Βασικά φωτοτρανζίστορ, διάγραμμα κυκλωμάτων, πλεονεκτήματα και εφαρμογές

Τι είναι το Phototransistor;

ΠΡΟΣ ΤΗΝ Φωτοτρανζίστορ είναι ένα ηλεκτρονικό στοιχείο μεταγωγής και ενίσχυσης ρεύματος που βασίζεται στην έκθεση στο φως για λειτουργία. Όταν το φως πέφτει στη διασταύρωση, αντίστροφη ροή ρεύματος είναι ανάλογη με τη φωτεινότητα. Οι φωτοτρανζίστορ χρησιμοποιούνται εκτενώς για την ανίχνευση παλμών φωτός και τη μετατροπή τους σε ψηφιακά ηλεκτρικά σήματα. Αυτά λειτουργούν με φως και όχι με ηλεκτρικό ρεύμα. Παρέχοντας μεγάλο κέρδος, χαμηλό κόστος και αυτά τα φωτοτρανζίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθούν σε πολλές εφαρμογές.

Είναι ικανό να μετατρέπει την ελαφριά ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι φωτοτρανζίστορ λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο με τους φωτοαντιστατήρες που είναι κοινώς γνωστοί ως LDR (αντίσταση που εξαρτάται από το φως) αλλά είναι σε θέση να παράγουν ρεύμα και τάση, ενώ οι φωτοαντίσταση μπορούν να παράγουν ρεύμα μόνο λόγω αλλαγής αντίστασης. Τα φωτοτρανζίστορ είναι τρανζίστορ με εκτεθειμένο το τερματικό βάσης. Αντί να στέλνουν ρεύμα στη βάση, τα φωτόνια από το χτύπημα του φωτός ενεργοποιούν το τρανζίστορ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ένας φωτοτρανζίστορ αποτελείται από έναν διπολικό ημιαγωγό και εστιάζει την ενέργεια που περνά μέσα από αυτό. Αυτά ενεργοποιούνται από σωματίδια φωτός και χρησιμοποιούνται σχεδόν σε όλες τις ηλεκτρονικές συσκευές που εξαρτώνται από το φως με κάποιο τρόπο. Όλοι οι φωτοαισθητήρες πυριτίου (φωτοτρανζίστορ) ανταποκρίνονται σε ολόκληρο το εύρος της ορατής ακτινοβολίας καθώς και στις υπέρυθρες ακτίνες. Στην πραγματικότητα, όλες οι δίοδοι, τα τρανζίστορ, οι Darlington's, triacs κ.λπ. έχουν την ίδια βασική απόκριση συχνότητας ακτινοβολίας.

ο δομή απο φωτοτρανζίστορ έχει βελτιστοποιηθεί ειδικά για εφαρμογές φωτογραφιών. Σε σύγκριση με ένα κανονικό τρανζίστορ, ένα φωτοτρανζίστορ έχει μεγαλύτερη βάση και πλάτος συλλέκτη και γίνεται χρησιμοποιώντας διάχυση ή εμφύτευση ιόντων.

Χαρακτηριστικά :

• Φωτοανίχνευση χαμηλού κόστους και σχεδόν IR.
• Διατίθεται με κέρδη από 100 έως πάνω από 1500.
• Μέτρια γρήγοροι χρόνοι απόκρισης.
• Διατίθεται σε μια ευρεία γκάμα πακέτων, συμπεριλαμβανομένης της εποξειδικής επίστρωσης, της μεταφοράς και της επιφανειακής τοποθέτησης.
• Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά ήταν παρόμοια με εκείνα του τρανζίστορ σήματος .

