|
|
|
ФОТОТРАНЗИСТОРПри включении транзистора в схему с источником питания (батареей), внутри контура, в состав того входит переход база-эмиттер, начинает течь фо-тоиндуцированный ток. Усиление тока в фототранзисторе происходит также как в традиционном биполярном транзисторе. В результате этого коллекторный ток значительно возрастает. 
Рис. 14.11. Энергетические зоны фототранзистора
На рис. 14.11 отображены энергетические зоны фототранзистора. Фотодиод напрямую преобразует фотоны в носители зарядов — один
фотон образует одну пару электрон-дырка. Фототранзисторы помимо
фотоэлектрического преобразования выполняют функцию усиления тока, что
значительно повышает чувствительность детектора. Переход коллектор-база
является обратно смещенным диодом, работающим как описано в предыдущем сайте. Фотоин-дуцированный ток базы возвращается на коллектор через эмиттер и внешнюю
часть схемы. При этом электроны, попадающие в базовую область со стороны
эмиттера, выталкиваются электрическим полем в зону коллектора. Чувствительность
фототранзистора определяется эффективностью работы перехода база-коллектор и коэффициентом
усиления по постоянному току транзистора. Поэтому можно утверждать, что
чувствительность является функцией коллекторного тока.
Коллекторный ток связан с окружающей температурой линейной
зависимостью с положительным наклоном, равным 0.00б67/°С. Поскольку
температурный коэффициент фототока коллектор-база составляет только =0.001/°С,
такая температурная зависимость коллекторного тока, в основном, объясняется
ростом коэффициента усиления по току при увеличении температуры. Вольтамперные
характеристики фототранзисторов (зависимости коллекторного тока от напряжения
на коллекторе) имеют тот же вид, что и у обычных транзисторов. Поэтому для
расчета схем с фототранзисторами можно применять традиционные методы разработки
транзисторных цепей, за исключением того, что здесь база является входом для
фотоиндуцированного тока, текущего со стороны коллектора. Фотоэлектрический
процесс протекает, в основном, в зоне коллектор-база, поэтому чем шире эта
область, тем больше носителей зарядов будет образовано. Очевидно, что всегда
надо стремиться увеличивать, насколько это возможно, площадь окошка для
попадания света. Фототранзисторы бывают двух типов: с двумя и тремя выводами. В
последнем случае фототранзистор может использоваться не только как
фоточувствительный элемент, но и как обычный биполярный транзистор, что
обеспечивает разработчику дополнительную гибкость при проектировании
электронных цепей. Однако в качестве фотосенсоров чаще применяются
фототранзисторы с двумя выводами.
На рис. 14.12 отображена эквивалентная схема фототранзистора с
плавающей базой. Два конденсатора С и С соответствуют емкостям переходов
база-эмиттер и база-коллектор и являются факторами, ограничивающими
быстродействие устройства. Максимальную частоту рабочего диапазона можно
оценить при помощи выражения:
Рис. 14.12. Эквивалентная схема фототранзистора
Для повышения чувствительности фотодетектора, особенно когда нет потребности в высоком быстродействии устройства, рекомендуется применять интегрированный детектор Дарлингтона. Такой детектор состоит из фототранзистора, эмиттер того соединен с базой биполярного транзистора. Коэффициент усиления схемы Дарлингтона равен произведению коэффициентов усиления двух транзисторов, что позволяет значительно увеличить чувствительность фотодетектора. Для многих применений очень важной характеристикой является пространственное разрешение как источника света, так и детектора. Оптические компоненты позволяют существенно повысить эффективность работы фотодетекторов. Давайте, к примеру, рассмотрим точечный источник света, который необходимо обнаружить при помощи фотодетектора (рис. 14.1 ЗА). Из уравнения (14.10) видно, что выходной сигнал датчика пропорционален световой мощности принятого излучения, которая, в свою очередь, пропорциональна площади поверхности приемника. На рис. 14.13Б отображен способ значительного увеличения площади при помощи фокусирующей линзы. Эффективность одиночной линзы определяется ее коэффициентом преломления п. Суммарное повышение чувствительности можно оценить по уравнениям (4.5) и (4.8) из главы 4: 
где А и а — эффективные площади линзы и чувствительной зоны
фотодетектора. Для стекла и большинства пластмасс при работе в видимом и
ближнем ИК спектральных диапазонах это выражение может быть значительно
упрощено:
Рис. 14.13. Эффективность детектора зависит от площади
поверхности чувствительной зоны а (А) и площади фокусирующей системы А (Б)
рекомендуется отметить, что для эффективной работы всей системы
необходимо внимательно рассчитать местоположение линзы, в противном случае, она
может принести больше вреда, чем пользы. к примеру, многие фотодетекторы имеют
встроенные линзы для работы с параллельными лучами. Дополнительная линза,
поставленная перед таким детектором, приведет к появлению непараллельности
лучей на входе фотодатчика, в результате чего произойдет рассогласование
оптической системы и ухудшение ее рабочих характеристик. Поэтому при применении
дополнительных оптических устройств всегда необходимо учитывать собственные
оптические характеристики детектора.
.
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
