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.

Устройство

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:

Фототранзистор — Википедия

Фототранзистор Схематическое изображение фототранзистора на электрических схемах

Фототранзи́стор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от обычного биполярного транзистора тем, что полупроводниковый базовый слой прибора доступен для воздействия внешнего оптического облучения, за счёт этого ток через прибор зависит от интенсивности этого облучения.

Отличается от фотодиода тем, что обладает внутренним усилением фототока и поэтому большей чувствительностью к потокам оптического излучения.

Фототранзистор может иметь полупроводниковую структуру как n-p-n, так и p-n-p транзистора.

Большинство промышленных типов фототранзисторов не имеют электрического вывода базы, но в некоторых моделях такой вывод имеется и обычно служит для смещения начальной рабочей точки прибора посредством подачи в базу некоторого тока.

История

Фототранзистор изобрёл Джон Нортроп Шив (John Northrup Shive) в 1948 г., во время его работы в

Bell Laboratories^[1], но об этом изобретении было заявлено только в 1950 г.^[2] Тогда же фототранзисторы были впервые применены в считывателе перфокарт в автоматической телефонной станции.

Принцип работы фототранзистора

Биполярный фототранзистор — полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами и тремя слоями полупроводника чередующегося типа проводимости — аналог обычного биполярного транзистора с управлением базовым током. Но в фототранзисторе базовым током является фототок. При освещении базового слоя фототранзистора в его базе за счет внутреннего фотоэффекта генерируются электронно-дырочные пары, порождая фототок. Этот процесс снижает потенциальный барьер от контактной разности потенциалов в эмиттерно-базовом переходе, что увеличивает диффузию неосновных носителей (для базы) из эмиттера в базу, то есть можно считать, что в этом приборе фототок является базовым током обычного транзистора. Можно сказать, что фототранзистор подобен обычному биполярному транзистору, между выводами коллектора и базы которого включен обратносмещенный фотодиод.

Как известно, транзистор обладает способностью усиливать базовый ток IB{\displaystyle I_{B}}, коэффициент усиления β=IC/IB>>1{\displaystyle \beta =I_{C}/I_{B}>>1}, поэтому ток коллектора IC{\displaystyle I_{C}} и равный ему ток эмиттера IE{\displaystyle I_{E}} в β{\displaystyle \beta } раз больше исходного фототока. Таким образом, светочувствительность фототранзистора больше светочувствительности фотодиода с равной площадью фотоприемной поверхности в несколько десятков и до нескольких сотен раз.

Основные параметры фототранзистора

Чувствительность

Токовая чувствительность Si,Φ{\displaystyle S_{i,{\Phi }}} по световому потоку фототранзистора определяется отношением тока через прибор IΦ{\displaystyle I_{\Phi }} к вызвавшему этот ток световому потоку Φ{\displaystyle \Phi }:

Si,Φ=IΦΦ{\displaystyle S_{i,{\Phi }}={\frac {I_{\Phi }}{\Phi }}}

Токовая чувствительность современных фототранзисторов достигает нескольких сотен мА/лм.

Темновой ток

Даже в отсутствие освещения, через прибор протекает некоторый ток, называемый темновым током. Этот ток вреден для регистрации слабых световых потоков, так как «маскирует» полезный сигнал и при изготовлении фототранзисторов его стремятся уменьшить разными технологическими приемами. Кроме того, величина темнового тока существенно зависит от температуры полупроводниковой структуры и нарастает при её повышении приблизительно так же, как и обратный ток p-n перехода в любом полупроводниковом приборе. Поэтому для снижения темнового тока иногда применяют принудительное охлаждение прибора.

При прочих равных, величина темнового тока сильно зависит от ширины запрещённой зоны полупроводника и снижается при её увеличении. Поэтому характерные значения темнового тока при комнатной температуре германиевых фототранзисторов порядка единиц мкА, кремниевых — долей мкА, арсенидо-галлиевых — десятков пкА.

Спектральная чувствительность

Типовая спектральная чувствительность кремниевого фототранзистора

Чувствительность фототранзистора зависит от длины волны падающего излучения. Например, для кремниевых приборов максимум чувствительности находится в диапазоне 850—930 нм — красный и ближний инфракрасный диапазоны. Для ближнего ультрафиолетового излучения (~400 нм) чувствительность снижается в ~10 раз от максимальной. Также чувствительность снижается при увеличении длины волны и для длин волн свыше ~1150 нм — край оптической полосы поглощения кремния, снижается до нуля.

Быстродействие

Фототранзисторы по сравнению с фотодиодами имеют относительно низкое быстродействие. Это обусловлено конечным временем рассасывания неосновных носителей в базе при снижении освещённости. Кроме того, если напряжение между коллектором и эмиттером изменяется при изменении освещенности, что имеет место в некоторых схемах электрического включения прибора, дополнительно снижает быстродействие эффект Миллера, обусловленный емкостью коллекторно-базового p-n перехода. Практически диапазон рабочих частот фототранзисторов ограничен, в зависимости от схемы включения, несколькими сотнями кГц — единицами МГц.

Включение фототранзисторов в электрические цепи

Классическое включение прибора — с обратносмещенным коллекторным переходом, то есть для прибора со структурой n-p-n на коллектор подается положительное относительно эмиттера напряжение и наоборот для структуры p-n-p.

Для приборов, имеющих третий электрический вывод базы, возможно включение по любой из схем включения обычного биполярного транзистора — с общим эмиттером, базой или коллектором. При этом ток базы задает положение «темновой рабочей точки» на вольт-амперной характеристике.

Иногда трёхвыводные фототранзисторы для увеличения быстродействия включают как обычный фотодиод, проигрывая при этом в чувствительности.

