du ved, har transistoren evnen til at forstærke basisstrømmen , forstærkningsfaktoren, derfor er kollektorstrømmen og emitterstrømmen, der er lig med den , gange større end den oprindelige fotostrøm. Således er fotofølsomheden af ​​en fototransistor mere end lysfølsomheden af ​​en fotodiode med et lige stort areal af den fotomodtagende overflade med flere tiere og op til flere hundrede gange.

Grundlæggende parametre for en fototransistor

Følsomhed

Strømfølsomheden af ​​lysstrømmen af ​​en fototransistor bestemmes af forholdet mellem strømmen gennem enheden og lysstrømmen, der forårsagede denne strøm

Den nuværende følsomhed af moderne fototransistorer når flere hundrede mA / lm .

Mørk strøm

Selv i mangel af belysning flyder en eller anden strøm, kaldet mørk strøm , gennem armaturet . Denne strøm forstyrrer registreringen af ​​svage lysstrømme, da den "masker" det nyttige signal, og i fremstillingen af ​​fototransistorer søges det reduceret med forskellige teknologiske metoder. Derudover afhænger størrelsen af ​​den mørke strøm væsentligt af halvlederstrukturens temperatur og stiger med dens stigning på omtrent samme måde som den omvendte strøm af pn-forbindelsen i enhver halvlederanordning. Derfor, for at reducere den mørke strøm, anvendes tvungen køling af enheden nogle gange.

Alt andet lige afhænger størrelsen af ​​den mørke strøm stærkt af halvlederens båndgab og falder, når den øges. Derfor er de karakteristiske værdier af den mørke strøm ved stuetemperatur for germanium fototransistorer i størrelsesordenen nogle få μA, for silicium fototransistorer,  fraktioner af en μA, og for galliumarsenid  , tiere af pA.

Spektral følsomhed

Følsomheden af ​​en fototransistor afhænger af bølgelængden af ​​den indfaldende stråling. For eksempel, for siliciumenheder, er den maksimale følsomhed i området 850-930 nm - røde og nær infrarøde områder. For nær ultraviolet stråling (~400 nm), falder følsomheden med en faktor på ~10 fra maksimum. Også følsomheden falder med stigende bølgelængde, og for bølgelængder over ~1150 nm falder kanten af ​​det optiske siliciumabsorptionsbånd til nul.

Ydeevne

Fototransistorer er relativt langsomme sammenlignet med fotodioder . Dette skyldes den endelige tid for resorption af mindre bærere i basen med et fald i belysning. Derudover, hvis spændingen mellem solfangeren og emitteren ændres med en ændring i belysningen, som forekommer i nogle elektriske koblingskredsløb i enheden, reduceres Miller-effekten yderligere på grund af solfangerens kapacitans - bunden af ​​pn-forbindelsen. farten. I praksis er fototransistors driftsfrekvensområde begrænset til flere hundrede kilohertz - enheder af megahertz og afhænger af omskifterkredsløbet.

Inkludering af fototransistorer i elektriske kredsløb

Den klassiske tænding af enheden er med en kollektorforbindelse forskudt i den modsatte retning, det vil sige, for en enhed med en npn-struktur påføres en positiv spænding i forhold til emitteren til solfangeren og omvendt for pnp-strukturen.

For enheder, der har en tredje elektrisk udgang af basen, er det muligt at tænde i henhold til et hvilket som helst af omskiftningsskemaerne for en konventionel bipolær transistor - med en fælles emitter , base eller kollektor . I dette tilfælde indstiller den eksterne basisstrøm positionen for det "mørke driftspunkt" på strøm-spændingskarakteristikken .

Nogle gange tændes fototransistorer med tre terminaler for at øge hastigheden som en almindelig fotodiode, mens de taber i følsomhed, men tager til i hastighed.

Fordele og ulemper ved fototransistorer

Den største fordel ved fototransistorer i forhold til fotodioder er deres høje følsomhed over for stråling.

Ulemper - lav hastighed, så disse enheder er ikke egnede til brug som strålingsmodtagere i højhastigheds fiberoptiske kommunikationslinjer . Desuden er ulempen ved fototransistorer en relativt stor mørk strøm.

Skrogkonstruktion

Enheder designet til at modtage ekstern stråling er indesluttet i en plastik-, metal-glas- eller metal-keramikkasse med et gennemsigtigt vindue eller linse lavet af plast eller glas. Undtagelsen er fototransistorer, som er en del af optokoblere , lukket sammen med en strålingskilde i et uigennemsigtigt hus.

Enheder designet i glas-til-metal og metal-keramiske kasser har normalt en ekstra elektrisk udgang fra basen.

Ansøgning

Da fototransistorer er mere følsomme end fotodioder, bruges de bekvemt som strålingsmodtagere i forskellige sikkerhedsautomatiseringssystemer, tyverialarmsystemer , hulkort- og hulbåndslæsere , positions- og afstandssensorer og andre applikationer, hvor hastigheden ikke er kritisk.

Ofte bruges fototransistorer i optokoblere som strålingsmodtagere i optokoblere .

Se også

Noter

  1. ↑ Michael Riordan, Lillian Hoddeson Crystal Fire: The Invention of the Transistor and the Birth of the Information Age / ISBN 978-0-393-31851-7
  2. ↑ Fototransistor . Hentet 11. maj 2017. Arkiveret fra originalen 4. juli 2015.