Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Надежное фотореле на микросхеме К561А7

При управлении мощной нагрузкой или нагрузкой в сети 220 В необходимо применять другое реле, обеспечивающее надежность и безопасность работы устройства.

На рис. 2. показана аналогичная схема чувствительного фотоавтомата с применением логических элементов микросхемы КМОП К561А7. Устройство имеет отличительную особенность -при затемненности фоторезистора PR реле К1 включено. Подразумевается, что своими контактами реле коммутирует исполнительную цепь нагрузки.

При резком освещении фоторезистора (например, включении света в помещении) триггер Шмитта на логических элементах D1.1-D1.3 переключается, реле К1 отпускает и нагрузка обесточивается.

А вот при плавном увеличении освещенности, таком как рассвет устройство включает нагрузку также резко -при достижении сигнала на входе триггера порогового уровня переключения триггера Шмитта. Усилитеь на транзисторе VT1 преобразует изменение сопротивления фоторезистора PR (СФЗ-1) в электрический ток.

Рис. 2. Схема надежного фотореле на микросхеме К561А7.

Когда чувствительная поверхность фоторезистора освещена -транзистор ѴТ1 открыт и сигнал высокого уровня через развязку на диодах VD1, VD2 поступает на вход независимых инверторов.

Цепь R4C1R5 обеспечивает задержку в 2,5-3 мин, из-за чего сигнал высокого уровня, проходящий свободно через диод VD2, поступает на вход элемента D1.2 только после того, как зарядится через резистор R4 конденсатор С1, обеспечивающий временнную составляющую задержки.

После этого на выв. 8 элемента D1.3 будет лог. 1 и на его выв. 9 — тот же уровень. Соответственно на выходе этого инвертора (выв. 10) окажется низкий логический уровень, а на выходе элемента D1.4 — высокий логический уровень.

В результате открывается ключевой транзистор ѴТ2 и включается реле. Благодаря задержке включения устройство может испоьзо-ваться с любым типом реле — дребезг контактов отсутствует.

Применение этой схемы эффективно в ситуациях с плавным изменением освещенности объекта. Переменный резистор R1 регулирует чувствительность фотодатчика.

ФР-601 (602)

Если речь заходит об использовании стандартных однофазных фотореле для освещения, то самой популярной моделью являются устройства ФР-601 и ФР-602 производства компании ІЕК.

Они достаточно надежные, и даже у непосвященных в электронику пользователей не возникает вопросов, как подключить автоматический регулятор подсветки. Эти две модификации  имеют несущественные различия: они обе работают с током одних и тех же напряжения и частоты, имеют аналогичную потребляемую мощность (0,5 Вт) и абсолютно одинаковые комплекты поставки.

Различия касаются лишь максимального сечения подключаемых проводников: для 601 модели она составляет 1,5 кв. мм., а для 602 — 2,5. Следовательно, отличается у них и номинальный ток нагрузки: 10 и 20 А, соответственно. Фотоэлемент у обеих моделей встроенный, его регулировка возможна в пределах от 0 до 50 лк с шагом в 5 лк.

Виды аккумуляторных элементов

За последние 20 — 30 лет разработано множество технологий портативных аккумуляторных батарей: Ni-Cd, Ni-Mh, Li-ion, Li-Pol, Al-Ion, Li-S, Mg-S, Li-O2, LiFePO4 и даже литий-нанофосфатные. Рассмотрим самые популярные из них.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Это самые популярный тип аккумуляторных секций для .

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Достоинства: они дешево стоят и могут хорошо работать при отрицательных температурах. Также они не боятся разряда и хранения в таком положении.

Недостатки: кадмий токсичен и такие аккумуляторы нужно утилизировать специальным образом. Присутствует саморазряд и эффект памяти, низкая удельная объемная емкость.

Никель-металлгидридные аккумуляторы

Никель-металлгидридные стоят чуть подороже, но в целом по уровню они примерно такие же, может чуть лучше никель-кадмиевых.

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Достоинства: не токсичны, меньший эффект памяти и саморазряд, большее число циклов заряда/разряда.