Преимущества и недостатки фототранзисторов

Основное преимущество фототранзисторов по сравнению с фотодиодами — высокая чувствительность к потоку излучения.

Недостатки — низкое быстродействие, поэтому эти приборы непригодны для применения в качестве приемников излучения в высокоскоростных оптоволоконных линиях связи. Также недостаток фототранзисторов — относительно большой темновой ток.

Конструкция корпусов

Приборы, предназначенные для приема внешнего излучения заключают в пластмассовый, металлостеклянный или металлокерамический корпус с прозрачным окошком или линзой, изготовленных из пластмассы или стекла. Исключение составляют фототранзисторы, входящие в состав оптронов, заключенные совместно с источником излучения в непрозрачный корпус.

Приборы, оформленные в металлостеклянных и металлокерамических корпусах, обычно имеют электрический вывод базы.

Применение

Так как фототранзисторы более чувствительны чем фотодиоды их удобно применять в качестве приемников излучения в различных системах автоматики безопасности, системах охранной сигнализации, считывателях перфокарт и перфолент, датчиках положения и расстояния и др. применениях, где некритично быстродействие.

Часто фототранзисторы применяют в оптопарах в качестве приёмников излучения в оптронах.

См. также

Примечания

Характеристики фототранзистора.

Световая характеристика фототранзистора — это зависимость тока коллектора от светового потока Iк=(Ф). Она линейна только при малых потоках. С увеличением светового потока и ростом концентрации неравновесных носителей в базе повышается вероятность их

рекомбинации, снижаются коэффициенты переноса, и инжекции фототранзистора. Прямо пропорциональная зависимость коллекторного тока от светового потока нарушается.

Б

Рис. 3

ольшинство параметров биполярного фототранзистора аналогично по физическому смыслу параметрам фотодиодов. Кроме того, фототранзистор характеризуется рабочим напряжением питания, емкостями переходовСк и Сэ, статическим коэффициентом усиления по току и другими параметрами обычного транзистора.

Вольт-амперные характеристики фототранзистора (Рис.3) напоминают выходные характеристики обычного транзистора в схеме ОЭ, но параметром здесь служит не ток I_К, а световой поток Ф.

Крутой начальный участок этих характеристик соответствует режиму насыщения: при малых Uкэ коллекторный переход, как и в биполярном транзисторе, за счет накопления дырок в коллекторе открывается. Наклон характеристик к оси абсцисс в их пологой части объясняется, так же как и для биполярного транзистора, эффектом модуляции ширины базы.

Ч

Рис. 4

астотные свойства фототранзисторов определяются в основном диффузионным движением носителей в базе прибора и процессами заряда емкостей переходов.

С увеличением частоты модуляции светового потока фототок уменьшается так же, как и в фотодиодах (Рис.4).

Одним из важнейших параметров фототранзистора служит коэффициент усиления по фототоку фототранзистора (Куф) — отношение фототока коллектора фототранзистора при отключенной базе к фототоку освещаемого р-n перехода, измеренному в диодном режиме:

Куф=1/(1-h

21Э), (3)

Токовая чувствительность фототранзистора — это отношение изменения электрического тока на выходе фототранзистора к изменению потока излучения при холостом ходе на входе и коротком замыкании на выходе по переменному току. Для схемы с общим эмиттером токовая чувствительность равна:

h_21Э=Iк/Фпри Iб=0 (4)

Эмиттерный переход биполярного фототранзистора включен в прямом направлении. Его удельная емкость около 10⁵ пФсм^-2. Постоянная времени заряда емкости эмиттерного перехода увеличивается с ослаблением интенсивности светового потока. При малых световых потоках она определяет в основном инерционность фототранзистора. При больших световых потоках на инерционность фототранзистора влияют время диффузии носителей в базе и емкость коллекторного перехода. Поэтому для фототранзистора выбирают материалы с высокой подвижностью носителей, используют структуру с внутренним электрическим полем в базе или с тонкой базой. Уменьшать емкость коллекторного перехода снижением концентрации примесей в области коллектора удается лишь до некоторого предела. Сокращать для этой цели площадь эквивалентного фотодиода нецелесообразно, так как при этом падает чувствительность фототранзистора.

Д

Рис. 5

ля 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. Разрешает противоречие между быстродействием и чувствительностью структура фотодиод — транзистор, эквивалентная схема которой показана на Рис.5. 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.

Фототранзистор — Википедия

Фототранзистор Схематическое изображение фототранзистора на электрических схемах

Фототранзи́стор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от обычного биполярного транзистора тем, что полупроводниковый базовый слой прибора доступен для воздействия внешнего оптического облучения, за счёт этого ток через прибор зависит от интенсивности этого облучения.

Отличается от фотодиода тем, что обладает внутренним усилением фототока и поэтому большей чувствительностью к потокам оптического излучения.

Фототранзистор может иметь полупроводниковую структуру как n-p-n, так и p-n-p транзистора.

Большинство промышленных типов фототранзисторов не имеют электрического вывода базы, но в некоторых моделях такой вывод имеется и обычно служит для смещения начальной рабочей точки прибора посредством подачи в базу некоторого тока.

История

Фототранзистор изобрёл Джон Нортроп Шив (John Northrup Shive) в 1948 г., во время его работы в Bell Laboratories^[1], но об этом изобретении было заявлено только в 1950 г.^[2] Тогда же фототранзисторы были впервые применены в считывателе перфокарт в автоматической телефонной станции.

