3. Фототранзисторы (рисунок 7.8).

а) б) в) г)

рисунок 7.8

Напряжение питания на фототранзистор подают также, как и на биполярный транзистор, то есть эмиттерный переход смещают в прямом направлении, а коллекторный – в обратном (рисунок 7.8.в). Часто применяют включение, когда напряжение прикладывается только между коллектором и эмиттером, а вывод базы остаётся оторванным (рисунок 7.8.г). Такое включение называется включением с плавающей базой и характерно только для фототранзисторов. Конструктивно фототранзистор выполнен так, что световой поток облучает область базы. В результате в ней генерируются электронно-дырочные пары. Неосновные носители заряда в базе (дырки) диффундируют к коллекторному переходу и перебрасываются электрическим полем перехода в коллектор, увеличивая ток коллектора. Если база разомкнута, то основные носители заряда (электроны), образовавшиеся в результате облучения, не могут покинуть базу и накапливаться в ней. Объёмный заряд этих электронов снижает потенциальный барьер эмиттерного перехода, в результате чего увеличивается диффузионное движение дырок через эмиттерный переход. Инжектированные дырки, попав в базу, движутся, как и в обычном транзисторе к коллекторному переходу и, переходя в область коллектора, увеличивают его ток.

Такие же процессы происходят и при подаче тока от внешнего источника в цепь базы. В этом случае темновой ток при Ф=0 определяется током базы. ВАХ транзистора показаны на рисунок 7.8.б.

4. Фототиристоры.

а)б)

рисунок 7.9

Фототиристоры (рисунок 7.9) используются для коммутации световым сигналом электрических сигналов большой мощности. Они представляют собой фотоэлектрические аналоги управляемого тиристора. При освещении баз тиристора возрастают токи через переходы П1 и П3, что приводит к снижению напряжения, при котором открывается тиристор (рисунок б). То есть вместо тока управления используется световой поток.

7.3. Световоды и простейшие оптроны

Между источником излучения и фотоприёмником имеется среда, которая выполняет функции световода. Для уменьшения потерь на отражение от границы разряда светоизлучателя и световода, последний должен иметь большой коэффициент преломления, так как соответствующий коэффициент преломления материалов, из которых изготавливают источники света обычно велик. В качестве материала световода используют свинцовые стёкла с n =1,7-1,9 и селеновые стёкла с n =2,4-2,6, где n – коэффициент преломления.

Оптрон с селеновым световодом показан на рисунок 7.10, где 1 – инжекционный светодиод из арсенида галлия; 2 – световод из селенового стекла; 3 – кремниевый фотодиод.

рисунок 7.10

В оптоэлектронике применяется волоконная оптика, которая во многих случаях имеет и самостоятельное значение. Работа элементов волоконной оптики основана на том, что свет передаётся по отдельному тонкому волокну, не выходя за его пределы вследствие полного внутреннего отражения. Собранные в один жгут волокна передают световые лучи независимо друг от друга.

рисунок 7.11

Световод волоконной оптики (рисунок 7.11) состоит из сердечника 1 и отражающего покрытия 2. В таком волокне малого диаметра свет проходит не выходя за поверхность волокна, если угол изгиба меньше 90^о. Световоды вносят некоторое запаздывание в передачу сигнала, которое на длине 1м составляет 10^-9 – 10^-10с. Материалами для волоконных световодов служат различные стёкла, как органические, так и неорганические.

Для интегральных оптоэлектронных микросхем применяются плёночные световоды. Они выполняются в виде плёночных полосок стекла толщиной 0,5 мкм и шириной 1-3 мкм.

Источник света, световод и фотоприёмник вместе образуют оптрон.

1. Диодный оптрон (рисунок 7.12).

рисунок 7.12

Источник света – светодиод из арсенида галлия. Фотоприёмник – кремневый фотодиод. Частота коммутации тока – 10⁶ – 10⁷ Гц. Сопротивление в закрытом состоянии 10⁸ – 10¹⁰ Ом. Сопротивление в открытом состоянии 100 Ом – 10 кОм.

2. Транзисторный оптрон (рисунок 7.13).

рисунок 7.13

Имеет большую чувствительность в сравнении с диодными оптронами. Частота коммутации – 10⁵ Гц. R закр. - 10⁶ – 10⁸ Ом. R откр. - 10 – 100 Ом.

3. Тиристорный оптрон (рисунок 7.14).

рисунок 7.14

Имеет большой выходной ток I вых. до 5А. I вх. до 10м. Время включения t вкл=10^-5 с. Применяется в сильноточных цепях.

4. Резисторный оптрон (рисунок 7.15).

рисунок 7.15

Применяется для различного рода бесконтактных регулировок в цепях автоматического управления. Излучатель – светодиод на основе фосфида галлия или электролюминесцентной конденсатор. Фотоприемник – пленочный фоторезистор. R закр. – 10⁷ – 10⁹ Ом. R откр. – 100 Ом ÷ 10 кОм. f до 10 кГц.