Недостатки: более чувствительны к отрицательным температурам, боятся хранения в разряженном состоянии — теряют емкость.

Литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные батареи все чаще применяются в шуруповертах даже бюджетного класса.

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Достоинства: нет эффекта памяти — можно заряжать и разряжать в любой момент, большая емкость при меньших габаритах, малый саморазряд, большое число зарядов/разрядов.

Недостатки: высокая цена, опасность чрезмерного нагрева при интенсивном заряде и разряде.

Литий-полимерные аккумуляторы

Пока что литий-полимерные аккумуляторы мало применяются в шуруповертах, но с развитием технологий скорее всего их начнут туда ставить массово.

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Достоинства: бОльшая емкость при меньших габаритах, чем у Li-ion, может принимать любую форму, напряжение при разряде держит лучше, низкий саморазряд.

Недостатки: высокая стоимость, нагрев при эксплуатации и опасность возгорания.

Оборудование высокой мощности

Среди конкурентов также можно рассмотреть фотореле ФР-7Е, но не в его пользу говорят отсутствие защиты от влаги (IP40) и довольно высокая потребляемая мощность.

Также к недостаткам можно отнести открытые контактные зажимы и отсутствие защиты подстроечного резистора на лицевой панели. Положительный момент — работать ФР-7 может в сетях переменного тока напряжением 220 вольт с напряжением до 5 ампер, что почти на порядок больше, нежели у рассмотренных выше конкурентов. Диапазон регулировки в 10 лк также устанавливается лишь специалистом — отрегулировать его самостоятельно не получится.

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

По габаритам ФР-7 также превосходит рассмотренные в статье фотореле (см. чертеж).

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Что такое фототранзистор?

Фотодиод может генерировать фототок, потому что на его переход падает свет. Фототранзистор работает аналогичным образом, за исключением того, что открытый полупроводниковый материал является базой биполярного транзистора.

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduinoРисунок 1 – Фототранзистор изображен как биполярный транзистор с удаленным выводом базы, а стрелки указывают на то, что база чувствительна к свету. На других схемах в этой статье показаны только фототранзисторы NPN

Есть два пути для размышления о работе фототранзистора.

Во-первых, вы можете мысленно заменить величину тока, протекающего через базу обычного транзистора, на интенсивность падающего света. В базовой модели поведения биполярного транзистора в активном режиме выходной ток (т.е. ток коллектора) – это входной ток (т.е. ток базы), умноженный на параметр усиления, называемый бета (β). В случае фототранзистора падающий свет похож на слабый сигнал, подаваемый на базу, а выходной ток намного выше, чем мы ожидаем от фотодиода, из-за способности транзистора усиливать сигнал, подаваемый на базу.

Во-вторых, вы можете представить, что фототранзистор представляет собой биполярный транзистор с фотодиодом, подключенным к базе, и поэтому входным сигналом транзистора является фототок, генерируемый фотодиодом. В этой концепции биполярный транзистор подобен дополнительному полупроводниковому устройству, которое применяет усиление по току к выходному сигналу фотодиода.

Рисунок 2 – Фототранзистор концептуально эквивалентен фотодиоду, который управляет базой биполярного транзистора

Популярные статьи  Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Обратите внимание на включение фотодиода: фототок всегда является обратным током, и фотодиод ориентирован таким образом, что фототок течет на базу

Принцип работы фототранзистора

Обычный транзистор состоит из коллектора, эмиттера и базы. В работе фототранзистора, как правило, вывод базы остается отключенным, так как свет генерирует электрический сигнал, позволяющий току протекать через фототранзистор.

При отключенной базе, коллекторный переход фототранзистора смещен в обратном, а эмиттерный переход — в прямом направлении. Фототранзистор остается неактивным до тех пор, пока свет не попадает на базу. Свет активирует фототранзистор, образуя электроны и дырки проводимости — носители заряда, в результате чего через коллектор — эмиттер протекает электрический ток.

Фототранзистор

Чувствительность

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

S i , Φ = I Φ Φ {\displaystyle S_{i,{\Phi }}={\frac {I_{\Phi }}{\Phi }}}

Токовая чувствительность современных фототранзисторов достигает нескольких сотен /.