Видео по теме

Принцип работы фототранзистора

Биполярный фототранзистор — полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами и тремя слоями полупроводника чередующегося типа проводимости — аналог обычного биполярного транзистора с управлением базовым током. Но в фототранзисторе базовым током является фототок. При освещении базового слоя фототранзистора в его базе за счет внутреннего фотоэффекта генерируются электронно-дырочные пары, порождая фототок. Этот процесс снижает потенциальный барьер от контактной разности потенциалов в эмиттерно-базовом переходе, что увеличивает диффузию неосновных носителей (для базы) из эмиттера в базу, то есть можно считать, что в этом приборе фототок является базовым током обычного транзистора. Можно сказать, что фототранзистор подобен обычному биполярному транзистору, между выводами коллектора и базы которого включен обратносмещенный фотодиод.

Как известно, транзистор обладает способностью усиливать базовый ток IB{\displaystyle I_{B}}, коэффициент усиления β=IC/IB>>1{\displaystyle \beta =I_{C}/I_{B}>>1}, поэтому ток коллектора IC{\displaystyle I_{C}} и равный ему ток эмиттера IE{\displaystyle I_{E}} в β{\displaystyle \beta } раз больше исходного фототока. Таким образом, светочувствительность фототранзистора больше светочувствительности фотодиода с равной площадью фотоприемной поверхности в несколько десятков и до нескольких сотен раз.

Основные параметры фототранзистора

Чувствительность

Токовая чувствительность Si,Φ{\displaystyle S_{i,{\Phi }}} по световому потоку фототранзистора определяется отношением тока через прибор IΦ{\displaystyle I_{\Phi }} к вызвавшему этот ток световому потоку Φ{\displaystyle \Phi }:

Si,Φ=IΦΦ{\displaystyle S_{i,{\Phi }}={\frac {I_{\Phi }}{\Phi }}}

Токовая чувствительность современных фототранзисторов достигает нескольких сотен мА/лм.

Темновой ток

Даже в отсутствие освещения через прибор протекает некоторый ток, называемый темновым током. Этот ток вреден для регистрации слабых световых потоков, так как «маскирует» полезный сигнал и при изготовлении фототранзисторов его стремятся уменьшить разными технологическими приемами. Кроме того, величина темнового тока существенно зависит от температуры полупроводниковой структуры и нарастает при её повышении приблизительно так же, как и обратный ток p-n перехода в любом полупроводниковом приборе. Поэтому для снижения темнового тока иногда применяют принудительное охлаждение прибора.

При прочих равных, величина темнового тока сильно зависит от ширины запрещённой зоны полупроводника и снижается при её увеличении. Поэтому характерные значения темнового тока при комнатной температуре германиевых фототранзисторов порядка единиц мкА, кремниевых — долей мкА, арсенидо-галлиевых — десятков пкА.

Спектральная чувствительность

Типовая спектральная чувствительность кремниевого фототранзистора

Чувствительность фототранзистора зависит от длины волны падающего излучения. Например, для кремниевых приборов максимум чувствительности находится в диапазоне 850—930 нм — красный и ближний инфракрасный диапазоны. Для ближнего ультрафиолетового излучения (~400 нм) чувствительность снижается в ~10 раз от максимальной. Также чувствительность снижается при увеличении длины волны и для длин волн свыше ~1150 нм — край оптической полосы поглощения кремния, снижается до нуля.

Быстродействие

Фототранзисторы по сравнению с фотодиодами имеют относительно низкое быстродействие. Это обусловлено конечным временем рассасывания неосновных носителей в базе при снижении освещённости. Кроме того, если напряжение между коллектором и эмиттером изменяется при изменении освещенности, что имеет место в некоторых схемах электрического включения прибора, дополнительно снижает быстродействие эффект Миллера, обусловленный емкостью коллекторно-базового p-n перехода. Практически диапазон рабочих частот фототранзисторов ограничен, в зависимости от схемы включения, несколькими сотнями кГц — единицами МГц.

Включение фототранзисторов в электрические цепи

Классическое включение прибора — с обратносмещенным коллекторным переходом, то есть для прибора со структурой n-p-n на коллектор подается положительное относительно эмиттера напряжение и наоборот для структуры p-n-p.

Для приборов, имеющих третий электрический вывод базы, возможно включение по любой из схем включения обычного биполярного транзистора — с общим эмиттером, базой или коллектором. При этом ток базы задает положение «темновой рабочей точки» на вольт-амперной характеристике.

Иногда трёхвыводные фототранзисторы для увеличения быстродействия включают как обычный фотодиод, проигрывая при этом в чувствительности.

Преимущества и недостатки фототранзисторов

Основное преимущество фототранзисторов по сравнению с фотодиодами — высокая чувствительность к потоку излучения.

Недостатки — низкое быстродействие, поэтому эти приборы непригодны для применения в качестве приемников излучения в высокоскоростных оптоволоконных линиях связи. Также недостаток фототранзисторов — относительно большой темновой ток.

Конструкция корпусов

Приборы, предназначенные для приема внешнего излучения заключают в пластмассовый, металлостеклянный или металлокерамический корпус с прозрачным окошком или линзой, изготовленных из пластмассы или стекла. Исключение составляют фототранзисторы, входящие в состав оптронов, заключенные совместно с источником излучения в непрозрачный корпус.

Приборы, оформленные в металлостеклянных и металлокерамических корпусах, обычно имеют электрический вывод базы.

Применение

Так как фототранзисторы более чувствительны чем фотодиоды их удобно применять в качестве приемников излучения в различных системах автоматики безопасности, системах охранной сигнализации, считывателях перфокарт и перфолент, датчиках положения и расстояния и др. применениях, где некритично быстродействие.

Часто фототранзисторы применяют в оптопарах в качестве приёмников излучения в оптронах.

