چه چیزی فوتوترانزیستور است

چه هستند فوتوترانزیستورها؟

تعریف فوتوترانزیستور

فوتوترانزیستور به عنوان یک دستگاه نیمه‌رسانا با منطقه پایه حساس به نور تعریف می‌شود که به طور خاص برای تشخیص و تقویت سیگنال‌های نوری طراحی شده است.

فوتوترانزیستورها دستگاه‌های نیمه‌رسانا با سه ترمینال (امیتر، پایه و کلکتور) یا دو ترمینال (امیتر و کلکتور) هستند و دارای منطقه پایه حساس به نور می‌باشند. در حالی که تمام ترانزیستورها به نوعی حساس به نور هستند، فوتوترانزیستورها به طور خاص برای تشخیص نور بهینه‌سازی شده‌اند. آنها با استفاده از تکنیک‌های انتشار یا گذار یونی ساخته می‌شوند و دارای مناطق کلکتور و پایه بزرگتری نسبت به ترانزیستورهای معمولی هستند. فوتوترانزیستورها می‌توانند ساختار هموجونکشن (ساخته شده از یک ماده مانند سیلیکون) یا هتروجونکشن (ساخته شده از مواد مختلف) داشته باشند.

در مورد فوتوترانزیستورهای هموجونکشن، کل دستگاه از یک نوع ماده مانند سیلیکون یا جرمانیوم ساخته می‌شود. با این حال برای افزایش کارایی، فوتوترانزیستورها می‌توانند از مواد غیرهمسان (مواد گروه III-V مانند GaAs) در دو طرف یونکشن pn ساخته شوند که منجر به دستگاه‌های هتروجونکشن می‌شود. با این حال، دستگاه‌های هموجونکشن نسبت به دستگاه‌های هتروجونکشن بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا ارزان‌تر هستند.

نماد مداری برای فوتوترانزیستورهای npn در شکل ۲ نشان داده شده است که شامل یک ترانزیستور با دو پیکان به سمت پایه است که حساسیت به نور را نشان می‌دهد. برای فوتوترانزیستورهای pnp، نماد مشابه است، اما پیکان امیتر به داخل اشاره می‌کند و نه به خارج.

اصول عملکرد

فوتوترانزیستورها با جایگزینی جریان پایه با شدت نور کار می‌کنند و اجازه می‌دهند در برنامه‌های تغییر وضعیت و تقویت کار کنند.

نوع‌های پیکربندی

فوتوترانزیستورها می‌توانند در پیکربندی‌های مشترک کلکتور یا مشترک امیتر تنظیم شوند، مشابه ترانزیستورهای معمولی.

عوامل خروجی

خروجی یک فوتوترانزیستور به طول موج نور ورودی، مساحت یونکشن کلکتور-پایه و ضریب جریان مستقیم ترانزیستور بستگی دارد.

مزایای فوتوترانزیستور

مزایای فوتوترانزیستورها عبارتند از:

• ساده، فشرده و کم‌هزینه.

• جریان بالاتر، تقویت‌کننده بیشتر و زمان پاسخ سریع‌تر نسبت به فوتودیودها.

• نتیجه خروجی ولتاژ می‌دهد نه مقاومت نوری.

• حساس به محدوده گسترده‌ای از طول‌موج‌ها از فرابنفش (UV) تا تحت‌قرمز (IR) از طریق تابش مرئی.

• حساس به تعداد زیادی منابع شامل چراغ‌های انسان‌سوز، چراغ‌های فلورسنت، چراغ‌های نئون، لیزرها، شعله‌ها و نور خورشید.

• بسیار قابل اعتماد و پایدار در طول زمان.

• کم‌تر صدابردار نسبت به فوتودیودهای آواتار.

• در انواع مختلف بسته‌بندی موجود است از جمله پوشش‌های اپوکسی، قالب‌بندی‌های انتقالی و سطحی.

معایب فوتوترانزیستور

معایب فوتوترانزیستورها عبارتند از:

• نمی‌توانند ولتاژهای بالا را در صورت ساخته شدن از سیلیکون تحمل کنند.

• عرضه‌پذیر به اسپایک‌ها و سریع‌های الکتریکی.

• تأثیرپذیر از انرژی الکترومغناطیسی.

• اجازه راحت جریان الکترون‌ها را مانند لامپ‌های الکترونی نمی‌دهند.

• پاسخ ضعیف در محدوده‌های بالایی میزان به دلیل ظرفیت بزرگ بین پایه و کلکتور.

• نمی‌توانند سطوح پایین نور را بهتر از فوتودیودها تشخیص دهند.

کاربردها

• تشخیص اشیاء

• حسگرهای کدگذار

• سیستم‌های کنترل الکتریکی خودکار مانند حسگرهای نور

• سیستم‌های امنیتی

• انعام