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.

Применение фотоэффекта

Подробности Просмотров: 431

«Физика – 11 класс»

Открытие фотоэффекта имело очень большое значение для более глубокого понимания природы света. Но ценность науки состоит не только в том, что она выясняет сложное и многообразное строение окружающего нас мира, но и в том, что она дает нам в руки средства, используя которые можно совершенствовать производство, улучшать условия материальной и культурной жизни общества.

С помощью фотоэффекта «заговорило» кино, стала возможной передача движущихся изображений (телевидение). Применение фотоэлектронных приборов позволило создать станки, которые без участия человека изготовляют детали по заданным чертежам. Основанные на фотоэффекте приборы контролируют размеры изделий лучше человека, вовремя включают и выключают маяки и уличное освещение и т. п.

Все это оказалось возможным благодаря изобретению особых устройств — фотоэлементов, в которых энергия света управляет энергией электрического тока или преобразуется в нее.

Вакуумные фотоэлементы

Современный вакуумный фотоэлемент представляет собой стеклянную колбу, часть внутренней поверхности которой покрыта тонким слоем металла с малой работой выхода. Это катод 1. Через прозрачное окошко свет проникает внутрь колбы.

В ее центре расположена проволочная петля или диск — анод 2, который служит для улавливания фотоэлектронов. Анод присоединяют к положительному полюсу батареи. Фотоэлементы реагируют на видимое излучение и даже на инфракрасные лучи.

При попадании света на катод фотоэлемента в цепи возникает электрический ток, который включает или выключает реле. Комбинация фотоэлемента с реле позволяет конструировать множество различных «видящих» автоматов. Одним из них является автомат в метро. Он срабатывает (выдвигает перегородку) при пересечении светового пучка, если предварительно не пропущена карточка.

Подобные автоматы могут предотвращать аварии. На заводе фотоэлемент почти мгновенно останавливает мощный пресс, если рука человека оказывается в опасной зоне.

С помощью фотоэлементов воспроизводится звук, записанный на кинопленке.

Полупроводниковые фотоэлементы

Кроме рассмотренного в этой главе фотоэффекта, называемого более полно внешним фотоэффектом, широко применяется и так называемый внутренний фотоэффект в полупроводниках. На этом явлении основано устройство фоторезисторов — приборов, сопротивление которых зависит от освещенности.

Кроме того, сконструированы полупроводниковые фотоэлементы, создающие ЭДС и непосредственно преобразующие энергию излучения в энергию электрического тока. ЭДС, называемая в данном случае фотоЭДС, возникает в области р—n-перехода двух полупроводников при облучении этой области светом.

Под действием света образуются пары электрон — дырка. В области р—n-перехода существует электрическое поле. Это поле заставляет неосновные носители полупроводников перемещаться через контакт. Дырки из полупроводника n-типа перемещаются в полупроводник p-типа, а электроны из полупроводника р-типа — в область n-типа, что приводит к накоплению основных носителей в полупроводниках n- и p-типов. В результате потенциал полупроводника р-типа увеличивается, а n-типа уменьшается. Это происходит до тех пор, пока ток неосновных носителей через р—n-переход не сравняется с током основных носителей через этот же переход. Между полупроводниками устанавливается разность потенциалов, равная фотоЭДС.

Если замкнуть цепь через внешнюю нагрузку, то в цепи пойдет ток, определяемый разностью токов неосновных и основных носителей через р—n-переход.Сила тока зависит от интенсивности падающего света и сопротивления нагрузки R. Фотоэлементы с р—n-переходом создают ЭДС порядка 1—2 В. Их выходная мощность достигает сотен ватт при коэффициенте полезного действия до 20%.

Фотоэлементы малой мощности используются, например, в фотоэкспонометрах. Особенно широко применяются полупроводниковые фотоэлементы при изготовлении солнечных батарей, устанавливаемых на космических кораблях.К сожалению, пока такие батареи довольно дороги.Широко применяются вакуумные и полупроводниковые фотоэлементы, которые создают фотоЭДС.