См. также

Примечания

принцип работы, где применяется и как выглядит

Фоторезисторы (фотоэлектрические приборы – это приборы, которые могут изменять свои технические характеристики под влиянием света. Нашли свое применение такие приборы во всей электрики и электронике. Их значение переоценить крайне сложно. Сам термин фоторезистор говорит за себя. Они изменяют сопротивление под влиянием светового потока. Такой резистор может иметь номинальное сопротивление 1-200 ОМ, но на свету, оно может уменьшиться в десятки и даже сотни раз.

Основное преимущество этих радиодеталей – зависимость сопротивления от степени освещения. Именно поэтому их можно использовать в различных датчиках или измерителях освещенности. Но есть и ряд недостатков – с ними не удобно работать по причине высокого сопротивления.

В данной статье будут рассмотрены все характеристики и особенности фоторезисторов, а также приведены все необходимые расчеты. В качестве бонуса, в статье содержится видеоролик и скачиваемый файл, где содержится интересная дополнительная информация.

Простые фоторезисторы.

Как работает фоторезистор

В полной темноте, сопротивление этих радио компонентов огромное, может доходить до десятков МОм, но как только элемент подвергается воздействию света, его сопротивление резко снижается до долей Ома.

Фоторезисторы (ФР) обладают высокой чувствительностью в достаточно широком диапазоне (от инфракрасного до рентгеновского спектра), которая и зависит от длины волны светового потока. Эти радио компоненты все еще применяются во многих электронных устройствах благодаря их высокой стабильности во времени, малым размерам и богатым номиналам сопротивлений.

Их обычно изготавливают в пластиковом корпус с прозрачным окном и двумя внешними выводами, полярность подсоединения разницы не играет. Фоторезистор – это датчик (преобразователь), электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от интенсивности поступающего на него светового потока. Чем он сильнее, тем больше генерируется свободных носителей зарядов (электронов) и тем ниже сопротивление фоторезистора.

Два внешних металлических вывода этого датчика идут через керамический материал основания к специальной светочувствительной пленке, которая по свойству материал и своей геометрии задает электрические свойства сопротивления фоторезистора. Так как фоточувствительное вещество по своей природе с достаточно большим внутренним сопротивлением, то между обоими выводами с тонкой дорожкой, при средней световой интенсивности, получается низкое общее сопротивление фоторезистора. По аналогии с человеческим глазом, фоторезистор чувствителен к определенному интервалу длины световой волны. При выборе датчика приходится обращать на это пристольное внимание, т.к иначе он может совсем не среагировать на источник света.

У фоторезисторов обязательным параметром задается и температурный диапазон. Если использовать преобразователь при отличающихся температурах, то нужно обязательно добавить уточняющие преобразования, т.к. свойство сопротивления этого фотоэлемента зависит от температуры. Для характеристики интенсивности света применяют специальную величину называемую освещенность (E). Она показывает количество светового потока, который достигнет определенной поверхности. Для измерения единицы в системе СИ применяется физическая люкс (лк), где один люкс означает, что на поверхность размером один метр в квадрате равномерно падает поток света освещенностью в один люмен (лм). В реальных условиях световой поток практически никогда не падает равномерно на поверхность, поэтому освещенность получается несколько большей в среднем значении.

Интересно почитать: принцип действия и основные характеристики варисторов.

По сути это обычный транзистор, но без крышки в буквальном смысле. Крышка, закрывающая кристалл прибора, конечно, есть, но она выполнена из прозрачного материала и видимый свет может попадать на кристалл. Подавая на базу некоторое напряжение, можно управлять сопротивлением перехода эмиттер-коллектор. Но оказывается, сопротивлением перехода можно управлять и обычным светом.

Фототранзистор – это обычный транзистор, который имеет еще одну, дополнительную «базу» – световую. Освещаем – открываем транзистор. В таком включении вывод базы фототранзистора можно вообще не использовать – его роль выполняет свет.

Виды и принцип работы, обозначение на схемах

В зависимости от материалов, используемых во время изготовления на производстве все, фоторезисторы можно условно разделить на две большие группы: с внутренним и внешним фотоэффектом.

В производстве элементов с внутренним фотоэффектом и применяют нелегированные материалы, например германий или кремний. Фотоны, попадающие на фоторезистор, заставляют электроны двигаться из валентной в зону проводимости.

Благодаря этому возникает огромное число свободных электронов, тем самым резко возрастает электропроводность и, поэтому, снижается сопротивление. Фоторезистор с внешним фотоэффектом изготавливают из материалов, с добавлением примесей легирующей добавки, которая создает новую энергетическую зону поверх имеющейся валентной, богатую электронами.

Кроме того, электронам новой зоны необходимо на порядок меньше энергии, чтобы перейти в зону проводимости благодаря более низкой энергетической щели. Поэтому фоторезисторы с внешним фотоэффектом гораздо более чувствительны к различным длинам светового спекира волн.

Фоторезистор на схемах обозначается также как и обычный резистор, но с добавление двух стрелочек, которые направлены к прямоугольнику. В качестве материалов для фоторезисторов широко используются сульфиды, селениды и теллуриды различных элементов, а также соединения типа A_lMB_v. В инфракрасной области могут быть использованы фоторезисторы на основе PbS, PbSe, PbTe, InSb, в области видимого света и ближнего спектра ультрафиолета — CdS.

Сегодня фоторезисторы широко применяются во многих отраслях науки и техники. Это объясняется их высокой чувствительностью, простотой конструкции, малыми габаритами и значительной допустимой мощностью рассеяния. Значительный интерес представляет использование фоторезисторов в опто- электронике. В радиолюбительских конструкциях фоторезисторы применяются как световые датчики в устройствах слежения и автоматики, автоматических и фотореле в быту, в охранных системах.

Чувствительность и инертность фоторезистора

Чувствительность фоторезистора зависит от длины световой волны. Если длина волны лежит вне рабочего диапазона, то свет не оказывает никакого воздействия на ФР. Можно сказать, что фоторезистор не чувствителен в этом диапазоне длин волн. Эти радио компоненты обладают более низкой чувствительность, чем фототранзисторы и фотодиоды.

Еще одна важная характеристика фоторезистора называется инертность, ее физический смысл состоит в том, что имеется определенная инертность (или проще понять – время задержки) между изменениями в освещении и последующим изменением сопротивления. Для того чтобы сопротивление снизилось до минимально возможного значения при полном освещении требуется около 10 мс, и около одной секунды понадобится для того, чтобы сопротивление возросло до максимума после затемнения этого-же компонента.

Чувствительность и инертность фоторезистора.

Конструкция и применение

Современные фоторезисторы изготавливают из селенида свинца, сульфида свинца, антимонида индия, но чаще всего из селенида и сульфида кадмия и кадмия. Спектральная характеристика сульфида кадмия практически полностью совпадает с устройством человеческого глаза. Длина волны пиковой чувствительности – 560-600 нм, что соответствует видимой части спектра.

Для изготовления элемента из сульфида кадмия, высокоочищенный порошок смешивают с инертными связующими веществами. Затем, эту смесь спекают и прессуют. В вакуумной среде на основание с электродами наносят тонкий фоточувствительный слой в виде извилистой дорожки. Затем, основание помещается в прозрачную оболочку, для защиты фоточувствительного элемента. Основной областью применения этих радио элементов является автоматика, с помощью них можно создать простые и надежные схемы фотореле без использования токовых усилителей.

Такие фотореле применяются в системах управления и контроля. В измерительной технике фоторезисторы используются для измерения высоких температур в различных технологических процессах. У фоторезисторов обязательно определен и диапазон температуры. Если использовать датчик при разных температурах, то следует обязательно ввести уточняющие преобразования, т.к. свойство сопротивления зависит от внешней температуры.

Для характеристики интенсивности света используют физическую величину освещённость (обозначение E), что показывает количество светового потока, достигающего какой-либо поверхности. Для измерения единицы имеется люкс (лк), где 1 люкс означает, что на поверхность размером 1 m² равномерно падает световой поток в 1 люмен (лм). В реальной жизни свет практически никогда не падает на (жилую) поверхность равномерно и поэтому освещённость получается больше в среднем значении. Для сравнения приведены некоторые примеры освещённости:

Цвет волны и диапазон ее длины.

Основные характеристики фоторезисторов

Фоторезистор (от фото- и резистор), представляет собой полупроводниковый резистор, омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности. В основе принципа действия фоторезисторов лежит явление фотопроводимости полупроводников. Фотопроводимость — увеличение электрической проводимости полупроводника под действием света.

Причина фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Светочувствительный слой полупроводникового материала в таких сопротивлениях помещен между двумя токопроводящими электродами. Под воздействием светового потока электрическое сопротивление слоя меняется в несколько раз (у некоторых типов фотосопротивлений оно уменьшается на два-три порядка). В видеоролике ниже представлена подробная информация о фоторезисторах.

В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фотосопротивления подразделяются на сернисто-свинцовые, сернисто-кадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селено-кадмиевые. Фотосопротивления обладают высокой чувствительностью, стабильностью, они экономичны и надежны в эксплуатации. В целом ряде случаев они с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы.

Материал в тему: описание и область применения подстроечного резистора.

Основные характеристики фотосопротивлений:

• Рабочая площадь.
• Темновое сопротивление (сопротивление в полной темноте), варьируется в обычных приборах от 1000 до 100000000 Ом.
• Удельная чувствительность

Световая (люкс-амперная), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фоторезисторы имеют нелинейную люкс-амперную характеристику. Наибольшая чувствительность получается при малой освещенности. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклон люкс-амперной характеристики зависит от приложенного к фоторезистору напряжения.

Расчет сопротивления

О взаимосвязи между освещенностью и электрическим сопротивлением фоторезистора дается приблизительная формула в спецификации датчика. Как видно на выше приведенном графике, на логарифмической шкале освещенность и сопротивление находятся приблизительно в линеарной зависимости и образуют прямое уравнение, потому что применяется следующее преобразование: log(a/b) = log(a) – log(b)

Связь характеризует γ фактор (ровный подъем), который у датчика VT935G равен 0,9. Известны так же данные одной точки линии: 18,5 kΩ сопротивление (R_A) 1 при 10 lx освещенности (E_A). Таким образом, имеются координаты 1 точки и ровный подъем и для вычисления любой другой точки хватит только одного координата.

Если измерить сопротивление датчика (R_B), то можно из уравнения линии вычислить освещенность (E_B) падающую на датчик. Выразим уравнение линии E_B:

log(E_B) = log(R_A/R_B) / γ + log(E_A)

E_B = 10^log(R_A^/R_B^{) / γ + log(E}_A⁾

Таким образом, имеется формула для вычисления освещения, если сопротивление известно. Сопротивление напрямую микроконтроллером измерить нельзя – для этого фоторезистор находится в делителе напряжения, выходное напряжение которого переводит аналогово-дигитальный преобразователь в конкретные числа (ADC). Для нахождения сопротивления, в первую очередь придется вычислить из значения ADC выходное напряжение (U₂), делителя напряжения, учитывая и сравниваемое напряжение (U_ref) преобразователя. Формула следующая:

U₂ = U_ref ⋅ (ADC / 1024)

Из формулы делителя напряжения (смотри главу делителя напряжения) можно найти в схеме верхнего фоторезистора сопротивление (R₁):

R₁ = (R₂ ⋅ U₁) / U₂ – R₂

Далее при вычислении напряжения и сопротивления известные факторы заменяются значениями и нижние индексы опущены:

U = 5 ⋅ (ADC / 1024)

R = (10 ⋅ 5) / U – 10

Для нахождения освещенности можно сделать упрощающие переводы:

E = 10^{log(18,5/R) / 0.9 + 1} = 10^{log(18,5/R) ⋅ 10/9} ⋅ 10¹ = 10^{log18,5 ⋅ 10/9 – logR ⋅ 10/9} ⋅ 10 = (10^{log18,5 ⋅ 10/9} / 10^{logR ⋅ 10/9}) ⋅ 10 =

= (18,5^10/9 / R^10/9) ⋅ 10 = 18,5^10/9 ⋅ 10 ⋅ R^-10/9

Вычислив постоянную находящуюся перед переменной R, остается формула в виде:

E = 255,84 ⋅ R^-10/9.

Главным преимуществом полупроводниковых фотодетекторов по сравнению с фотоумножителями является их способность регистрировать длинноволновое излучение, поскольку создание подвижных носителей в них не связано с преодолением значительного поверхностного потенциального барьера.

Недостатком же их является небольшое усиление по току. Чтобы выходной импульс мог управлять различными электронными системами, его необходимо многократно усилить. Таким усилителем может быть одно-двухкаскадный транзисторный усилитель или операционный усилитель. Чтобы фотовозбуждение носителей не маскировалось тепловым возбуждением, полупроводниковые фотодетекторы не должны эксплуатироваться в средах с высокими температурами, иначе их необходимо охлаждать.

Как вам статья?Poll Options are limited because JavaScript is disabled in your browser.

Более подробную информацию можно узнать, прочитав файл по данной теме что такое фоторезистор.Всю новую информацию по этой и многим другим темам, вы сможете найти в группе. Подписывайтесь на нашу группу в социальной сети «Вконтакте».

Для этого вам необходимо будет перейти по следующей ссылке https://vk.com/electroinfonet. Также в группе можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профи. В завершение объемной статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.texnic.ru

www.nauchebe.net

www.home.roboticlab.eu/ru

www.begin.esxema.ru

Фототранзистор — WiKi

Фототранзистор Схематическое изображение фототранзистора на электрических схемах

Фототранзи́стор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от обычного биполярного транзистора тем, что полупроводниковый базовый слой прибора доступен для воздействия внешнего оптического облучения, за счёт этого ток через прибор зависит от интенсивности этого облучения.

Отличается от фотодиода тем, что обладает внутренним усилением фототока и поэтому большей чувствительностью к потокам оптического излучения.

Фототранзистор может иметь полупроводниковую структуру как n-p-n, так и p-n-p транзистора.

Большинство промышленных типов фототранзисторов не имеют электрического вывода базы, но в некоторых моделях такой вывод имеется и обычно служит для смещения начальной рабочей точки прибора посредством подачи в базу некоторого тока.

История

Фототранзистор изобрёл Джон Нортроп Шив (John Northrup Shive) в 1948 г., во время его работы в Bell Laboratories^[1], но об этом изобретении было заявлено только в 1950 г.^[2] Тогда же фототранзисторы были впервые применены в считывателе перфокарт в автоматической телефонной станции.

Принцип работы фототранзистора

Биполярный фототранзистор — полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами и тремя слоями полупроводника чередующегося типа проводимости — аналог обычного биполярного транзистора с управлением базовым током. Но в фототранзисторе базовым током является фототок. При освещении базового слоя фототранзистора в его базе за счет внутреннего фотоэффекта генерируются электронно-дырочные пары, порождая фототок. Этот процесс снижает потенциальный барьер от контактной разности потенциалов в эмиттерно-базовом переходе, что увеличивает диффузию неосновных носителей (для базы) из эмиттера в базу, то есть можно считать, что в этом приборе фототок является базовым током обычного транзистора. Можно сказать, что фототранзистор подобен обычному биполярному транзистору, между выводами коллектора и базы которого включен обратносмещенный фотодиод.

Как известно, транзистор обладает способностью усиливать базовый ток IB{\displaystyle I_{B}} , коэффициент усиления β=IC/IB>>1{\displaystyle \beta =I_{C}/I_{B}>>1} , поэтому ток коллектора IC{\displaystyle I_{C}}  и равный ему ток эмиттера IE{\displaystyle I_{E}}  в β{\displaystyle \beta }  раз больше исходного фототока. Таким образом, светочувствительность фототранзистора больше светочувствительности фотодиода с равной площадью фотоприемной поверхности в несколько десятков и до нескольких сотен раз.

Основные параметры фототранзистора

Чувствительность

Токовая чувствительность Si,Φ{\displaystyle S_{i,{\Phi }}}  по световому потоку фототранзистора определяется отношением тока через прибор IΦ{\displaystyle I_{\Phi }}  к вызвавшему этот ток световому потоку Φ{\displaystyle \Phi } :

Si,Φ=IΦΦ{\displaystyle S_{i,{\Phi }}={\frac {I_{\Phi }}{\Phi }}} 

Токовая чувствительность современных фототранзисторов достигает нескольких сотен мА/лм.

Темновой ток

Даже в отсутствие освещения, через прибор протекает некоторый ток, называемый темновым током. Этот ток вреден для регистрации слабых световых потоков, так как «маскирует» полезный сигнал и при изготовлении фототранзисторов его стремятся уменьшить разными технологическими приемами. Кроме того, величина темнового тока существенно зависит от температуры полупроводниковой структуры и нарастает при её повышении приблизительно так же, как и обратный ток p-n перехода в любом полупроводниковом приборе. Поэтому для снижения темнового тока иногда применяют принудительное охлаждение прибора.

