Фототранзистор із простого транзистора. Як зробити фотореле в домашніх умовах - найпростіший спосіб Фототранзистор

Які бувають фотодатчики

У різних електронних пристроях, пристроях домашньої та промислової автоматики, різних радіоаматорських конструкціях фотодатчикивикористовуються дуже широко. Хто хоч раз розбирав стару комп'ютерну мишуЯк її називали «комівську», ще з кулькою всередині, напевно бачив коліщатка з прорізами, що крутилися в щілини фотодатчиків.

Подібні фотодатчики називаються фотопереривниками- переривають потік світла. З одного боку такого датчика знаходиться джерело - зазвичай інфрачервоний (ІЧ), з іншого фототранзистор (якщо бути точніше, то два фототранзистори, в деяких моделях фотодіода, щоб визначити ще й напрямок обертання). При обертанні коліщатка з прорізами на виході фотодатчика виходять електричні імпульси, що є інформацією про кутове положення цього коліщатка. Такі пристрої називаються енкодерами. Причому енкодер може бути просто контактним, згадайте коліщатко у сучасної мишки!

Фотопереривачі використовуються не тільки в «мишках», а й в інших пристроях, наприклад, датчиках частоти обертання будь-якого механізму. У цьому випадку застосовується одинарний фотодатчик, адже напрямок обертання визначати не потрібно.

Якщо з якихось міркувань, найчастіше для ремонту, залізти в інші пристрої електронної техніки, то фотодатчики можна виявити в принтерах, сканерах та копірах, у приводах CD дисководів, у DVD плеєрах, касетних відеомагнітофонах, відеокамерах та іншій апаратурі.

То які ж бувають фотодатчики, і що вони собою представляють? Просто подивимося, не вникаючи у фізику напівпровідників, не знаючись на формулах і не вимовляючи незрозумілих слів (рекомбінація, розсмоктування неосновних носіїв), що називається «на пальцях», як ці фотодатчики працюють.

Малюнок 1. Фотопереривник

Фоторезистор

З ним усе зрозуміло. Як звичайний постійний резистор має омічний опір, напрямок підключення у схемі ролі не грає. Тільки на відміну від постійного резисторазмінює опір під впливом світла: при освітленості воно зменшується у кілька разів. Кількість цих раз залежить від моделі фоторезистора, в першу чергу від його темнового опору.

Конструктивно фоторезистори являють собою металевий корпус зі скляним віконцем, крізь яке видно сірого кольору пластинка із зигзагоподібною доріжкою. Пізніші моделі виконувалися в пластмасовому корпусі з прозорим верхом.

Швидкодія фоторезисторів невелика, тому вони можуть працювати лише на дуже низьких частотах. Тому в нових розробках вони майже не використовуються. Але трапляється, що в процесі ремонту старої техніки зустрітися з ними доведеться.

Щоб перевірити справність фоторезистора, достатньо перевірити його опір за допомогою мультиметра. За відсутності освітлення опір має бути більшим, наприклад, у фоторезистора СФ3-1 темновий опір за довідковими даними 30МОм. Якщо його висвітлити, то опір впаде до кількох ком. Зовнішній вигляд фоторезистора показано малюнку 2.

Малюнок 2. Фоторезистор СФ3-1

Фотодіоди

Дуже схожі на звичайний діод випрямляння, якби не властивість реагувати на світло. Якщо його «дзвонити» тестером, краще несучасним стрілочним, то за відсутності освітлення результати будуть ті ж, як у випадку вимірювання звичайного діода: у прямому напрямку прилад покаже маленький опір, а у зворотному стрілка приладу майже не зрушить з місця.

Говорять, що діод включений у зворотному напрямку (цей момент слід запам'ятати), тому струм через нього не йде. Але якщо в такому включенні фотодіод засвітити лампочкою, то стрілка різко спрямує до нульової позначки. Такий режим роботи фотодіода називається фотодіодним.

Ще у фотодіода є фотогальванічний режим роботи: при попаданні на нього світла він, як , виробляє слабку напругу, яку, якщо підсилити, можна використовувати як корисний сигнал. Але частіше фотодіод використовується у фотодіодному режимі.

