อะไรคือ Phototransistors

อะไรคือ Phototransistors?

คำนิยามของ Phototransistor

Phototransistor ถูกกำหนดให้เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำที่มีพื้นฐานที่ไวต่อแสง ออกแบบมาเพื่อตรวจจับและขยายสัญญาณแสงโดยเฉพาะ

Phototransistors เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำที่มีเทอร์มินัลสามตัว (emitter, base, และ collector) หรือสองตัว (emitter และ collector) และมีพื้นฐานที่ไวต่อแสง แม้ว่าทรานซิสเตอร์ทั้งหมดจะมีความไวต่อแสงบ้าง แต่ phototransistors ได้รับการปรับแต่งเพื่อการตรวจจับแสงโดยเฉพาะ ทำจากเทคนิคการแพร่กระจายหรือการฝังไอออน และมีพื้นที่ collector และ base ที่ใหญ่กว่าทรานซิสเตอร์ทั่วไป Phototransistors สามารถมีโครงสร้าง homojunction ทำจากวัสดุเดียวเช่นซิลิกอน หรือโครงสร้าง heterojunction ทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน

ในกรณีของ phototransistors ที่มีโครงสร้าง homojunction อุปกรณ์ทั้งหมดจะทำจากวัสดุประเภทเดียว ไม่ว่าจะเป็นซิลิกอนหรือเจอร์เมเนียม อย่างไรก็ตาม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ phototransistors สามารถทำจากวัสดุที่ไม่เหมือนกัน (วัสดุกลุ่ม III-V เช่น GaAs) บนด้านใดด้านหนึ่งของ pn junction นำไปสู่อุปกรณ์ heterojunction อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ homojunction มักใช้มากกว่าอุปกรณ์ heterojunction เนื่องจากมีราคาถูกกว่า

สัญลักษณ์วงจรสำหรับ npn phototransistors แสดงโดยรูปที่ 2 ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ที่มีลูกศรสองตัวชี้ไปที่ฐาน แสดงถึงความไวต่อแสง สำหรับ pnp phototransistors สัญลักษณ์คล้ายกัน แต่ลูกศรที่ emitter ชี้เข้าแทนที่จะชี้ออก

หลักการทำงาน

Phototransistors ทำงานโดยการแทนที่กระแสฐานด้วยความเข้มของแสง ทำให้สามารถทำงานในแอปพลิเคชันการสวิตช์และการขยายสัญญาณ

ประเภทของการตั้งค่า

Phototransistors สามารถตั้งค่าในรูปแบบ common collector หรือ common emitter คล้ายกับทรานซิสเตอร์ทั่วไป

ปัจจัยที่ส่งผลต่อผลลัพธ์

ผลลัพธ์ของ phototransistor ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ พื้นที่ของจุดเชื่อมต่อ collector-base และค่า gain กระแสตรงของทรานซิสเตอร์

ข้อดีของ Phototransistor

ข้อดีของ phototransistors รวมถึง:

• ง่าย กะทัดรัด และราคาถูกกว่า

• กระแสสูง gain สูง และเวลาตอบสนองเร็วกว่า photodiodes

• ให้แรงดันไฟฟ้าออกต่างจาก photo resistors

• ไวต่อช่วงความยาวคลื่นที่กว้างตั้งแต่ ultraviolet (UV) ถึง infrared (IR) ผ่านรังสีที่มองเห็นได้

• ไวต่อแหล่งกำเนิดแสงหลายแหล่ง รวมถึงหลอดไฟไส้ หลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ หลอดไฟนีออน เลเซอร์ ไฟไหม้ และแสงแดด

• มีความเชื่อถือได้สูงและมีความเสถียรทางกาลเวลา

• มีเสียงรบกวนน้อยกว่า avalanche photodiodes

• มีให้เลือกหลากหลายรูปแบบแพ็คเกจ รวมถึงเคลือบด้วยอีพ็อกซี่ หล่อโอน และติดตั้งบนพื้นผิว

ข้อเสียของ Phototransistor

ข้อเสียของ phototransistors รวมถึง:

• ไม่สามารถรับแรงดันไฟฟ้าสูงได้หากทำจากซิลิกอน

• ไวต่อสภาวะไฟฟ้ากระชากและไฟฟ้าพุ่ง

• ได้รับผลกระทบจากพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า

• ไม่สามารถให้การไหลของอิเล็กตรอนได้ง่ายเหมือนหลอดอิเล็กตรอน

• มีการตอบสนองความถี่สูงที่ไม่ดีเนื่องจากมีความจุระหว่างฐานและคอลเลคเตอร์สูง

• ไม่สามารถตรวจจับระดับแสงต่ำได้ดีกว่า photodiodes

การประยุกต์ใช้งาน

• การตรวจจับวัตถุ

• การตรวจจับรหัส

• ระบบควบคุมไฟฟ้าอัตโนมัติ เช่น ในเครื่องตรวจจับแสง

• ระบบความปลอดภัย

• เครื่องอ่านบัตรเจาะรู

• รีเลย์

• วงจรลอจิกคอมพิวเตอร์

• ระบบการนับ

• เครื่องตรวจจับควัน