ΠΡΟΣ ΤΗΝ φωτοτρανζίστορ δεν είναι παρά ένα συνηθισμένο διπολικό τρανζίστορ στο οποίο η περιοχή βάσης εκτίθεται στον φωτισμό. Είναι διαθέσιμο και στους δύο τύπους P-N-P και N-P-N που έχουν διαφορετικές διαμορφώσεις όπως κοινή εκπομπή, κοινό συλλέκτη και κοινή βάση. Κοινή εκπομπή διαμόρφωση χρησιμοποιείται γενικά. Μπορεί επίσης να λειτουργήσει ενώ η βάση είναι ανοιχτή. Σε σύγκριση με το συμβατικό τρανζίστορ έχει περισσότερες περιοχές βάσης και συλλέκτη. Οι αρχαίοι φωτοτρανζίστορ χρησιμοποίησαν υλικά ημιαγωγών όπως πυρίτιο και γερμάνιο, αλλά τώρα τα σύγχρονα συστατικά μιας ημέρας χρησιμοποιούν υλικά όπως το γάλλιο και το αρσενίδιο για επίπεδα υψηλής απόδοσης. Η βάση είναι ο μόλυβδος που είναι υπεύθυνος για την ενεργοποίηση του τρανζίστορ. Είναι η συσκευή ελέγχου πύλης για τη μεγαλύτερη ηλεκτρική παροχή. Ο συλλέκτης είναι ο θετικός αγωγός και η μεγαλύτερη ηλεκτρική παροχή. Ο πομπός είναι το αρνητικό καλώδιο και η έξοδος για τη μεγαλύτερη ηλεκτρική παροχή.

Κατασκευή τρανζίστορ φωτογραφιών

Χωρίς πτώση φωτός στη συσκευή θα υπάρξει μια μικρή ροή ρεύματος λόγω θερμικά δημιουργημένων ζευγών οπών-ηλεκτρονίων και η τάση εξόδου από το κύκλωμα θα είναι ελαφρώς μικρότερη από την τιμή τροφοδοσίας λόγω της πτώσης τάσης στην αντίσταση φορτίου R. Με φως πέφτοντας στη διασταύρωση συλλογής-βάσης αυξάνεται η τρέχουσα ροή. Με το ανοιχτό κύκλωμα σύνδεσης βάσης, το ρεύμα συλλέκτη-βάσης πρέπει να ρέει στο κύκλωμα βασικής εκπομπής και συνεπώς το ρεύμα που ρέει ενισχύεται με κανονική κίνηση τρανζίστορ. Η σύνδεση συλλέκτη-βάσης είναι πολύ ευαίσθητη στο φως. Η κατάσταση λειτουργίας του εξαρτάται από την ένταση του φωτός. Το ρεύμα βάσης από τα προσπίπτοντα φωτόνια ενισχύεται με την αύξηση του τρανζίστορ, με αποτέλεσμα τα κέρδη ρεύματος που κυμαίνονται από εκατοντάδες έως αρκετές χιλιάδες. Ένας φωτοτρανζίστορ είναι 50 έως 100 φορές πιο ευαίσθητος από μια φωτοδίοδο με χαμηλότερο επίπεδο θορύβου.

Κύκλωμα φωτοτρανζίστορ:

Ένα φωτοτρανζίστορ λειτουργεί ακριβώς όπως ένα κανονικό τρανζίστορ, όπου το ρεύμα βάσης πολλαπλασιάζεται για να δώσει το ρεύμα συλλέκτη, εκτός από το ότι σε ένα φωτοτρανζίστορ, το ρεύμα βάσης ελέγχεται από την ποσότητα του ορατού ή υπέρυθρου φωτός όπου η συσκευή χρειάζεται μόνο 2 ακίδες.

Διάγραμμα κυκλώματος φωτοτρανζίστορ

Στο απλό κύκλωμα , υποθέτοντας ότι τίποτα δεν είναι συνδεδεμένο με το Vout, το ρεύμα βάσης που ελέγχεται από την ποσότητα του φωτός θα καθορίσει το ρεύμα συλλέκτη, το οποίο είναι το ρεύμα που διέρχεται από την αντίσταση. Επομένως, η τάση στο Vout θα κινηθεί υψηλά και χαμηλά με βάση την ποσότητα φωτός. Μπορούμε να το συνδέσουμε σε ένα op-amp για να ενισχύσουμε το σήμα ή απευθείας σε μια είσοδο ενός μικροελεγκτή. Η έξοδος ενός φωτοτρανζίστορ εξαρτάται από το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός. Αυτές οι συσκευές ανταποκρίνονται στο φως σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος από την κοντινή υπεριώδη ακτινοβολία, μέσω του ορατού και στο κοντινό τμήμα IR του φάσματος. Για ένα δεδομένο επίπεδο φωτισμού πηγής φωτός, η έξοδος ενός φωτοτρανζίστορ καθορίζεται από την περιοχή της εκτεθειμένης διασταύρωσης συλλογής-βάσης και το κέρδος ρεύματος DC του τρανζίστορ

