Фототранзисторы

Значительно выше по сравнению с фотодиодами интегральная чувствительность у фототранзисторов.Биполярный фототранзисторпредставляет собой обычный транзистор, но в корпусе его сделано прозрачное «окно», через которое световой поток может воздействовать на область базы. Схема включения биполярного фототранзистора типаp-n-pсо «свободной», т.е. никуда не включенной, базой, приведена на рис.4.10. Обычно на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное.

Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей заряда – электронов и дырок. Они диффундируют к коллекторному переходу, в котором происходит их разделение так же, как и в фотодиоде. Дырки под действием поля коллекторного перехода идут из базы в коллектор и увеличивают ток коллектора. А электроны остаются в базе и повышают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию дырок в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток коллектора. В транзисторе типаn-p-nвсе происходит аналогично.

Интегральная чувствительность у фототранзистора в десятки раз больше, чем у фотодиода, и может достигать сотен мА на люмен.

Выходные характеристики фототранзистора показаны на рис.4.11. Они аналогичны выходным характеристикам для включения транзистора по схеме с общим эмиттером, но различные кривые соответствуют различным значениям светового потока, а не тока базы.

Параметры фототранзистора – интегральная чувствительность, рабочее напряжение (10-15 В), темновой ток (до десятков мА), максимальная допустимая рассеиваемая мощность (до десятков мВт), граничная частота. Фототранзисторы, изготовленные сплавным методом, имеют граничные частоты до нескольких кГц, а изготовленные диффузионным методом (планарные) могут работать на частотах до нескольких МГц. Недостаток фототранзисторов – сравнительно высокий уровень собственных шумов.

Частотные свойства ртанзистора обуславливаются временем рекомбинации неосновных носителей заряда в базе (временем восстановления их малой концентрации) при исчезновении светового потока. В реальных схемах вывод базы и эмиттера могут быть соеденины резистором 20-100 кОм. Тогда при исчезновении светового потока неосновные носители из базы могут дополнительно уходить в эмиттер через резистор, что уменьшит время восстановления их концентрации и улучшит частотные свойства оптотранзистора.

Фототиристоры

Тиристорныечетырехслойные структурыp-n-p-n(рис.4.12) могут управляться световым потоком, подобно тому, как триодные тиристоры управляются напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов. При действии света на область базыp₁в этой области генерируются электроны и дырки, которые диффундируют кp-n-переходам. Электроны, попадая в область перехода П₂, находящегося под обратным напряжением, уменьшают его сопротивление. За счет этого происходит перераспределение напряжения, приложенного к тиристору: напряжение на переходе П₂несколько уменьшается, а напряжение на переходах П₁и П₃несколько увеличиваются. Но тогда усиливается инжекция в переходах П₁и П₃, к переходу П₂приходят инжектированные носители, его сопротивление снова уменьшается и происходит дополнительное перераспределение напряжения, еще больше усиливается инжекция в переходах П₁и П₃, ток лавинообразно нарастает (см. штриховые линии на рис.4.13), т.е. тиристор отпирается.

Чем больше световой поток, действующий на тиристор, тем при меньшем напряжении включается тиристор. Это наглядно показывают вольтамперные характеристики фототиристора, приведенные на рис.4.13. После включения на тиристоре устанавливается небольшое напряжение и почти все напряжение источника Е падает на нагрузке.

Фототиристоры могут успешно применяться в различных автоматических устройствах в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей. Важные достоинства фототиристоров – малое потребление мощности во включенном состоянии, малые габариты, отсутствие искрения, малое (доли секунды) время включения.