Conceptes bàsics del fototransistor, diagrama de circuits, avantatges i aplicacions

Què és el fototransistor?

A Fototransistor és un component d'amplificació de corrent i de commutació electrònica que es basa en l'exposició a la llum per funcionar. Quan la llum cau sobre la unió, flueix un corrent invers que és proporcional a la luminància. Els fototransistors s’utilitzen àmpliament per detectar els impulsos de llum i convertir-los en senyals elèctrics digitals. Aquests són operats per la llum en lloc del corrent elèctric. Proporcionant una gran quantitat de guany, de baix cost i aquests fototransistors es podrien utilitzar en nombroses aplicacions.

És capaç de convertir l’energia lluminosa en energia elèctrica. Els fototransistors funcionen de manera similar als fotoresistors coneguts habitualment com LDR (resistència dependent de la llum), però són capaços de produir corrent i voltatge, mentre que els fotoresistors només són capaços de produir corrent a causa del canvi de resistència. Els fototransistors són transistors amb el terminal base exposat. En lloc d’enviar corrent a la base, els fotons de llum impactant activen el transistor. Això es deu al fet que un fototransistor està format per un semiconductor bipolar i enfoca l'energia que hi passa. Són activades per partícules de llum i s’utilitzen en pràcticament tots els dispositius electrònics que d’alguna manera depenen de la llum. Tots els fotosensors de silici (fototransistors) responen a tot el rang de radiació visible, així com als infrarojos. De fet, tots els díodes, transistors, Darlington, triacs, etc. tenen la mateixa resposta de freqüència de radiació bàsica.

El estructura del fototransistor està específicament optimitzat per a aplicacions fotogràfiques. En comparació amb un transistor normal, un fototransistor té una base i un amplador de col·lector més grans i es fa mitjançant difusió o implantació d’ions.

Característiques:

• Fotodetecció de baix cost visible i gairebé IR.
• Disponible amb guanys de 100 a més de 1500.
• Temps de resposta moderadament ràpids.
• Disponible en una àmplia gamma de paquets que inclouen tecnologia de muntatge superficial recobert d’epoxi, modelat per transferència i de superfície.
• Les característiques elèctriques eren similars a les de transistors de senyal .

A fototransistor no és res més que un transistor bi-polar ordinari en què la regió base està exposada a la il·luminació. Està disponible tant en els tipus P-N-P com N-P-N amb diferents configuracions com ara emissor comú, col·lector comú i base comuna. Emissor comú configuració s’utilitza generalment. També pot funcionar mentre es fa oberta la base. En comparació amb el transistor convencional, té més zones de base i col·lector. Els antics fototransistors utilitzaven materials semiconductors simples com el silici i el germani, però ara els components moderns d’un dia utilitzen materials com el gal i l’arseniur per obtenir nivells d’alta eficiència. La base és el conductor responsable d’activar el transistor. És el dispositiu de control de porta per al subministrament elèctric més gran. El col·lector és el cable positiu i el subministrament elèctric més gran. L’emissor és el cable negatiu i la sortida del subministrament elèctric més gran.

Construcció de transistors fotogràfics

Si no cau cap llum al dispositiu, hi haurà un petit flux de corrent a causa dels parells forat-electró generats tèrmicament i la tensió de sortida del circuit serà lleugerament inferior al valor de subministrament a causa de la caiguda de tensió a la resistència de càrrega R. Amb llum en caure sobre la unió col·lector-base, el flux de corrent augmenta. Amb el circuit obert de connexió base, el corrent base-col·lector ha de fluir al circuit emissor base i, per tant, el corrent que flueix s’amplifica mitjançant l’acció del transistor normal. La unió col·lector-base és molt sensible a la llum. La seva condició de treball depèn de la intensitat de la llum. El corrent base dels fotons incidents s’amplifica amb el guany del transistor, donant lloc a guanys de corrent que van des de centenars fins a diversos milers. Un fototransistor és de 50 a 100 vegades més sensible que un fotodiode amb un nivell de soroll inferior.

Circuit de fototransistor:

Un fototransistor funciona igual que un transistor normal, on el corrent base es multiplica per donar el corrent del col·lector, excepte que en un fototransistor, el corrent base està controlat per la quantitat de llum visible o infraroja on el dispositiu només necessita 2 pins.

Diagrama de circuits del fototransistor

A la circuit senzill , suposant que no hi ha res connectat a Vout, el corrent base controlat per la quantitat de llum determinarà el corrent del col·lector, que és el corrent que passa per la resistència. Per tant, el voltatge a Vout es mourà alt i baix en funció de la quantitat de llum. Podem connectar-ho a un amplificador operatiu per augmentar el senyal o directament a una entrada d’un microcontrolador. La sortida d’un fototransistor depèn de la longitud d’ona de la llum incident. Aquests dispositius responen a la llum en una àmplia gamma de longituds d'ona des dels propers UV, passant pel visible fins a la part propera de l'espectre IR. Per a un determinat nivell d’il·luminació de la font de llum, la sortida d’un fototransistor es defineix per l’àrea de la unió col·lector-base exposada i el guany de corrent continu del transistor

Els fototransistors disposen de diferents configuracions com optoisolador, interruptor òptic, sensor retro. Optoisolador és similar a un transformador en què la sortida està aïllada elèctricament de l'entrada. Un objecte es detecta quan entra a l'interval de l'interruptor òptic i bloqueja el recorregut de la llum entre l'emissor i el detector. El sensor retro detecta la presència d’un objecte generant llum i després busca la seva reflectància fora de l’objecte a detectar.

Avantatges dels fototransistors:

Els fototransistors tenen diversos avantatges importants que els separen d’un altre sensor òptic. Alguns d’ells s’esmenten a continuació

• Els fototransistors produeixen un corrent superior als fotodíodes.
• Els fototransistors són relativament econòmics, simples i prou petits per encabir-ne diversos en un sol xip d’ordinador integrat.
• Els fototransistors són molt ràpids i són capaços de proporcionar una sortida gairebé instantània.
• Els fototransistors produeixen una tensió, que les foto-resistències no poden fer-ho.

Desavantatges dels fototransistors:

• Els fototransistors que són de silici no són capaços de manejar tensions superiors a 1.000 volts.
• Els fototransistors també són més vulnerables a les pujades i pujades d’electricitat, així com a l’energia electromagnètica.
• Els fototransistors tampoc no permeten que els electrons es moguin amb tanta llibertat com ho fan altres dispositius, com ara els tubs electrònics.

Aplicacions dels fototransistors

Les àrees d’aplicació del fototransistor inclouen:

• Lectors de targetes perforades.
• Sistemes de seguretat
• Codificadors - mesurar la velocitat i direcció
• Foto de detectors IR
• controls elèctrics
• Circuits de lògica informàtica.
• Relleus
• Control d'il·luminació (autopistes, etc.)
• Indicació de nivell
• Sistemes de recompte

Per tant, es tracta d’una visió general d’un fototransistor . A partir de la informació anterior, podem concloure que els fototransistors s’utilitzen àmpliament en diferents dispositius electrònics per detectar llum, com ara el receptor d’infrarojos, els detectors de fum, els làsers, els reproductors de CD, etc. Aquí teniu una pregunta, quina és la diferència entre el fototransistor i fotodetector?