قطعات پیوندی نوری (فتوترانزیستور)

قطعات پیوندی نوری (فتوترانزیستور):
یک قطعه جایگزین نوری پیوندی برای دیود نوری، ترانزیستور نوری یا فتوترانزیستور (Phototransistor) است که اساساً از یک فتودیود با قابلیت تقویت کنندگی تشکیل شده است. سنسور نوری فتوترانزیستور هنگام در معرض نور قرار گرفتن، یک بایاس معکوس پیوند PN کلکتور-بیس دارد.

فتوترانزیستورها مشابه فتودیودها عمل می کنند، با این تفاوت که بهره جریان دارند و نسبت به فتودیودها حساس ترند، به گونه ای که جریان آن ها 50 تا 100 برابر بزرگ تر از فتودیودهای استاندارد است.

هر تزانزیستور عادی را می توان با اتصال یک فتودیود بین کلکتور و بیس به سادگی به یک سنسور نور فتوترانزیستوری تبدیل کرد.

فتوترانزیستورها معمولاً از یک ترانزیستور NPN دوقطبی با ناحیه بیس بزرگی تشکیل شده اند که اتصالی ندارد.

البته برخی فتوترانزیستورها اتصال پایه بیس را برای کنترل حساسیت دارند که در آن از فوتون های نور برای تولید یک جریان بیس استفاده می شود و به نوبه خود سبب برقراری جریان در کلکتور-امیتر خواهد شد.

اغلب ترانزیستورهای نوری از نوع NPN هستند که پوشش بیرونی آن ها شفاف است یا یک لنز شفاف برای تمرکز نور به پیوند بیس برای افزایش حساسیت دارند.

در ترانزیستور نوع NPN کلکتور نسبت به امیتر بایاس مثبت شده و به همین دلیل، پیوند بیس/امیتر بایاس معکوس شده است. بنابراین، وقتی پیوند در معرض نور قرار نگیرد، جریان تاریکی یا نشتی از آن می گذرد که بسیار کوچک است.

وقتی نور به پایه بیس بتابد، زوج الکترون/حفره های بیشتری در این ناحیه تشکیل شده و جریان تولیدی در اثر این عمل توسط ترانزیستور تقویت خواهد شد.

معمولاً حساسیت یک فتوترانزیستور تابعی از بهره جریان DC ترانزیستور است.

بنابراین، حساسیت کلی تابعی از جریان کلکتور است و می توان آن را با اتصال مقاومت بین بیس و امیتر کنترل کرد، اما معمولاً برای هرگونه کاربرد آن در اپتوکوپلرهای با حساسیت بسیار زیاد، از فتوترانزیستورهای دارلینگتون استفاده می شود. شکل زیر یک فتوترانزیستور دارلینگتون را نشان می دهد.

ترانزیستورهای فتودارلینگتون از یک مجموعه دوتایی از ترانزیستور NPN دوقطبی برای تقویت بیشتر یا زمانی که حساسیت بالاتری به دلیل کار در محیط های کم نور مورد نیاز است بهره می برند.

فتودارلینگتون ها پاسخ زمانی آرام تری نسبت به فتوترانزیستورهای NPN معمولی دارند.

فتودارلینگتون ها از یک فتوترانزیستور عادی تشکیل می شوند که خروجی امیتر آن با بیس یک ترانزیستور NPN دوقطبی بزرگ تر کوپل شده است.

از آنجایی که بهره جریان یک ترانزیستور دارلینگتون برابر با ضرب بهره های جریان دو ترانزیستور تکی است، فتودارلینگتون به عنوان یک آشکارساز بسیار حساس عمل می کند.

از کاربردهای فتوترانزیستورها می توان در اپتوایزولاتورها، سنسورهای پرتو نور، فیبر نوری، دستگاه های کنترل تلویزیون و غیره اشاره کرد.

هنگام استفاده از اپتودارلینگتون ها در تشخیص نور مرئی، گاهی لازم است از فیلترهای مادون قرمز استفاده کنیم.

یک نوع دیگر از سنسورهای نیمه هادی پیوندی نوری، فتوتریستور (Photo-thyristor) است. فتوتریستور یک تریستور یا همان یکسوساز کنترل شده با سیلیکون (SCR) است که می توان از آن به عنوان سوئیچ فعال شونده با نور در کاربردهای AC استفاده کرد.

البته حساسیت این این قطعات در مقایسه با فتودیودها یا فتوترانزیستورهای معادلشان بسیار کم است.

برای افزایش حساسیت فتوتریستورها به نور، ناحیه پیوند گیت آن ها نازک تر ساخته می شود. عیب این روش آن است که مقدار جریان آندی که می تواند سوئیچ شود محدود خواهد شود.

بنابراین، برای کاربردهای AC با جریان بالاتر از این قطعات به صورت پایلوت در اپتوکوپلرها و برای سوئیچ بیشتر تریستورهای متداول استفاده می شود.