Фотоприёмники с внутренним усилением
(Фототранзисторы, составные фототранзисторы, фототиристоры)
Фототранзистор
Под действием излучения в Базе происходит генерация фотоносителей, которые разделяются коллекторным переходом. Дырки уходят в p – область, а электроны остаются в Базе (n – области) и создают объёмный электрический заряд. Этот заряд уменьшает потенциальный барьер эмиттерного перехода, обеспечивая инжекцию дырок из Эмиттера в Базу.
Схема с ОЭ:
Выходные характеристики: усиление тока в раз!
Ф4 > Ф3 > Ф2 > Ф1
Чувствительность: Sф. = Sф.д.*
Преимущество: высокая фоточувствительность!
Недостаток: определённая температурная нестабильность фотодиода!
Составной фототранзистор
Схема:
Преимущество: 1*2
Фототиристор
«p-n-p-n»:
I*(1- 1- 2) = Iк0 + Iф1*1 + Iф2 + Iф3*2, (1)
где 1 и 2 - коэффициенты передачи по току транзисторов.
При отсутствии освещения (Iф1 = 0; Iф2 = 0), получим ВАХ для тиристора, определяющую его темновую характеристику.
Ф4 > Ф3 > Ф2 > Ф1 > Ф0
При освещении на структуру, ток фототиристора определяется взаимодействием всех токов и током центрального коллекторного перехода.
В выражении (1) токи Iф1, Iф2, Iф3 - играют роль токов управления тиристора, который при освещении управляет напряжением включения фототиристора. Существует два устойчивых положения фототиристора, с помощью изменения физических параметров структуры: включенное и выключенное.
Ветвь (б – в) - открытое состояние, а (0 – а) - закрытое состояние фототиристора.
Изменение состояния фототиристора происходит скачком, когда один из управляющих параметров (напряжение или входной оптический сигнал) достигают определённого уровня. Фототиристор срабатывает при освещённости 8002000[Люкс]. Чем больше ток управляющего электрода, тем больше нужен оптический сигнал (прямо пропорциональная зависимость). После включения, влиять на характеристики уже невозможно! Для перевода фототиристора в закрытое состояние, надо уменьшить анодный ток до величины называемой током переключения.
Фоторезистор
Принципиально отличается от других фотоприёмников физическими и конструктивно технологическими параметрами.
Принцип действия основан на эффекте фотопроводимости, т.е. на изменении проводимости полупроводника при его освещении!
Световая проводимость: ф = g*( n*n + p*p),
где g – параметр, характеризующий материал полупроводника, из которого сделан фоторезистор;
n и p – подвижность электронов и дырок, соответственно;
n и p – концентрации.
Чем больше световой поток, тем больше n и p!
При отсутствии освещения (Ф = 0), в структуре течёт темновой ток.
Темновой ток: Iт = в*0*U,
где в - параметр, зависящий от свойств полупроводника;
0 – темновая проводимость [0 = g*(n*n0 + p*p0)].
Iф = в*(0 + ф)*U
Особенности: 1) Простота и технологичность изготовления.
2) Малые габариты и масса.
Недостаток: низкое быстродействие 10-2 10-4 [сек]!!!
ВАХ:
Световая
харатеристика: Iф
U2
> U1
ОПТРОН
- это оптоэлектронное устройство, в котором есть излучатель и фотоприёмник, конструктивно и технологически связанных друг с другом.
Принцип действия основан на двойном преобразовании энергии. Электрический сигнал преобразуется в оптический (в излучателе); оптический сигнал передаётся по оптическому каналу к фотоприёмнику и там преобразуется в электрический сигнал.
Преимущества: 1) Высокая электроизоляция входа от выхода.
2) Однонаправленность потока информации.
3) Отсутствие обратной связи с выхода на вход.
4) Широкая полоса пропускания.
5) Возможность бесконтактного управления различными объектами.
6) Невосприимчивость оптического канала к воздействию электро-
магнитного излучения, т.е. не надо экранировать.
7) Возможность создания функциональных микроэлектронных уст - ройств, но с фотоприёмниками, характеристики которых изменя - ются по заданному закону под воздействием оптического излучения.
8) Возможность управления выходным сигналом оптрона, путём воз действия на материал оптического канала.
Недостатки: 1) Низкий КПД (из-за двойного преобразования энергии).
2) Значительная потребляемая мощность.
3) Низкая температурная стабильность.
4) Высокий уровень собственных шумов.
5) Конструктивно технологическое несовершенство, связанное с гиб - ридными технологиями.
Оптроны применяются в качестве развязывающих (изолирующих) четырехполюсников в цепях постоянного и переменного токов, в импульсных и высоковольтных цепях. С их помощью легко согласовать между собой низкоомные и высокоомные, высоковольтные и низковольтные, высокочастотные и низкочастотные цепи. Они применяются в качестве реле для коммутации напряжений и токов, аналоговых преобразователей, оптических разъемов и пр.