4.2. Фототранзисторы, фототиристоры, оптроны.

Устройство, принцип действия

Фототранзисторами называются полупроводниковые приборы с трёхслойной структурой типа n-p-n или p-n-p с двумя запирающими p-n переходами при отключенной базе, освещаемой через окно в корпусе.

На рис.4.8 изображена схема фототранзистора р-n-р структуры, поясняющая его устройство и принцип действия.

Рис.4.8. Схема фототранзистора р-n-р структуры, поясняющая его устройство и принцип действия

Фототранзистор имеет два рабочих электрода эмиттер Э и коллектор К, через окно база Б управляется световым потоком Ф. В исходном положении (без освещения) для цепи, в которой фототранзистор ФТ питается через нагрузочное сопротивление от источниказапирающий переходП1 открыт, а переход П2 закрыт. При освещении, под действием фотонов света, в базовой области образуются пары электрон-дырка носителей зарядов. Дырки, под действием внешнего источника , проходят через закрытый коллекторныйn-p-переход П2, вызывая образование и увеличение фототока , пропорционально увеличению освещения базы. На рис.4.9 изображены вольтамперные характеристики фототранзистораприФ = Const.

Рис.4.9. Вольтамперные характеристики фототранзистора р-n-р структуры при постоянных значениях световых потоков

Фототранзисторы отличаются от фотодиодов большой чувствительностью.

Фототиристорами называются полупроводниковые приборы p1-n1-p2-n2 структуры с тремя запирающими переходами П1, П2, П3, двумя рабочими электродами анод А, катод К и, отключенным управляющим электродом УЭ. Управление фототиристором производится световым потоком Ф через окно области p2, расположенное в районе управляющего электрода.

На рис.4.10 изображены структура фототиристора и схема подключения его к источнику питания через нагрузку.

Рис.4.10. Структура фототиристора и схема подключения его к источнику питания через нагрузку

Без светового потока Ф переход П2 закрыт. При освещении через окно в области p2 происходит фотогенерация носителей зарядов электрон-дырка. Из области n1 дырки переходят в область p2 и далее через открытый переход П3 в область n2. При питании через нагрузку проходит фототок , который пропорционален, падающему на фототиристор световому потокуФ. Без освещения фототиристор может быть использован как обычный тиристор.

По сравнению с фототранзисторами фототиристоры обладают высокой нагрузочной способностью при малой мощности светового сигнала, а также памятью и высоким быстродействием.

На рис.4.11 изображены вольтамперные характеристики фототиристора приФ = Const, которые показывают, что при увеличении светового потока Ф уменьшается напряжение переключения .

Рис.4.11. Вольтамперные характеристики фототиристора при постоянных значениях световых потоков

Оптронами называются полупроводниковые приборы, содержащие источник излучения и приемник излучения, управляемый этим излучением.

На рис.4.12 изображён оптрон, в котором в качестве источника излучения используется светодиод, а в качестве приёмника фототранзистор, объединённые в одной конструкции. Приёмником может быть фоторезистор, фотодиод, фототиристор. Оптрон может работать в качестве усилительного или переключающегося элемента. Преимущество оптрона – гальваническая развязка входной и выходной цепей.

На рис.4.13 изображены вольтамперные характеристики оптрона приФ = Const.

Рис.4.12. Схема подключения оптрона к источникам питания

Рис.4.13. Вольтамперные характеристики оптрона при постоянных значениях световых потоков светодиода