Фотодиода, фототранзистор - радни и апликативни кругови

Фотодиоде и фототранзистори су полупроводнички уређаји који имају свој п-н полупроводнички спој изложен светлости кроз прозирни поклопац, тако да спољна светлост може реаговати и присилити електричну проводљивост кроз спој.

Како делују фотодиоде

Фотодиода је попут обичне полупроводничке диоде (пример 1Н4148) која се састоји од п-н споја, али има тај спој изложен светлости кроз провидно тело.

Његов рад се може разумети замишљањем стандардне силицијумске диоде која је повезана обрнуто пристрасно преко извора напајања, као што је приказано доле.

У овом стању кроз диоду не протиче струја, осим неке врло мале струје цурења.

Међутим, претпоставимо да имамо исту диоду са спољним непрозирним поклопцем струганим или уклоњеним и повезаним обрнутим напајањем. Ово ће изложити ПН спој диоде светлости и кроз њега ће проћи тренутни проток струје, као одговор на упадну светлост.

То може резултирати струјом од 1 мА кроз диоду, узрокујући развој растућег напона на Р1.

Фотодиода на горњој слици такође може бити повезана на земљу, као што је приказано доле. Ово ће произвести супротан одговор, што ће резултирати смањењем напона на Р1, када је фотодиода осветљена спољном светлошћу.

Рад свих уређаја заснованих на спојевима П-Н је сличан и показаће фотопроводљивост када су изложени светлости.

Шематски симбол фотодиоде може се видети доле.

У поређењу са кадмијум-сулфидним или кадмијум-селенидним фотоћелијама попут ЛДР-а , фотодиоде су углавном мање осетљиве на светлост, али њихов одговор на промене светлости је много бржи.

Из овог разлога, фотоћелије попут ЛДР-а углавном се користе у апликацијама које укључују видљиво светло и где време одзива не мора бити брзо. С друге стране, фотодиоде су посебно одабране у апликацијама које захтевају брзо откривање светла углавном у инфрацрвеном региону.

Фотодиоде ћете наћи у системима као што су инфрацрвени кругови даљинског управљања , релеји за прекидање снопа и алармни кругови уљеза .

Постоји још једна варијанта фотодиоде која користи олово-сулфид (ПбС) и тамо су радне карактеристике прилично сличне ЛДР-овима, али су дизајниране да реагују само на инфрацрвена светла.

Фототрансистори

Следећа слика приказује шематски симбол фото-транзистора

Фототранзистор је углавном у облику биполарног НПН силицијумског транзистора, капсулираног у поклопац са прозирним отвором.

Ради тако што омогућава светлости да кроз провидни отвор дође до ПН споја уређаја. Светлост реагује са изложеним ПН спојем уређаја, покрећући акцију фотопроводљивости.

Фототранзистор је углавном конфигурисан са неповезаним основним пином, као што је приказано у следећа два кола.

На левој бочној слици веза ефективно доводи до тога да је фототранзистор у обрнутој ситуацији, тако да сада ради као фотодиода.

Овде се струја генерисана светлошћу преко основних колекторских терминала уређаја директно враћа назад на базу уређаја, што резултира нормалним појачавањем струје и струјом која излази као излаз са колекторског терминала уређаја.

Ова појачана струја узрокује да се на отпорнику Р1 развије пропорционална количина напона.

Фототрансистори могу да приказују идентичне количине струје на својим пиновима колектора и емитора, због отворене базе, што спречава негативне повратне информације уређаја.

Због ове карактеристике, ако је фототранзистор повезан као што је приказано на десној страни горње слике са Р1 преко емитора и земље, исход је потпуно идентичан као и за конфигурацију на левој страни. Што значи за обе конфигурације, напон развијен на Р1 због проводљивости фототрансистора је сличан.

Разлика између фотодиоде и фототрансистора

Иако је принцип рада сличан за ова два колега, постоји неколико приметних разлика између њих.

Фотодиода може бити оцењена да ради са много вишим фреквенцијама у опсегу од десетина мегахерца, за разлику од фототранзистора који је ограничен на само неколико стотина килохерца.

Присуство основног терминала у фототранзистору чини га повољнијим у поређењу са фотодиодом.

Фототранзистор се може претворити да ради попут фотодиоде повезивањем своје основе са земљом као што је приказано доле, али фотодиода можда неће имати способност да ради као фототранзистор.

Још једна предност основног терминала је у томе што се осетљивост фототранзистора може променити увођењем потенциометра кроз основни емитер уређаја као што је приказано на следећој слици.

У горе наведеном распореду уређај ради као фототрансистор променљиве осетљивости, али ако се уклоне потисне Р2 везе, уређај делује као нормалан фототрансистор, а ако је Р2 кратко спојен на масу, уређај се претвара у фотодиоду.