Фотодіоди старої конструкції по зовнішньому виглядупредставляють металевий циліндрик із двома висновками. З іншого боку, знаходиться скляна лінза. Сучасні фотодіоди мають корпус просто з прозорої пластмаси, точно такий же як і світлодіоди.

Мал. 2. Фотодіоди

Фототранзистори

На вигляд бувають просто не відрізняються від світлодіодів, той же корпус з прозорої пластмаси або циліндрик зі скляшкою в торці, а з нього два висновки - колектор і емітер. Базовий висновок фототранзистору начебто не потрібний, адже вхідним сигналом для нього є світловий потік.

Хоча, деякі фототранзистори виведення бази все ж таки мають, що дозволяє крім світла керувати транзистором ще й електричним способом. Таке можна зустріти у деяких транзисторних оптронів, наприклад АОТ128 та імпортних 4N35 - по суті функціональних аналогів. Між основою і емітером фототранзистора включають резистор, щоб кілька прикрити фототранзистор, як показано малюнку 4.

Малюнок 3. Фототранзистор

У нашого оптрона зазвичай «вішають» 10 – 100Ком, а ось у імпортного «аналогу» близько 1МОм. Якщо навіть поставити 100КОм, він працювати не буде, транзистор просто наглухо закритий.

Як перевірити фототранзистор

Фототранзистор досить просто перевірити тестером, навіть якщо у нього немає виведення бази. При підключенні омметра в будь-якій полярності опір ділянки колектор - емітер досить великий, оскільки транзистор закритий. Коли на лінзу потрапить світло достатньої інтенсивності та спектру, то омметр покаже маленький опір – транзистор відкрився, якщо, звичайно, вдалося вгадати полярність підключення тестера. Насправді така поведінка нагадує традиційний транзистор, тільки той відкривається електричним сигналом, а цей світловим потоком. Крім інтенсивності світлового потоку чималу роль відіграє спектральний склад. Про особливості перевірки транзисторів дивіться.

Спектр світла

Зазвичай фотодатчики налаштовані певну довжину хвилі світлового випромінювання. Якщо це випромінювання інфрачервоного діапазону, такий датчик погано реагує на синій і зелений світлодіоди, досить добре на червоний, лампу розжарювання і само собою на інфрачервоний. Також погано сприймає світло від люмінесцентних ламп. Тому причиною поганої роботи фотодатчика може бути просто невідповідний спектр джерела світла.

Вище було написано, як продзвонити фотодіод та фототранзистор. Тут слід звернути увагу на таку начебто дрібницю, як тип вимірювального приладу. У сучасного цифрового мультиметра як продзвінки напівпровідників плюс перебуває там, де і за вимірі постійного напруги, тобто. на червоному дроті.

Результатом вимірювання буде падіння напруги в мілівольтах на p-n переході у прямому напрямку. Як правило, це цифри в межах 500 – 600, що залежить не тільки від типу напівпровідникового приладу, а й від температури. При збільшенні температури ця цифра зменшується на 2 за кожен градус Цельсія, що з температурним коефіцієнтом опору ТКС.

При користуванні стрілочним тестером треба пам'ятати, що в режимі вимірювання опорів плюсовий висновок знаходиться на мінусі в режимі вимірювання напруг. За таких перевірок висвітлювати фотодатчики краще лампоюрозжарювання з близької відстані.

Поєднання фотодатчика з мікроконтролером

У Останнім часомбагато радіоаматорів захопилися конструюванням роботів. Найчастіше це щось таке на вигляд примітивне, наче коробки з батарейками на коліщатках, але дуже розумне: все чує, бачить, перешкоди об'їжджає. Ось бачить він все якраз за рахунок фототранзистрів чи фотодіодів, а може навіть фоторезисторів.

Тут все відбувається дуже просто. Якщо це фоторезистор, достатньо підключити його, як зазначено на схемі, а у випадку з фототранзистором або фотодіодом, щоб не переплутати полярність попередньо продзвонити їх, як було зазначено вище. Особливо корисно цю операцію зробити, якщо деталі не нові, переконатися в їхній придатності. Підключення різних фотодатчиків показано на малюнку 4.