Световые кванты. Физика, учебник для 11 класса – Класс!ная физика

Маркировки и основные параметры

Фототранзисторы, которые управляются внешними факторами, имеют обозначение аналогичное обычным транзисторам. На рисунке ниже Вы можете видеть, как такой датчик схематически показывается на чертеже.

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino
Фото — обозначение транзисторов

Популярные статьи  Как подключить магнитофон, который работает и от 220 В и от батареек?

При этом VT1, VT2 – это фототранзисторы и база, а VT3 – без базы (например, из мышки)

Обратите внимание, цоколевка показана также, как у обычных транзисторов

Вместе с прочими приборами полупроводникового типа (n-p-n), использующимися для трансформации излучения, эти устройства являются оптронами. Соответственно, их можно изобразить как светодиод в корпусе либо как оптроны (с двумя стрелками, находящимися под углом 90 градусов к базе коллектора). Усилитель на большинстве таких схем обозначается так же, как и база коллектора.

Основные характеристики фототранзисторов LTR 4206E, ФТ 1К и ИК-SFH 305-2/3:

Название Ток коллектора, mA Ток фотоэлемента, mA Напряжение, V Область использования Длина волны, nm
LTR 4206E 100 4,8 30 Радиоэлектронные схемы. 940
ФТ 1К 100 0,4 30 Логические системы управления, сигнализация и т. д. 940
ИК-SFH 305-2/3 (Osram) 50 0.25 – 0.8 32 Охранные системы, роботы, датчики препятствия Arduino (Ардуино) на фототранзисторе. 850

При этом светосинхронизатор ФТ 1 выполнен из кремния, что дает ему явное преимущество – долговечность и устойчивость к перепадам напряжения. ВАХ представляют собой формулу:

Фото — формула ВАХ

Расчет производится так же, как и у биполярных транзисторов.

В зависимости от потребностей, Вы можете купить фототранзистор SMD PT12-21, КТФ-102А или LTR 4206E (перед тем, как взять деталь, нужно проверить её работоспособность). Цена от 3 рублей до нескольких сотен.

Видео: как проверить работу фототранзистора

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.

Будет интересно Что такое делитель напряжения и как он используется на резисторах?

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:

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino
Цвет волны и диапазон ее длины.

Основные технические характеристики

Будь то лужайка с газоном или грядки, за ночь все будет хорошенько увлажнено без вашего участия

Обратите внимание!. Можно перейти к настройке подключенного оборудования

Каждый из перечисленных выше фотоэлементов по-разному реагирует на свет: резисторный тип — изменяет величину своего сопротивления, в результате чего и происходит включение света или его выключение; транзисторный тип осуществляет регулирование при облучении электрического сигнала светом. Пример смонтированного и подключенного реле Кроме того, система освещения выполняется функцию охраны, так как может включать свет при отсутствии хозяев

Можно перейти к настройке подключенного оборудования. Каждый из перечисленных выше фотоэлементов по-разному реагирует на свет: резисторный тип — изменяет величину своего сопротивления, в результате чего и происходит включение света или его выключение; транзисторный тип осуществляет регулирование при облучении электрического сигнала светом. Пример смонтированного и подключенного реле Кроме того, система освещения выполняется функцию охраны, так как может включать свет при отсутствии хозяев.

В чем может быть причина??? Когда стали переводить уличное освещение с выключателей на ые фотореле через управление катушка магнитного пускателя на одно реле возникла проблема.

Ну и плюс обращайте внимание на допустимую нагрузку. По логике нагрузка с катушки почти никакая, а на самом деле «обратка» по току делает свое дело

Зачищаем жилы от изоляции на мм, чтобы подключить их в клеммы.

Схемы подсоединения

Впрочем, большинство моделей оснащены обычными механическими тумблерами, настраивающими порог световой чувствительности. Чтобы понять, какой выбрать датчик, учитывается мощность нагрузки суммарная мощность источников света, ламп. Зато не нужно тянуть провода до распределительного щита.