При прочих равных, величина темнового тока сильно зависит от ширины запрещённой зоны полупроводника и снижается при её увеличении. Поэтому характерные значения темнового тока при комнатной температуре германиевых фототранзисторов порядка единиц мкА, кремниевых — долей мкА, арсенидо-галлиевых — десятков пкА.

Спектральная чувствительность

  Типовая спектральная чувствительность кремниевого фототранзистора

Чувствительность фототранзистора зависит от длины волны падающего излучения. Например, для кремниевых приборов максимум чувствительности находится в диапазоне 850—930 нм — красный и ближний инфракрасный диапазоны. Для ближнего ультрафиолетового излучения (~400 нм) чувствительность снижается в ~10 раз от максимальной. Также чувствительность снижается при увеличении длины волны и для длин волн свыше ~1150 нм — край оптической полосы поглощения кремния, снижается до нуля.

Быстродействие

Фототранзисторы по сравнению с фотодиодами имеют относительно низкое быстродействие. Это обусловлено конечным временем рассасывания неосновных носителей в базе при снижении освещённости. Кроме того, если напряжение между коллектором и эмиттером изменяется при изменении освещенности, что имеет место в некоторых схемах электрического включения прибора, дополнительно снижает быстродействие эффект Миллера, обусловленный емкостью коллекторно-базового p-n перехода. Практически диапазон рабочих частот фототранзисторов ограничен, в зависимости от схемы включения, несколькими сотнями кГц — единицами МГц.

Включение фототранзисторов в электрические цепи

Классическое включение прибора — с обратносмещенным коллекторным переходом, то есть для прибора со структурой n-p-n на коллектор подается положительное относительно эмиттера напряжение и наоборот для структуры p-n-p.

Для приборов, имеющих третий электрический вывод базы, возможно включение по любой из схем включения обычного биполярного транзистора — с общим эмиттером, базой или коллектором. При этом ток базы задает положение «темновой рабочей точки» на вольт-амперной характеристике.

Иногда трёхвыводные фототранзисторы для увеличения быстродействия включают как обычный фотодиод, проигрывая при этом в чувствительности.

Преимущества и недостатки фототранзисторов

Основное преимущество фототранзисторов по сравнению с фотодиодами — высокая чувствительность к потоку излучения.

Недостатки — низкое быстродействие, поэтому эти приборы непригодны для применения в качестве приемников излучения в высокоскоростных оптоволоконных линиях связи. Также недостаток фототранзисторов — относительно большой темновой ток.

Конструкция корпусов

Приборы, предназначенные для приема внешнего излучения заключают в пластмассовый, металлостеклянный или металлокерамический корпус с прозрачным окошком или линзой, изготовленных из пластмассы или стекла. Исключение составляют фототранзисторы, входящие в состав оптронов, заключенные совместно с источником излучения в непрозрачный корпус.

Приборы, оформленные в металлостеклянных и металлокерамических корпусах, обычно имеют электрический вывод базы.

Применение

Так как фототранзисторы более чувствительны чем фотодиоды их удобно применять в качестве приемников излучения в различных системах автоматики безопасности, системах охранной сигнализации, считывателях перфокарт и перфолент, датчиках положения и расстояния и др. применениях, где некритично быстродействие.

Часто фототранзисторы применяют в оптопарах в качестве приёмников излучения в оптронах.

См. также

Примечания

59. Фототранзистор, устройство, принцип действия, схема включения, выходные характеристики.

Фототранзисторы

Фототранзистором называют полупроводниковый управляемый оптическим излучением прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами (рис. 7.6)

Фототранзисторы, как и обычные транзисторы, могут иметь p-n-p- и n-p-n-структуру Конструктивно фототранзистор выполнен так, что световой поток облучает область базы Наибольшее практическое применение нашло включение фототранзистора в схеме с ОЭ, при этом нагрузка включается в коллекторную цепь Входным сигналом фототранзистора является модулированный световой поток, а выходным — изменение напряжения на резисторе нагрузки в коллекторной цепи.

Напряжение питания на фототранзистор подают, как и на обычный биполярный транзистор, работающий в активном режиме, т е эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный- в обратном. Однако он может работать и с отключенным выводом базы, а напряжение прикладывается между эмиттером и коллектором Такое включение называется включением с плавающей базой и характерно только для фототранзисторов При этом фототранзистор работает в активном режиме близко к границе отсечки При Ф = 0 ток очень мал и равен темновому току. ВАХ аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ, где параметром является не ток базы, а световой поток или фототок при I_Б=const

Энергетические и спектральные характеристики такие же, как у фотодиода

Основными параметрами фототранзистора являются:

• рабочее напряжение (10 15 В),

• темновой ток (до сотен микроампер),

• рабочий ток (до десятков миллиампер),

• максимально допустимая мощность рассеяния (до десятков ватт),

• статический коэффициент усиления по фототоку , который измеряется как отношение фототока коллектора транзистора с плавающей базой к фототоку коллекторного перехода при отключенном эмиттере и достоянном световом потоке й лежит в диапазоне значений (1 6) 10 ,

• интегральная чувствительность- отношение фототока к падающему световому потоку, составляет 0,2 2 А/лм, что выше по сравнению с чувствительностью эквивалентного диода

• отношение тока на выходе оптрона к вызвавшему его входному току для статического и динамического режимов

Рис. 1

60. Полупроводниковые источники излучения. Светоизлучающие диоды. Оптопары.

Светодиод

Одним из наиболее распространенных источников оптического излучения является светодиод- полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, преобразующий электрическую энергию в энергию обычного некогерентного светового излучения, при смещении p-n-перехода в прямом направлении. Условное обазначение на рис. 7.7

При приложении прямого напряжения U_ВНк p-n-переходу происходит диффузионный перенос носителей через переход Увеличивается инжекция дырок в n-область, а электронов в p-область Прохождение тока через р n-переход в прямом направлении сопровождается рекомбинацией инжектированных неосновных носителей заряда Рекомбинация происходит как в самом p-n-переходе, так и в примыкающих к переходу слоях, ширина которых определяется диффузионными длинами L_nи L_pВ большинстве полупроводников рекомбинация осуществляется через примесные центры (ловушки) вблизи середины запрещенной зоны и сопровождается выделением тепловой энергия — фонона Такая рекомбинация называется безызлучательной В ряде случаев процесс рекомбинации сопровождается выделением кванта света -фотона. Это происходит у полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — прямозонных полупроводников Электроны с более высоких энергетических уровней зоны проводимости переходят на более низкие энергетические уровни валентной зоны (переход зона- зона), при рекомбинации происходит выделение фотонов и возникает некогерентное оптическое излучение Из-за относительно большой ширины запрещенной зоны исходного полупроводника рекомбинационный ток р n-перехода оказывается большим по сравнению с током инжекции, особенно при малых прямых напряжениях, процесс рекомбинации в этом случае реализуется в основном в p-n-переходе Излучательная способность светодвода характеризуется

• внутренней квантовой эффективностью (или внутренним квантовым выходом), определяемой отношением числа генерируемых фотонов к числу инжектированных в активную область носителей заряда за один и тот же промежуток времени Так как часть фотонов покидает полупроводник, а другая часть отражается от поверхности полупроводника и затем поглощается объемом полупроводника, то вводится понятие квантовой эффективности излучения,

• внешней квантовой эффективностью излучения (квантовым выходом), определяемой отношением числа фотонов, испускаемых диодом во внешнее пространство, к числу инжектируемых носителей через p-n-переход

Внешний квантовый выход является интегральным показателем излучательной способности светодиода, который учитывает эффективность инжекции, электролюминесценцию и вывод излучения во внешнее пространство С целью повышения эффективности вывода излучения светодиода используют различные конструкции (рис 1 2) полусферы, отражающие металлизированные поверхности и др., у которых практически отсутствует полное внутреннее отражение

Основными характеристиками светодиодов являются:

• ВАХ Различие прямых ветвей ВАХ из разных полупроводниковых материалов связано с различной шириной запрещенной зоны Чем больше прямое падение напряжения на диоде, тем меньше длина волны излучения и больше потери электрической энергии в нем Обратные ветви ВАХ имеют относительно малые пробивные напряжения, что объясняется малой толщиной p-n-переходов Светодиоды работают преимущественно при прямом включении При работе в схеме с большими обратными напряжениями последовательно со светодиодом необходимо включать обычный (неизлучающий) диод, имеющий достаточное значение допустимого обратного напряжения

• Яркостная характеристика — это зависимость яркости излучения от величины тока, протекающего через p-n-переход (рис 4)

• Спектральная характеристика — зависимость интенсивности излучения от длины волны излучаемого света или от энергии излучаемых квантов Длина волны излучения определяется разностью двух энергетических уровней, между которыми происходит переход электронов при люминесценции Поэтому светодиоды на основе полупроводников с разной шириной запрещенной зоны имеют спектральные характеристики с максимумом излучения при различных длинах волн

Параметры светодиодов:

• Сила света I_V— световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в заданном направлении, выражается в канделах (кд) и составляет десятые доли единицы милликанел. Кандела есть единица силы света, испускаемого специальным стандартным источником

• Яркость излучения — отношение силы света к площади светящейся поверхности Она составляет десятки сотни кандел на квадратный сантиметр

• Постоянное прямое напряжение — падение напряжения на диоде при заданном токе (2 4 В)

• Цвет свечения или длина волны, соответствующая максимальному световому потоку. Зависит от примесей: ZnO — красный, N — зеленый

• Максимально допустимый постоянный прямой ток составляет десятки миллиампер и определяет максимальную яркость излучения

• Максимальное допустимое постоянное обратное напряжение (единицы вольт)

• Быстродействие излучающего диода определяется инерционностью возникновения излучения при подаче прямоугольного импульса прямою тока

• Время переключения t_ПЕРскладывается из времени включения t_ВКЛи выключения t_выклизлучения. Инерционность излучающего диода определяется процессом перезарядки барьерной емкости и процессами накопления и рассасывания неосновных носителей в активной области диода

Оптопары

Оптопара (оптрон) -оптоэлектрический п/п прибор, содержащий излучающий и принимающи элементы, оптически и конструктивно связанные друг с другом. В качестве излучателя обычно используются СИД, а в качестве приемника — ФС, ФД, ФТ. Структурная схема оптопары представлена на рис. 7.8.

В качестве оптоканала (ОК) может использоваться воздух, стекло, пластмасса, волоконнооптические материалы.

Средой ОК (ее прозрачностью можно управлять с помощью внешнего УУ (устройства управления).

Важным свойством оптопар является их способность усиливать эл. сигналы по напряжению, току и мощности, а так же полная эл. развязка между узлами аппаратуры, находящимися под различными потенциалами или имеющих различные значения логических уровне, в качестве эл-тов оптического управления сильноточными и высоковольтными узлами.

На рис. 7.9представлены резисторная (а), диодная (б) и транзисторная (в) оптопары.

Рис. 1 Рис. 2

Рис. 3

87