Малюнок 4. Схеми підключення фотодатчиків до мікроконтролера

Вимірювання освітленості

Фотодіоди та фототранзистори мають малу чутливість, високу нелінійність та дуже вузький спектр. Основне застосування цих фотоприладів – робота в ключовому режимі: увімкнено – вимкнено. Тому створення вимірювачів освітленості ними досить проблематично, хоча раніше у всіх аналогових вимірниках освітленості застосовувалися саме ці фотодатчики.

Але на щастя, нанотехнологія на місці не стоїть, а йде вперед семимильними кроками. Для вимірювання освітленості «там у них» створили спеціалізовану мікросхему TSL230R, що є програмованим перетворювачем освітленості - частотою.

Зовні пристрій є мікросхемою в корпусі DIP8 з прозорої пластмаси. Всі сигнали вхідні та вихідні за рівнем сумісні з TTL - CMOS логікою, що дозволяє легко сполучати перетворювач з будь-яким мікроконтролером.

За допомогою зовнішніх сигналів можна змінювати чутливість фотодіода та шкалу вихідного сигналу відповідно 1, 10, 100 та 2, 10, та 100 разів. Залежність частоти вихідного сигналу від освітленості лінійна, не більше від часток герца до 1МГц. Налаштування шкали та чутливості виконуються подачею логічних рівнів лише на 4 входи.

Мікросхема може вводитися в режим мікроспоживання (5мкА) для чого є окремий висновок, хоча й у робочому режимі не особливо ненажерлива. При напрузі живлення 2,7 ... 5,5В струм, що споживається не більше 2мА. Для роботи мікросхеми не потрібно ніякої зовнішньої обв'язки, хіба що блокувальний конденсатор живлення.

По суті, достатньо підключити до мікросхеми частотомір і отримувати показання освітленості, ну, мабуть, у якихось УЕ. У разі застосування мікроконтролера орієнтуючись на частоту вихідного сигналу можна керувати освітленістю в приміщенні, або просто за принципом «включити - вимкнути».

TSL230R не єдиний вимірник освітленості. Ще більш досконалими є датчики компанії Maxim MAX44007-MAX44009. Габарити їх менші, ніж у TSL230R, енергоспоживання таке, як у інших датчиків у сплячому режимі. Основне призначення таких датчиків освітленості – застосування у приладах з батарейним живленням.

Фотодатчики керують освітленням

Одним із завдань, що виконуються за допомогою фотодатчиків, є . Такі схеми називаються фотореле, Найчастіше це просте включення освітлення в темний час доби. З цією метою радіоаматори розробили чимало схем, деякі з яких ми розглянемо в наступній статті.

Продовження статті:

або

Як виготовити фототранзистор самостійно

У багатьох радіоаматорських конструкціях зустрічається такий елемент як фототранзистор. Він потрібен в основному в оптичних пристроях: у тих де якийсь пристрій має реагувати на світло (фототир, наприклад...).

Фототранзистор, звичайно, можна і купити, але можна зробити його і самостійноз звичайного транзистора.

Відомо що p-n перехід реагує на зовнішні фактори-температуру та освітлення.
Саме ця властивість і стала підставою для створення таких радіоелементів як терморезистори, фоторезистори (вони хоч і мають назву резистори, але в їх основі міститься напівпровідник), фотодіоди та фототранзистори.

Весь сенс фототранзистора полягає в тому, що при зовнішньому освітленні у нього починає відкриватися перехід Колектор-Емітер і тому фототранзисторивиготовляються у прозорому корпусі.
Прості транзистори мають, навпаки, закритий корпус щоб уникнути цього фотоефекту. Але ж його можна і спиляти...!

Найкраще для цього підходять транзистори виконані в металевому корпусі. З вітчизняних "малогабаритних" це КТ342, КТ3102. З супер-давніх це серія МП (МП25, МП35, МП40 і так далі).

Отже, виготовляємо фототранзистор із простого транзистора

Беремо будь-який відповідний у металевому корпусі (наприклад КТ342) і спилюємо з нього верхівку. При цьому потрібно бути акуратніше, щоб не пошкодити сам кристал.

Підключаємося мультиметром до висновків Колектор і Емітер в режимі вимірювання опору і бачимо, що цей перехід став проводити струм:

У освітленому вигляді цей перехід має опір 3,29 кОм, а якщо його закрити папірцем то опір піднімається до 373 кОм. Все працює!