Место установки зависит от освещенности, постарайтесь подобрать такой участок, где ничто не мешает солнечным лучам попадать на рабочую поверхность приспособления, иначе на фотодиоде начнутся помехи, и прибор будет работать неверно. Некоторые образцы включаются, при каком-либо движении напротив места установки. Каждый из перечисленных выше фотоэлементов по-разному реагирует на свет: резисторный тип — изменяет величину своего сопротивления, в результате чего и происходит включение света или его выключение; транзисторный тип осуществляет регулирование при облучении электрического сигнала светом.

Ноль вроде по схеме поступает и на реле, и на лампочку же. Подключил фотореле фр по схеме для освещения подъезда состоящего из 5-ти светодиодных светильников, но при срабатывании свет в подъезде начинает моргать.

Тем не менее, можно воспользоваться маленькими хитростями, облегчающими задачу: Воспользуйтесь куском пластиковой трубы желательно черного цвета длиной см с увеличенным диаметром, чтобы оградить фотореле или датчик от света, бьющего из окон или от фонарей. Так вы сможете выбрать более простой способ установки; при монтаже прибора помните, что его минимальный предел срабатывания будет составлять 5 Люкс. Угол подпиливания — о от столба или стены. В этих приборах сенсорный элемент располагается в прозрачном герметически закрытом корпусе.
КАК ОТПУГНУТЬ НОЧНОГО ВОРА.ОДИН ИЗ СПОСОБОВ!!!

Фототранзисторы

Фототранзистором называют полупроводниковый управляемый оптическим излучением прибор с двумя p–n переходами.

Фототранзисторы, как и обычные транзисторы могут быть p–n–р и n–p–n типа. 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 (рис. 8.11,а).

Популярные статьи  Основные технические характеристики УДТ (УЗО)

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Рис. 8.11. Схемы включения фототранзистора с подключенной базой (а) и со свободной базой (б) и вольтамперные характеристики

Однако он может работать и с отключенным выводом базы (рис. 8.11,б), 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 ближе к границе отсечки.

При Ф = 0 ток очень мал и равен темновому току

. (8.9)

где h21б – коэффициент передачи эмиттерного тока.

Рассмотрим принцип работы фототранзистора при включении с плавающей базой. При освещении фототранзистора под действием света в базовой области и коллекторном переходе образуются свободные носители заряда, эти носители диффундируют в базе к коллекторному переходу. Неосновные носители области базы (для транзистора n–p–n типа) – электроны экстрагируют в область коллектора, создавая фототок в коллекторном переходе. Оставшиеся в объеме базы основные носители (дырки), создают положительный объемный заряд и компенсируют заряд неподвижных ионов примесей на границе эмиттерного перехода.

Потенциальный барьер эмиттерного перехода снижается, что увеличивает инжекцию основных носителей (электронов) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует в базе с дырками, а большая часть экстрагирует через коллекторный переход, увеличивая его ток. Таким образом, ток в коллекторной цепи равен сумме фототока Iф и тока Iк, инжектированных эмиттером электронов, дошедших к коллекторному переходу и втянутых его электрическим полем в область коллектора. При Rк = 0, коэффициент усиления фототока равен

. (8.10)

Фототранзистор увеличивает чувствительность в h21э+1 раз по сравнению с фотодиодом, что является главным преимуществом фототранзистора по сравнению с фотодиодом.

Для обеспечения температурной стабильности энергетических параметров одновременно с оптическим управлением используется так же подача напряжения смещения на базу для выбора рабочей точки на входной и выходной характеристиках транзистора. При отсутствии оптического потока темновой ток определяется током базы, что позволяет дополнительно управлять током фототранзистора. Задание определенного темнового тока позволяет обеспечить оптимальный режим усиления слабых световых сигналов, а также суммировать их с электрическими.

Наряду с фототранзисторами n–p–n и p–n–р типов используются полевые фототранзисторы с управляющим p–n переходом и МОП-транзисторы.

На рис. 8.12 представлен полевой фототранзистор с управляющим

p–n переходом и каналом n–типа. Падающий световой поток генерирует в n–канале и p–n переходе (канал–затвор) электроны и дырки. Электрическое поле перехода разделяет носители заряда. Концентрация электронов в n–канале повышается, и уменьшается его сопротивление, а ток стока возрастает. Увеличение дырок в p–области вызывает появление фототока в цепи затвора.

