Фотоприемники с внутренним усилением
В фотоприемниках с внутренним усилением кроме преобразования оптического излучения в электрический ток имеет место еще и усиление фототока.
К ним в первую очередь относятся фототранзистор и фототиристор.
Фототранзистор
Фототранзисторы составляют весьма представительный отряд оптоэлектронных фотоприемников, наиболее характерными чертами которого являются наличие механизмов встроенного усиления (отсюда высокая фоточувствительность) и схемотехническая гибкость, обусловленная наличием третьего - управляющего - электрода. В то же время фототранзисторам присуща заметная инерционность, что ограничивает область их применения в основном устройствами автоматики и управления.
От обычного биполярного транзистора фототранзистор отличается тем, что в его корпусе предусмотрено прозрачное окно. Фототранзистор обычно включается в электрическую цепь по схеме с ОЭ (Рис 1.11.). База фототранзистора может не иметь внешнего вывода (оборванная база).
Рассмотрим работу фототранзистора.
Напряжение питания включается между коллектором (К) и эмиттером (Э) таким образом, что коллекторный переход (КП) оказывается закрытым, а эмиттерный – открытым.
При отсутствии светового потока через фототранзистор протекает темновой ток Iкэо.
Рис. 1.11. Схема включения фототранзистора |
При облучении базовой области в ней начинается генерация носителей. Дырки диффундируют к КП и под действием электрического поля переносятся в коллекторную область, увеличивая собственный ток КП, а электроны остаются в базе, понижая ее потенциал. При этом на ЭП возникает дополнительное прямое напряжение, что усиливает инжекцию дырок из Э в Б. Инжектированные дырки, достигая КП, вызывают увеличение тока коллектора, таким образом ток коллектора определяется выражением:
Iк = βIф + Iт,
где Iф – фототок.
Фототок в данном случае играет роль тока базы. По сравнению с обычным фотодиодом фототранзистор дает усиление тока в β раз больше, а интегральная чувствительность фототранзистора выше чувствительности фотодиода в β раз: Kфт = βКфд.
Повышение чувствительности – главное преимущество фототранзистора по сравнению с фотодиодом.
Однако это преимущество достигается за счёт резкого снижения температурной стабильности прибора. Поэтому фототранзисторы обычно имеют вывод базы, что позволяет осуществлять температурную стабилизацию режима (при этом имеется некоторый проигрыш в чувствительности). Возможности такой схемы шире, так как на ее вход можно подавать кроме светового электрический сигнал.
Выходные характеристики фототранзистора имеют такой же вид как у обычного транзистора в схеме с ОЭ, но параметром является световой поток.
.
Рис. 1.12 ВАХ фототранзистора.
Световые характеристики фототранзистора линейны и имеют такой же вид, как характеристики фотодиода, работающего с внешним источником напряжения.
Фототиристоры
Фототиристором называется четырехслойная структура p-n-p-n, управляемая светом.
Рис. 1.13. Устройство фототиристора
Фототиристор является аналогом управляемого тиристора с тремя p-n переходами, из которых эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном.
Величина напряжения на фототиристоре выбирается так, что при отсутствии светового потока он закрыт. При освещении области базы p1 в ней происходит генерация носителей заряда. Электроны диффундируют к коллекторному переходу и переносятся его полем в n2-область и там накапливаются. Накопившиеся в n2-области электроны понижают потенциальный барьер второго эмиттерного перехода, что приводит к увеличению инжекции дырок из p2-эмиттера, которые переносятся в p1-базу. Эти дырки вместе с дырками, инжектируемыми светом, понижают потенциальный барьер первого эмиттерного перехода и увеличивают инжекцию электронов из n1-эмиттера и т.д. Происходит лавинное нарастание тока. Фототиристор переходит в открытое состояние. Чем больше световой поток, тем меньше напряжение включения.
ВАХ фототиристора аналогичны ВАХ обычного тиристора, но параметром является световой поток Ф:
Рис. 1.14 ВАХ фототиристора.
При переходе из закрытого состояния в открытое сопротивление фототиристора уменьшается от сотен МОм до единиц Ом .
Фототиристоры используют для коммутации электрических линий большой мощности.
Дата добавления: 2016-02-16; просмотров: 2743;