Тепер потрібно вжити заходів, щоб захистити кристал від пилу. Для цього можна залити його епоксидною смолою або каніфоллю (до речі це навіть ще й збільшить фотоефект, тому що в результаті ми отримаємо своєрідну лінзу).

Примітки
Погортавши різну літературу і пробігшись по форумах я з'ясував що найкращі результатипри самостійне виготовленняфототранзисторадають вітчизняні малопотужні кремнієві, причому бажано щоб коефіцієнт посилення у них був більшим.

Датчики бувають абсолютно різними. Вони відрізняються за принципом дії, логікою своєї роботи та фізичним явищам та величинам на які вони здатні реагувати. Датчики світла використовуються не тільки в апаратурі автоматичного керування освітленням, вони використовуються у величезній кількості пристроїв, починаючи від блоків живлення, закінчуючи сигналізаціями та охоронними системами.

Основні види фотоелектронних пристроїв. Загальні відомості

Фотоприймач у загальному сенсі - це електронний прилад, який реагує на зміну світлового потоку, що падає на його чутливу частину. Вони можуть відрізнятися як за своєю структурою, так і принципом роботи. Давайте їх розглянемо.

Фоторезистори - змінюють опір під час освітлення

Фоторезистор - фотоприлад змінює провідність (опір) залежно кількості світла падаючого його поверхню. Чим інтенсивніше чутливої ​​області, тим менше опору. Ось його схематичне зображення.

Складається він із двох металевих електродів, між якими присутній напівпровідниковий матеріал. Коли світловий потік потрапляє на напівпровідник, у ньому вивільняються носії заряду, це сприяє проходженню струму між металевими електродами.

Енергія світлового потоку витрачається на подолання електронами забороненої зони та їхнього переходу в зону провідності. Як напівпровідник у фоторезисторів використовують матеріали типу: Сульфід Кадмію, Сульфід Свинцю, Селеніт Кадмію та інші. Від типу цього матеріалу залежить спектральна характеристика фоторезистора.

Цікаво:

Спектральна характеристика містить інформацію про те, до яких довжин хвиль (колір) світлового потоку найбільш чутливий фоторезистор. Для деяких екземплярів доводиться ретельно підбирати випромінювач світла відповідної довжини хвилі для досягнення найбільшої чутливості та ефективності роботи.

Фоторезистор не призначений для точного вимірювання освітленості, а, скоріше, для визначення наявності світла, за його показаннями можна визначити світліше або темніше. довкілля. Вольт-амперна характеристика фоторезистора виглядає так.

На ній зображена залежність струму від напруги за різних величин світлового потоку: Ф - темрява, а Ф3 - це яскраве світло. Вона лінійна. Ще одна важлива характеристика - це чутливість, вона вимірюється мА(мкА)/(Лм*В). Що відображає, скільки струму протікає через резистор, при певному світловому потоці та доданій напрузі.

Темновий опір - це активний опір при повній відсутності освітлення, позначається Rт, а характеристика Rт/Rсв - це кратність зміни опору стану фоторезистора в повній відсутності освітлення до максимально освітленого стану і мінімально можливого опору відповідно.

У фоторезисторів є значний недолік - його гранична частота. Ця величина описує максимальну частоту синусоїдального сигналу, яким ви моделюєте світловий потік, коли чутливість знижується на 1.41 раз. У довідниках це відбивається чи значенням частоти, чи через постійну часу. Він відображає швидкість роботи пристроїв, яка зазвичай займає десятки мікросекунд - 10^(-5) с. Це не дозволяє використовувати його там, де потрібна висока швидкодія.

Фотодіод - перетворює світло на електричний заряд

Фотодіод - елемент, який перетворює світло, що потрапляє на чутливу зону, електричний заряд. Це тому що при опроміненні в p-n переході протікають різні процеси пов'язані з рухом носіїв заряду.

Якщо на фоторезисторі змінювалася провідність через рух носіїв заряду в напівпровіднику, то тут відбувається утворення заряду на кордону p-nпереходу. Він може працювати в режимі фотоперетворювача та фотогенератора.

За структурою він такий самий, як і звичайний діод, але на його корпусі є вікно для проходження світла. Зовні вони бувають у різних виконаннях.

Фотодіоди з чорним корпусом сприймають лише ІЧ-випромінювання. Чорне покриття – це щось схоже на тонування. Фільтрує ІЧ-спектр, щоб унеможливити спрацювання на випромінювання інших спектрів.

У фотодіодів, як і фоторезисторів є гранична частота, тільки тут вона на порядки більша і досягає 10 МГц, що дозволяє забезпечити непогану швидкодію. P-i-N фотодіоди мають велику швидкодію - 100МГц-1ГГц, як і діоди на підставі бар'єру Шоттки. Лавинні діоди мають граничну частоту близько 1-10 ГГц.

У режимі фотоперетворювача такий діод працює як ключ керований світлом, для цього його підключають до ланцюга у прямому зміщенні. Тобто, катодом до точки з більш позитивним потенціалом (до плюсу), а анодом до негативнішого (до мінусу).

Коли діод не висвітлюється світлом - у ланцюзі протікає лише зворотний темновий струм Iобрт (одиниці і десятки мкА), а коли діод освітлений до нього додається фотострум, який залежить тільки від ступеня освітленості (десятки мА). Чим більше світла – тим більше струм.

Фотострум Iф дорівнює:

де Sінт – інтегральна чутливість, Ф – світловий потік.

Типова схема включення фотодіода у режимі фотоперетворювача. Зверніть увагу на те, як він підключений - у зворотному напрямку до джерела живлення.

Інший режим – генератор. При попаданні світла на фотодіод на його висновках утворюється напруга, причому струми короткого замикання в такому режимі дорівнюють десятки ампер. Це нагадує, але мають малу потужність.

Фототранзистори - відкриваються від кількості падаючого світла

Фототранзистор - це за своєю суттю, у якого замість виведення бази є в корпусі віконце для попадання туди світла. Принцип роботи та причини цього ефекту аналогічні попереднім приладам. Біполярні транзистори управляються кількістю струму, що протікає через базу, а фототранзистори за аналогією управляються кількістю світла.

Іноді на УДО ще додатково зображується виведення бази. Взагалі напруги на фототранзистор подають як і на звичайний, а другий варіант включення - з плаваючою базою, коли базовий висновок залишається незадіяним.

У схему включають фототранзистори таким чином.

Або міняють місцями транзистор і резистор, дивлячись, що вам потрібно. За відсутності світла через транзистор протікає темновий струм, що утворюється з струму бази, який ви можете задати самі.

Задавши необхідний струм бази, можна виставити чутливість фототранзистора підбором його базового резистора. Таким чином, можна вловлювати навіть тьмяне світло.

У радянські часи радіоаматори робили фототранзистори своїми руками - робили віконце для світла, спилявши звичайному транзистору частину корпусу. Для цього добре підходять транзистори типу МП14-МП42.

З вольтамперної характеристики видно залежність фотоструму від освітлення, при цьому він практично не залежить від напруги колектор-емітер.

Крім біполярних фототранзисторів, існують і польові. Біполярні працюють на частотах 10-100 кГц, то польові більш чутливі. Їх чутливість досягає кількох ампер на Люмен, і більш «швидкі» - до 100 мГц. У польових транзисторівє цікава особливість, при максимальних значеннях світлового потоку напруга на затворі майже впливає струм стоку.

Області застосування фотоелектронних приладів

Насамперед слід розглянути звичніші варіанти їх застосування, наприклад автоматичне включення світла.

Схема, зображена вище - це найпростіший прилад для включення та вимикання навантаження за певної освітленості. Фотодіод ФД320 При попаданні на нього світла відкривається і на R1 падає певна напруга, коли його величина достатня для відкриття транзистора VT1 він відкривається, і відкриває ще один транзистор VT2. Ці два транзистори – це двокаскадний підсилювач струму, необхідний для запитування котушки реле K1.

Діод VD2 - потрібен для гасіння ЕРС-самоіндукції, що утворюється при перемиканні котушки. На реле, що підводить, верхній за схемою, підключається один з проводів від навантаження (для змінного струму- Фаза або нуль).

У нас є нормально замкнутий і розімкнений контакти, вони потрібні або для вибору ланцюга, або для вибору включити або відключити навантаження від мережі при досягненні необхідного освітленості. Потенціометр R1 потрібен для підстроювання приладу для спрацьовування за потрібної кількості світла. Чим більший опір – тим менше світла потрібно для включення схеми.

Варіації цієї схеми використовують у більшості таких приладів, при необхідності додаючи певний набір функцій.

Крім включення навантаження по освітленості подібні фотоприймачі використовуються в різних системах контролю, наприклад, на турнікетах метро часто використовують фоторезистори для визначення несанкціонованого (зайцем) перетину турнікету.

У друкарні при обриві смуги паперу світло потрапляє на фотоприймач і цим дає сигнал оператору звідси. Випромінювач стоїть по один бік від паперу, а фотоприймач з зворотного боку. Коли папір рветься, світло від випромінювача досягає фотоприймача.

У деяких видах сигналізації використовуються як датчики входу в приміщення випромінювач і фотоприймач, при цьому, щоб випромінювання не було видно використовують ІЧ-прилади.

Що стосується ІЧ-спектру, не можна згадати про приймач телевізора, на який надходять сигнали від ІЧ-світлодіода в пульті дистанційного керування, коли ви перемикаєте канали. Спеціально кодується інформація і телевізор розуміє, що вам потрібно.

Інформація таким чином раніше передавалася через ІЧ-порти мобільних телефонів. Швидкість передачі обмежена, як послідовним способом передачі, і принципом роботи самого приладу.

У комп'ютерних мишках також використовується технологія, пов'язана з фотоелектронними приладами.

Застосування передачі сигналів в електронних схемах

Оптоелектронні прилади - це прилади, які об'єднують в одному корпусі випромінювач і фотоприймач типу описаних вище. Вони необхідні зв'язку двох контурів електричної ланцюга.

Це потрібно для гальванічної розв'язки, швидкої передачі сигналу, а також для з'єднання ланцюгів постійного та змінного струму, як у разі керування симістором у ланцюгу 220 В 5 В сигналом з мікроконтролера.

Вони мають умовно-графічне позначення, яке містить інформацію про тип елементів, що використовуються всередині оптопари.

Розглянемо кілька прикладів використання таких приладів.

Якщо ви проектуєте тиристорний або симисторний перетворювач, ви зіткнетеся з проблемою. По-перше, якщо перехід у виводу, що управляє, проб'є - потрапить високий потенціал і останній вийде з ладу. Для цього розроблені спеціальні драйвери з елементом, який називається оптосимістор, наприклад MOC3041.

В імпульсних стабілізованих блоках живлення необхідний зворотний зв'язок. Якщо виключити гальванічну розв'язку в цьому ланцюзі, тоді у разі виходу з ладу якихось компонентів у ланцюзі ОС, на вихідному ланцюзі виникне високий потенціал і підключена апаратура вийде з ладу, я не кажу про те, що і вас може вдарити струмом.

У конкретному прикладіви бачите реалізацію такої ОС із вихідного ланцюга в обмотку зворотнього зв'язку(керуючу) транзистора за допомогою оптопари з порядковим позначенням U1.

Висновки

Фото- та оптоелектроніка це дуже важливі розділи в електроніці, які значно покращили якість апаратури, її вартість та надійність. За допомогою оптопари можна виключити використання трансформатора, що розв'язує, в таких ланцюгах, що зменшує масогабаритні показники. Крім того, деякі пристрої просто неможливо реалізувати без таких елементів.

Фоторезистори – напівпровідникові резистори, опір яких змінюється під впливом електромагнітного випромінювання оптичного діапазону.

Світлочутливий елемент таких приладів являє собою прямокутну або круглу таблетку спресовану з напівпровідникового матеріалу, або тонкий шар напівпровідника, нанесеного на скляну пластинку - підкладку. Напівпровідниковий шар з обох боків має висновки для підключення фоторезистора до схеми. на принципових схемахфоторезистор позначається знаком резистора в кухлі з бічними стрілками.
Електропровідність фоторезистора залежить від освітленості. Чим яскравіше освітлення приладу, тим менше опір фоторезистора і більше струм ланцюга.
Дані прилади використовуються у схемах автоматичного регулювання.