Рис.8.12. Структурная схема полевого фототранзистора с управляющим p-n переходом и каналом n- типа

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Переход затвор–канал можно рассматривать как фотодиод, фототок которого Iз (ток затвора) создает падение напряжения на резисторе Rз, что приводит к уменьшению обратного напряжения на p–n переходе канал–затвор. Это вызывает дополнительное увеличение толщины канала, уменьшение его сопротивления и приводит к возрастанию тока стока.

МОП-фототранзисторы с индуцированным каналом имеют полупрозрачный затвор, через который световой поток попадает на полупроводник под затвором. В этой области полупроводника генерируются носители заряда, что приводит к изменению значения порогового напряжения, при котором возникает индуцированный канал. Для установления начального режима иногда на затвор подают напряжение смещения.

Биполярный фототранзистор. Устройство и принцип действия.

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino
Рис. 1 Один из возможных вариантов конструкции фототранзистора показан на Рис.1. Как видно из этого рисунка, фототранзистор отличается от обычного транзистора лишь прозрачным окном в корпусе; через него световой поток падает на пластину полупроводника, служащую базой, в центре которой путем вплавления создан коллекторный переход.

Возможны и другие варианты расположения электродов, например кольцеобразный коллектор на освещаемой поверхности базы.

Устройство и схема включения биполярного фототранзистора также показаны на Рис.2.а.

Фототранзистор состоит из:

1 — эмиттерной области р+- типа;

2 — области базы n- типа, большая часть которой пассивна и открыта световому потоку;

3 — широкой коллекторной области р- типа.

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino
Рис.2

Пассивная часть базы расположена на Рис.2.а слева от штрих пунктирной линии. Фототранзистор, как правило, включается по схеме ОЭ с резистором нагрузки Rн в коллекторной цепи (Рис.2.а). Входным сигналом фототранзистора является модулированный световой поток, а выходным — изменение напряжения на его коллекторе.

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Типовая спектральная чувствительность кремниевого фототранзистора

Рассмотрим принцип работы фототранзистора в схеме с разорванной цепью базы. Оптический сигнал генерирует в коллекторном переходе и области пассивной базы носители. Эти носители диффундируют в базе к коллекторному переходу и разделяются его электрическим полем. Не основные носители создают фототок коллекторного перехода, а основные накапливаются в базе и компенсируют заряд неподвижных ионов примесей на границе эмиттерного перехода. Потенциальный барьер перехода снижается, что усиливает инжекцию носителей из эмиттера в базу. Инжектированные носители диффундируют через базу к коллекторному переходу и втягиваются его электрическим полем в область коллектора. Ток инжектированных носителей, а соответственно и образованный ими коллекторный ток многократно превышает фототок оптически генерируемых носителей.

Общий ток коллектора — это сумма фототока Iфб и тока Iкр инжектированных эмиттером дырок, прошедших коллекторный переход.

Коэффициент усиления фототока:

М=(Iфв+Iкр)/Iфб=β+1, если , (1)

где β — статический коэффициент передачи по току транзистора в схеме с ОЭ.

Усиленный в М раз фототок создает падение напряжения на резисторе нагрузки Rн, изменяя напряжение коллектора на:

, (2)

Из этого соотношения следует, что фототранзистор можно представить в виде эквивалентного фотодиода VD и усилительного транзистора VT (Рис.2.б). Эквивалентный фотодиод образован пассивной базой и областью коллектора слева от штрих-пунктирной линии на Рис.2.а, структура усилительного транзистора расположена справа от этой линии. Транзистор увеличил чувствительность эквивалентного фотодиода в ( β+1) раз.

Вывод базы Б фототранзистора иногда используется для подачи смещения при выборе рабочей точки на входной и выходной характеристиках транзистора и обеспечения ее температурной стабилизации.

Семейство выходных характеристик фототранзистора в схеме с ОЭ приведено на Рис.2.в. Фототок образован генерируемыми в области базы неравновесными носителями.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: