Лекция 23. Назначение, устройство, принцип

РАБОТЫ ФОТОТРАНЗИСТОРОВ

1. Биполярный фототранзистор, его характеристики.

Фототранзистор – это транзистор, реагирующий на облучение световым потоком и способный одновременно усиливать фототок.

Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, но в корпусе его сделано прозрачное «окно», через которое световой поток может воздействовать на область базы. Схема включения биполярного фототранзистора типа p – n – p со «свободной», т.е. никуда не включённой, базой, приведена на рис. 8.1.

Как обычно, на эмиттерном переходе прямое напряжение, а на коллекторном переходе – обратное напряжение.

Рис. 8.1. Схема включения фототранзистора со «свободной» базой.

Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей – 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 увеличи-вают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию дырок в этом переходе. За счёт этого дополнительно увели-чивается ток коллектора. В транзисторе типа n – p – n всё происходит аналогично.

Интегральная чувствительность у биполярных фототранзисторов в десятки раз больше, чем у фотодиодов, и может достигать сотен mA на Люмен. Биполярный фототранзистор со «свободной» базой имеет низкую температурную стабильность. Для устранения этого недостатка применяют схемы стабилизации. При этом должен быть использован вывод базы. На этот вывод можно также подавать постоянное напряже-ние смещения или электрические сигналы и осуществлять совместное действие этих сигналов и световых.

Выходные характеристики биполярного фототранзистора показаны на рис. 8.2. Они аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора включённого по схеме с ОЭ, но различные кривые соответствуют различным значениям светового потока, а не тока базы. Характеристики показывают, что при повышенном напряжении возни-кает электрический пробой.

Параметры биполярного фототранзистора:

- интегральная чувствительность – сотни миллиампер на люмен.

- рабочее напряжение – 10 -15 вольт.

- темновой ток – десятки mA.

- максимально допустимая мощность рассеивания – десятки мВт.

- граничная частота – от нескольких кГц до нескольких МГц.

Недостаток биполярных фототранзистор – высокий уровень собствен-ных шумов.

Рис. 8.2. Выходные характеристики биполярного фототранзистора.

На рис. 8.3 приведено графическое изображение одного из вариантов биполярного фототранзистора.

Рис. 8.3. Графическое изображение биполярного фототранзистора p – n – p типа.

2. Полевой фототранзистор, принцип работы.

На рис. 8.4 показан полевой фототранзистор с инверсным каналом n типа. При облучении n канала в нём и в прилегающей к нему p области (область 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, сопротивление его уменьшается и растёт концентрация дырок в p области. Ток канала (ток стока) растёт. Кроме того, возникает фототок в цепи затвора. Этот ток создаёт падение напряжения на сопротивлении , за счёт 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.