Фотодіоди є різновидом напівпровідникових діодів. Поки фотоелемент не освіжений, шар, що замикає, перешкоджає взаємному обміну електронів і дірок між шарами напівпровідника. При опроміненні світло проникає у шар «р» та вибиває з нього електрони. Електрони, що звільнилися, проходять у шар «n» і там нейтралізують дірки. Між висновками фотодіода виникає різниця потенціалів, яка може бути посилена електронною схемоюдля включення пристроїв автоматики та телемеханіки.
З фотодіодів збираються батареї живлення у побуті та на космічних кораблях.

Фототранзистори - фотоелементи, основою якого є транзистори. У цьому фоторелі освітлення застосований фототранзистор прямої провідності. Для надходження світлового потоку на напівпровідниковий кристал кришка транзистора видаляється простим зняттям кусачками.

Фотореле на малюнку вище служить для автоматичного вимкнення або увімкнення виконавчих пристроїв при зміні освітлення.

Резистор R1,R2 і фототранзистор VT1 представляють дільник напруги з урахуванням транзистора VT2. При освітленні фототранзистора VT1 напруга з урахуванням транзистора VT2 знижується, транзистор VT2 закривається, а VT3 відкривається.

Реле К1 спрацьовує від проходження струму та розмикає контакти К 1-2, живлення навантаження припиняється. Діод VD2 захищає транзистор VT3 від імпульсних перешкод, які виникають при перемиканні струму в обмотці реле К1.

Контакти реле можуть використовуватись для перемикання виконавчих пристроїв автоматики та телемеханіки.
Резистором R1 встановлюється поріг чутливості, а R4 – поріг освітленості.

Світлодіод HL1 відображає включення живлення та режим спрацьовування реле К1. Конденсатор С1 усуває спрацьовування реле за наявності перешкод. Живлення схеми реле стабілізовано аналоговою мікросхемою DA1. Конденсатори С2, С3 входять у фільтр, що згладжує. Діодний міст VD1 обраний струм до 1 ампера і напруга 50-100 Вольт.
Пристрій має вимикач електромережі S1 і запобіжник F1.
Конструкція фототранзистора VT1 проста: видаляється «шапка» транзистора кусачками, транзистор приклеюється до гайки М.8, а гайка з транзистором до шматка скла і кріпиться на прилад.

Правильно зібраний пристрій має працювати одразу. При верхньому положенні двигуна резистора R1 та середньому положенні резистора R4, при подачі освітлення на фототранзистор VT1 реле К1 має спрацьовувати. Попередньо реле перевірити прямим включенням живлення 12 вольт. Резистором R1 "підігнати" чутливість фотореле при заданому освітленні R4.

Список радіоелементів

p align="justify"> Робота різних напівпровідникових приймачів випромінювання (фоторезистори, фотодіоди, фототранзистори, фототиристори) заснована на використанні внутрішнього фотоефекту, який полягає в тому, що під дією випромінювання в напівпровідниках відбувається генерація пар носіїв заряду - електронів і дірок. Ці додаткові носії збільшують електричну провідність. Така додаткова провідність, обумовлена ​​дією фотонів, отримала назву фотопровідності. У металів явище фотопровідності практично відсутня, тому що у них концентрація електронів провідності величезна (приблизно 1022 см -3) і не може помітно збільшитись під дією випромінювання. У деяких приладах за рахунок фотогенерації електронів і дірок виникає ЕРС, яку називають фото-ЕРС, і тоді ці прилади працюють як джерела струму. А в результаті рекомбінації електронів і дірок у напівпровідниках утворюються фотони, і за деяких умов напівпровідникові прилади можуть працювати як джерела випромінювання.

Фототранзистор - фоточутливий напівпровідниковий приймач випромінювання, за структурою подібний до транзистора і забезпечує внутрішнє посилення сигналу. Його можна уявити, що складається з фотодіода і транзистора. Фотодіодом є частина переходу, що висвітлюється, база-колектор, транзистором - частина структури, розташована безпосередньо під емітером. Так як фотодіод і колекторний перехід транзистора конструктивно об'єднані, фотострум підсумовується з колекторним струмом. Напруга живлення підводять так, щоб колекторний перехід був закритий, а емітерний - відкритий. База може бути вимкненою.

На відміну від біполярного транзистора, фототранзистор відсутній електричний контакт до бази, а управління струмом бази здійснюється шляхом зміни її освітленості. З цієї причини конструктивно фототранзистор має лише два висновки – емітер та колектор.

Малюнок 2.1 – а) Схема фототранзистора зі структурою p-n-p;

б) зонна діаграма фототранзистора в активному режимі роботи

На рис. 2.1 показані схема включення фототранзистора та зонна діаграма в активному режимі роботи.

При попаданні світлового потоку на n-область бази у ній генеруються нерівноважні електрони та дірки. Дірки будуть неосновними носіями, збільшення їхньої концентрації призведе до зростання дрейфової компоненти струму з бази в колектор. Величина первинного «затравального» фотоструму виражатиметься такими ж співвідношеннями, як і фотострум діода на основі p-n-переходу. Відмінність тільки в тому, що нерівноважні носії, що беруть участь у фотоструму у фототранзисторі, збираються з області бази, ширина якої W менше, ніж дифузійна довжина L p . Тому щільність первинного «затравного» фотоструму буде:

Внаслідок того, що нерівноважні дірки йдуть з бази в колектор, база заряджена негативно щодо емітера, що еквівалентно прямому зміщенню емітерного переходу фототранзистора. При прямому зміщенні емітерного p-n-переходу утворюється інжекційна компонента струму з емітера в основу. При коефіцієнті передачі емітерного струму б у базі рекомбінують (1-б) інжектованих носіїв або в раз менше, ніж число інжектованих носіїв. В умовах стаціонарного струму число носіїв, що прорекомбінували, в базі повинно дорівнювати їх числу, що пішло з початковим фотострумом. Тому інжекційний струм повинен бути в раз більше, ніж первинний фотострум. Струм колектора I К складатиметься з трьох компонентів: первинного фотоструму I ф, інжекційного I ф і теплового I К0 струму .

I К = I ф+в I ф = (+1) I ф + I К0 (2.2)

Використовуючи вираз для коефіцієнта посилення базового струму через конструктивно-технологічні параметри біполярного транзистора, отримуємо:

Величина первинного фотоструму I Ф виражається через параметри світлового потоку та характеристики напівпровідникового матеріалу стандартним чином:

При висвітленні бази у ній з'являються електронно-діркові пари. Так само як і у фотодіоді, пари, що досягли в результаті дифузії колекторного переходу, розділяються полем переходу, неосновні носії з бази рухаються в колектор, при цьому струм його збільшується. Основні носії залишаються в основі, знижуючи її потенціал щодо емітера. При цьому на емітерному переході створюється додаткова пряма напруга, що викликає додаткову інжекцію з емітера в базу і збільшення струму колектора.

Рисунок 2.2 – Енергетична діаграма фототранзистора (а) та вольтамперні характеристики фототранзистора за різних рівнів освітлення (б).

Робота фототранзистора із загальним емітером

Розглянемо, наприклад, роботу фототранзистора у схемі із загальним емітером при відключеній базі. Фотострум колекторного переходу сумується зі зворотним струмом колектора, тому у формулі для струму транзистора замість J К0 слід поставити

J К0 + J Ф / J = (J К0 + J Ф) / (1-б).

При J До 0>> J Ф J = J Ф / (1-б)? вJ Ф, тобто. фотострумів фототранзистора посилюється в раз порівняно струмом фотодіода. Відповідно в раз збільшується і чутливість. Струм може бути посилений у 1000 разів, тому чутливість фототранзистора у багато разів більша за чутливість фотодіода. Однак оскільки добуток коефіцієнта посилення на смугу частот величина стала, то гранична частота зменшується в раз.

Малюнок 2.3 – Еквівалентна схема фототранзистора.

Наявність дифузії носіїв обумовлює значну інерційність приладу ф = 10-5-10-6 с. При звуженні бази час дифузії зменшується, але зменшується чутливість. Для германієвих фототранзисторів SI = 0,2-0,5 А/лм, V раб = 3, I темн = 300 мкА, ф = 0,2 мс. У корпусі приладу передбачено прозоре вікно, через яке світловий потік зазвичай потрапляє на базову область фототранзистора. Площа фоточутливого майданчика становить 1-3 мм2.