Избор отпорника за одступање

У свим дијаграмима кола приказаним изнад, одабир вредности Р1 је обично равнотежа између појачања напона и пропусног опсега уређаја.

Како се вредност Р1 повећава, појачање напона се повећава, али опсег корисног опсега опада, и обрнуто.

Даље, вредност Р1 треба да буде таква да уређаји буду присиљени да раде у свом линеарном подручју. То се може урадити уз помоћ покушаја и грешака.

Практично за радне напоне од 5В и 12В било која вредност између 1К и 10К је обично довољна као Р1.

Фототрансистори у Дарлингтону

Они су слични нормалним транзистор дарлингтон са њиховом унутрашњом структуром. Интерно су грађени помоћу два транзистора међусобно спојена како је приказано на следећем шематском симболу.

Спецификације осетљивости фотодарлингтонског транзистора могу бити приближно 10 пута веће од оних за уобичајени фототрансистор. Међутим, радна фреквенција ових јединица је нижа од уобичајених типова и може бити ограничена на само неких 10 с килохерца.

Фотодиоде Пхототрансистор Апплицатионс

Најбољи пример примене фотодиоде и фототранзистора може бити у пољу пријемници лаког таласа или детектори у оптичким далеководима.

Светлосни талас који пролази кроз оптичко влакно може се ефикасно модулирати и аналогним или дигиталним техникама.

Фотодиоде и фототранзистори се такође широко користе за израду фаза у детекторима оптопарери и уређаји за прекидање инфрацрвеног зрака и уређаји за узбуну уљеза.

Проблем приликом дизајнирања ових кола је тај што интензитет светлости која пада на фото осетљиве уређаје може бити врло јак или слаб, а такође могу наићи и на спољне сметње у виду случајних видљивих светла или инфрацрвених сметњи.

Да би се решили ови проблеми, ови апликативни склопови обично раде са оптичким везама које имају специфичну инфрацрвену носећу фреквенцију. Штавише, улазна страна пријемника је ојачана претпојачалом тако да се чак и најслабији од оптичких сигнала повезивања детектује удобно, омогућавајући систему широк опсег осетљивости.

Следећа два апликациона кола показују како а беспрекорна примена може се извршити коришћењем фотодиода кроз фреквенцију модулације носача од 30 кХз.

Су селективни кругови за узбуну фотодиоде на основу претпојачала , и реаговаће на одређени фреквенцијски опсег, осигуравајући сигуран рад система.

У горњем дизајну, Л1, Ц1 и Ц2 филтрирају све остале фреквенције осим предвиђене фреквенције од 30 Хз из инфрацрвене оптичке везе. Чим се ово открије, појачава се К1 и његов излаз постаје активан за оглашавање алармног система.

Алтернативно, систем се може користити за активирање аларма када је оптичка веза прекинута. У овом случају транзистор може бити трајно активан кроз ИР фокус од 30 Хз на фототранзистору. Затим, излаз из транзистора може се инвертовати помоћу другог НПН ступња, тако да, прекид у 30 Хз снопу зрака, ИСКЉУЧУЈЕ К1 и УКЉУЧУЈЕ други НПН транзистор. Овај други транзистор мора да се интегрише кроз кондензатор од 10 уФ из колектора К2 у горњем кругу.

Функционисање доњег кола је слично транзисторизованој верзији, осим фреквенцијског опсега који је за ову апликацију 20 кХз. Такође је селективни систем за откривање претпојачала подешен за откривање ИР сигнала модулационе фреквенције од 20 кХз.

Све док ИР зрак подешен на 20 кХз остаје усредсређен на фотодиоду, он ствара већи потенцијал на инвертујућем улазном пину2 оп амп-а, што премашује излаз потенцијала деливача на неинвертујућем пину оп ампера. Ово доводи до тога да је излазни ефективни ефективни ефективни ниво из опционог појачала близу нуле.

Међутим, тренутак прекида снопа узрокује нагли пад потенцијала на пин2 и пораст потенцијала на пин3. Ово тренутно повисује ефективни напон на излазу оперативног појачала активирајући повезани алармни систем .

Ц1 и Р1 су коришћени да заобиђу било који нежељени сигнал на земљу.

Две фото диоде Д1 и Д2 се користе тако да се систем активира само када се ИЦ сигнали истовремено прекидају преко Д1 и Д2. Идеја се може користити на местима где се морају осетити само дугачке вертикалне мете попут људи, док краћим циљевима попут животиња може бити омогућен слободан пролазак.

Да би се ово применило, Д1 и Д2 морају бити инсталирани вертикално и паралелно једни другима, при чему Д1 може бити постављен стопе изнад земље, а Д2 неких 3 метра изнад Д1 у правој линији.