Was ist ein Fototransistor?
Was ist ein Fototransistor?
Definition des Fototransistors
Ein Fototransistor ist ein Halbleiterbauteil mit einer lichtempfindlichen Basisregion, das speziell für die Detektion und Verstärkung von Lichtsignalen entwickelt wurde.
Fototransistoren sind Halbleiterbauteile mit entweder drei Anschlüssen (Emitter, Basis und Kollektor) oder zwei Anschlüssen (Emitter und Kollektor) und haben eine lichtempfindliche Basisregion. Obwohl alle Transistoren in gewissem Maße lichtempfindlich sind, sind Fototransistoren speziell für die Lichtdetektion optimiert. Sie werden mithilfe von Diffusions- oder Ionenimplantationstechniken hergestellt und haben größere Kollektor- und Basisregionen als normale Transistoren. Fototransistoren können eine Homojunktionsstruktur aus einem Material wie Silizium haben oder eine Heterojunktionsstruktur aus verschiedenen Materialien.
Bei Homojunktionsfototransistoren wird das gesamte Bauteil aus einem einzigen Materialtyp hergestellt, entweder Silizium oder Germanium. Um ihre Effizienz zu erhöhen, können Fototransistoren jedoch aus nicht identischen Materialien (Gruppe III-V-Materialien wie GaAs) auf beiden Seiten der pn-Junktion hergestellt werden, was zu Heterojunktionsbauteilen führt. Dennoch werden Homojunktionsbauteile im Vergleich zu Heterojunktionsbauteilen häufiger verwendet, da sie wirtschaftlicher sind.
Das Schaltzeichen für npn-Fototransistoren, wie in Abbildung 2 dargestellt, zeigt einen Transistor mit zwei Pfeilen, die auf die Basis zeigen, was die Lichtempfindlichkeit anzeigt. Für pnp-Fototransistoren ist das Symbol ähnlich, aber der Pfeil am Emitter zeigt nach innen statt nach außen.
Funktionsprinzip
Fototransistoren funktionieren, indem sie den Basisstrom durch Lichtintensität ersetzen, was es ihnen ermöglicht, in Schalt- und Verstärkeranwendungen eingesetzt zu werden.
Konfigurationsarten
Fototransistoren können in Gemeinsamer-Kollektor- oder Gemeinsamer-Emitter-Konfigurationen eingerichtet werden, ähnlich wie reguläre Transistoren.
Ausgabefaktoren
Die Ausgabe eines Fototransistors hängt von der Wellenlänge des einfallenden Lichts, der Fläche der Kollektor-Basis-Junktion und dem Gleichstromverstärkungsfaktor des Transistors ab.
Vorteile des Fototransistors
Die Vorteile von Fototransistoren umfassen:
Einfach, kompakt und kostengünstig.
Höhere Stromstärke, höhere Verstärkung und schnellere Reaktionszeiten im Vergleich zu Photodioden.
Erzeugt eine Ausgangsspannung, im Gegensatz zu Photoresistoren.
Empfindlich gegenüber einem breiten Spektrum von Wellenlängen, von ultraviolett (UV) bis infrarot (IR), einschließlich sichtbarem Licht.
Empfindlich gegenüber einer Vielzahl von Lichtquellen, darunter Glühlampen, Leuchtstofflampen, Neonlampen, Lasern, Flammen und Sonnenlicht.
Hochgradig zuverlässig und zeitlich stabil.
Weniger rauschend im Vergleich zu Avalanche-Photodioden.
In vielfältigen Gehäuseformen verfügbar, einschließlich Epoxidbeschichtung, Transferformung und Oberflächenmontage.
Nachteile des Fototransistors
Die Nachteile von Fototransistoren umfassen:
Kann keine hohen Spannungen verarbeiten, wenn es aus Silizium hergestellt ist.
Anfällig für elektrische Spitzen und Überspannungen.
Beeinträchtigt durch elektromagnetische Energie.
Erlaubt keinen einfachen Elektronenfluss im Gegensatz zu Elektronenröhren.
Schlechte Hochfrequenzantwort aufgrund einer großen Basis-Kollektor-Kapazität.
Kann niedrige Lichtintensitäten nicht besser als Photodioden detektieren.
Anwendungen
Objekterkennung
Encoder-Sensoren
Automatische elektrische Steuerungssysteme, wie Lichtdetektoren
Sicherheitssysteme
Lochkartenleser
Relais
Computerschaltkreise
Zählsysteme
Rauchmelder
