Spis treści:
Fototranzystor to element elektroniczny łączący funkcje tranzystora i fotodiody. Jaki jest jego mechanizm działania i do czego można go zastosować?
Czym jest fototranzystor?
Fototranzystor to jeden z wariantów tranzystora, czyli elementu elektronicznego złożonego z trzech warstw półprzewodnika o zmiennych typach przewodnictwa: emitera, bazy i kolektora. Standardowe tranzystory są sterowane prądem, podczas gdy w przypadku fototranzystorów zmiana wartości na kolektorze jest zależna od natężenia światła. Można zatem stwierdzić, że komponenty tego typu łączą właściwości fotodiody i tranzystora, a podstawą. Podstawą ich zastosowania jest zależność wartości większego prądu pomiędzy złączem baza-kolektor od zmian wartości prądu mniejszego, płynącego w złączu baza-emiter.
Charakterystyczną cechą fototranzystorów jest znacznie większa czułość na światło niż w przypadku standardowych komponentów tego rodzaju, co można osiągnąć poprzez odsłonięcie terminala bazowego. W efekcie możliwa jest precyzyjna zmiana prądu płynącego między emiterem a kolektorem w reakcji na zmianę natężenia oświetlenia. To sprawia, że fototranzystory znajdują zastosowanie m.in. w różnego rodzaju czujnikach optycznych.
Jak działa fototranzystor?
Praca fototranzystora opiera się na wykorzystaniu podstawowej koncepcji działania tranzystora bipolarnego. Tego typu komponenty można stworzyć poprzez wystawienie półprzewodnika zwykłego tranzystora na działanie światła – przeważnie są to elementy o niemal identycznej konstrukcji, różniące się jedynie brakiem obudowy przy terminalu bazowym. W efekcie elektrony uwalniane przez światło padające na półprzewodnik mogą powodować przepływ prądu bazy, który jest proporcjonalnie przenoszony na kolektor.
W fototranzystorach wartość prądu w złączu baza-kolektor jest sterowana natężeniem światła padającego na półprzewodnik. Fotony polaryzują złącze w kierunku przewodzenia, przez co na wyjściu zaczyna przepływać prąd o wartości zależnej od wartości natężenia oświetlenia. W momencie, gdy tranzystor nie jest oświetlony, nie przewodzi on prądu.
Jakie są różnice pomiędzy fototranzystorem a standardowym tranzystorem?
Budowa fototranzystora jest bardzo podobna do zwykłego tranzystora. Różnice mogą jednak dotyczyć zastosowanych półprzewodników, a także obudowy elementu. Przy standardowych wariantach wykorzystuje się przede wszystkim german i krzem – choć mogą one być użyte również w fototranzystorach, obecnie częstszym widokiem jest m.in. gal, który cechuje się znacznie mocniejszą reakcją na światło. Obudowa jest z kolei konstruowana tak, by umożliwić padanie światła na obszar bazy: w tym celu można zastosować np. przezroczysty plastik. Co więcej, w fototranzystorach zazwyczaj nie stosuje się wyprowadzenia bazy na zewnątrz.
Fotodioda a fototranzystor
Zarówno fotodioda, jak i fototranzystor przekształcają energię świetlną w energię elektryczną. Są to jednak komponenty o nieco innym zastosowaniu, co wynika z różnic w ich właściwościach. W szczególności należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:
- wzmocnienie prądowe fototranzystora jest większe niż fotodiody (gdy na obydwa elementy pada taka sama ilość światła);
- fototranzystor cechuje się wyższą czułością niż fotodioda;
- fotodiodę można przekształcić w fototranzystor;
- fototranzystor może być bardziej kompaktowy i łatwiejszy w zastosowaniu niż fotodioda wraz z dodatkowymi układami wzmacniającymi, jeśli te są w użyciu;
- fototranzystory są często mniej wrażliwe na zmiany temperatury niż niektóre fotodiody – to szczególnie istotne w sytuacjach, w których stabilność termiczna ma znaczenie.
Fototranzystor – zastosowanie
Jedną z najważniejszych cech fototranzystorów jest wysoka czułość, która łączy się z szybką zmianą wartości na wyjściu w reakcji na zmiany natężenia światła padającego na bazę. Z tego względu stosuje się je często w układach wymagających dużej dynamiki, przeznaczonych do wykrywania promieniowania. Mowa przede wszystkim o układach pomiarowych, takich jak przetworniki analogowo-cyfrowe. To jednak tylko jeden z wielu możliwych obszarów wykorzystania fototranzystorów – komponenty z tej rodziny są stosowane również m.in. w systemach bezpieczeństwa, systemach liczących czy układach służących do kontroli oświetlenia.
Fototranzystory można ponadto spotkać w wielu sprzętach codziennego użytku, których funkcjonalność opiera się na reagowaniu na światło. Wśród urządzeń wykorzystujących tego typu elementy można wymienić np. odtwarzacze CD czy czujniki dymu. Ponadto fototranzystory znajdują zastosowanie w odbiornikach podczerwieni i w układach wykorzystujących lasery do wykrywania światła.
Jakie są zalety i wady fototranzystorów? Jak dobrać fototranzystor do konkretnego zastosowania?
Wśród zalet fototranzystorów należy wyróżnić fakt, że są to urządzenia o dużym wzmocnieniu i stosunkowo wysokiej czułości. Należą także do stosunkowo tanich komponentów, co pozwala na bezproblemowe zastosowanie w wielu projektach. Warto zwrócić uwagę także na możliwość łatwego podłączenia do wybranego układu scalonego poprzez standardowe wyprowadzenia.
Fototranzystory nie zawsze będą jednak optymalnym wyborem – należy pamiętać, że komponenty tego typu nie radzą sobie z wysokimi napięciami innych urządzeń półprzewodnikowych, takich jak fototyrystory. Są też podatne na uszkodzenia mechaniczne, które narażają je m.in. na przejściowe skoki napięcia czy przepięcia.
Aby dobrać fototranzystor do danego projektu, warto zasugerować się charakterystyką prądowo-napięciową produktu i określić właściwy punkt pracy tego elementu. Kluczową kwestią jest zazwyczaj długość fali, dla której fototranzystor osiąga najwyższą czułość.
Gdzie szukać fototranzystorów wysokiej jakości?
Fototranzystory to część bogatego asortymentu sklepu Botland. W naszej ofercie znaleźć można fototranzystory o różnorodnej charakterystyce – o maksymalnej czułości dla fal o długości 570 nm, 870 nm, 925 nm czy 940 nm. Warto zwrócić uwagę, że mogą one zostać wykorzystane zarówno przy pracy ze światłem widzialnym, jak i promieniowaniem z zakresu podczerwieni. Zapraszamy do zapoznania się z naszym asortymentem – z nami przygotujesz projekty o niemal dowolnej funkcjonalności!