Οι φωτοτρανζίστορ διατίθενται σε διάφορες διαμορφώσεις όπως οπτοαποδιαλυτής, οπτικός διακόπτης, αισθητήρας ρετρό. Optoisolator είναι παρόμοιο με έναν μετασχηματιστή στο ότι η έξοδος είναι ηλεκτρικά απομονωμένη από την είσοδο. Ένα αντικείμενο ανιχνεύεται όταν εισέρχεται στο κενό του οπτικού διακόπτη και μπλοκάρει τη φωτεινή διαδρομή μεταξύ του πομπού και του ανιχνευτή. Ο αισθητήρας ρετρό ανιχνεύει την παρουσία ενός αντικειμένου δημιουργώντας φως και στη συνέχεια αναζητώντας την ανάκλασή του από το αντικείμενο που θα ανιχνευθεί.

Πλεονεκτήματα των φωτομετατροπέων:

Τα φωτοτρανζίστορ έχουν αρκετά σημαντικά πλεονεκτήματα που τα διαχωρίζουν από έναν άλλο οπτικό αισθητήρα, μερικά από αυτά αναφέρονται παρακάτω

• Οι φωτοτρανζίστορ παράγουν υψηλότερο ρεύμα από τις φωτοδιόδους.
• Τα φωτοτρανζίστορ είναι σχετικά φθηνά, απλά και αρκετά μικρά για να χωρέσουν πολλά από αυτά σε ένα ενιαίο ολοκληρωμένο τσιπ υπολογιστή.
• Οι φωτοτρανζίστορ είναι πολύ γρήγοροι και μπορούν να παρέχουν σχεδόν στιγμιαία έξοδο.
• Οι φωτοτρανζίστορ παράγουν τάση, που οι φωτοαντίσταση δεν μπορούν να το κάνουν.

Μειονεκτήματα των φωτοτρανζίστορ:

• Οι φωτοτρανζίστορ που είναι κατασκευασμένοι από πυρίτιο δεν μπορούν να χειριστούν τάσεις άνω των 1.000 Volt.
• Οι φωτοτρανζίστορ είναι επίσης πιο ευάλωτοι σε υπερτάσεις και αιχμές ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και ηλεκτρομαγνητική ενέργεια.
• Οι φωτοτρανζίστορ επίσης δεν επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να κινούνται τόσο ελεύθερα όσο άλλες συσκευές, όπως σωλήνες ηλεκτρονίων.

Εφαρμογές φωτομετατροπέων

Οι Περιοχές αίτησης για το Φωτοτρανζίστορ περιλαμβάνουν:

• Συσκευές ανάγνωσης καρτών διάτρησης.
• Συστήματα ασφαλείας
• Κωδικοποιητές - μετρήστε την ταχύτητα και κατεύθυνση
• Φωτογραφία ανιχνευτών υπερύθρων
• ηλεκτρικά χειριστήρια
• Κύκλωμα λογικής υπολογιστή.
• Ρελέ
• Έλεγχος φωτισμού (αυτοκινητόδρομοι κλπ)
• Ένδειξη επιπέδου
• Καταμέτρηση συστημάτων

Έτσι, πρόκειται για μια επισκόπηση του α φωτοτρανζίστορ . Από τις παραπάνω πληροφορίες επιτέλους, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι φωτοτρανζίστορ χρησιμοποιούνται ευρέως σε διαφορετικές ηλεκτρονικές συσκευές για την ανίχνευση φωτός, όπως δέκτης υπερύθρων, ανιχνευτές καπνού, λέιζερ, συσκευές αναπαραγωγής CD κ.λπ. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η διαφορά μεταξύ φωτοτρανζίστορ και φωτοανιχνευτής;