Фототранзисторы
Фототранзистором называют полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, ток которого увеличивается за
счет подвижных носителей заряда, образующихся при облучении прибора светом.
Устройство, один из возможных вариантов конструкции фототранзистора показан на рисунке. Как видно из этого рисунка,
фототранзистор отличается от обычного транзистора лишь прозрачным окном в корпусе; через него световой поток падает на
пластину полупроводника, служащую базой, в центре которой путем вплавления создан коллекторный переход. Возможны и другие
варианты расположения электродов, например кольцеобразный коллектор на освещаемой поверхности базы.

Посмотреть>>>
Устройство и схема включения фототранзистора:
1 - пластина n - Ge;
2 - эмиттер;
3 - коллектор;
4 - кристаллодержатель;
5 - изолятор;
6 - корпус;
7 - стеклянная линза;
Прибор включен по схеме ОЭ с оборванным выводом базы. Эмиттерный переход смещен в прямом, а коллекторный переход - в
обратном направлении: фототранзистор находится в активном режиме. Несмотря на это ток через прибор в отсутствие светового
потока (Ф = 0) невелик, так как при отсутствующем выводе базы заряд дырок, инжектированных из эмиттера, не компенсируется
полностью электронами базы. Нескомпенсированный объемный заряд дырок поддерживает высоту потенциального барьера на
эмиттерном переходе, и через прибор течет темновой ток.
Принцип действия.
При освещении прибора (Ф > 0) в базе в результате собственного поглощения образуются пары зарядов.
Дырки - неосновные носители - диффундируют к коллекторному переходу и выбрасываются в коллектор, увеличивая ток в его цепи,
подобно тому, как это происходит в фотодиоде. Но для фототранзистора характерен еще один процесс, отличающий его от фотодиода.
Образовавшиеся электроны - основные носители базовой области - не могут покинуть базу, так как базовый вывод отсутствует.
Скапливаясь в базе, они увеличивают отрицательный объемный заряд, в том числе и у эмиттерного перехода. В результате
потенциальный барьер у этого перехода снижается и развивается диффузионный поток дырок из эмиттера в базу. Дырки, диффундируя
в толще базы, подходят к коллекторному переходу и выбрасываются полем этого перехода в коллектор. Таким образом,
генерируемые в базе при ее освещении носители зарядов не только непосредственно участвуют в создании фототока через
коллекторный переход, но и стимулируют в приборе физические процессы, обусловливающие протекание тока как в обычном
транзисторе.
Для тока в фототранзисторе, следовательно, можно записать:


ВАХ фотодиода
Поскольку при

, то
, откуда

Таким образом, ток в фототранзисторе усиливается в 1/(1 -
) раз. При
0,95 - 0,99 и более величина 1/(1 -
) может достигать нескольких сотен.
Схема включения фототранзистора практически не отличается от схемы включения фотодиода, однако если базу фототранзистора
снабдить выводом, то возникнет возможность дополнительного управления током прибора за счет изменения тока базы. Этот
принцип управления током фототранзистора может быть в частности использован для компенсации температурных уходов параметра
прибора.
Вольт-амперные характеристики фототранзистора напоминают выходные характеристики обычного транзистора в схеме ОЭ, но
параметром здесь служит не ток
,
а световой поток Ф. Крутой начальный участок этих характеристик соответствует режиму насыщения: при малых
коллекторный переход, как и в биполярном транзисторе, за счет накопления дырок в коллекторе открывается. Наклон
характеристик к оси абсцисс в их пологой части объясняется, так же как и для биполярного транзистора, эффектом модуляции
ширины базы.
Энергетические характеристики фототранзисторов, как и фотодиода, линейны. С увеличением напряжения
фототок несколько увеличивается вследствие модуляции ширины базы.
Спектральные характеристики аналогичны подобным характеристикам фотодиодов. Частотные свойства фототранзисторов
определяются в основном диффузионным движением носителей в базе прибора и процессами заряда емкостей переходов. С
увеличением частоты модуляции светового потока фототок уменьшается так же, как и в фотодиодах.
Параметры. Фототранзисторы; так же как фоторезисторы и фотодиоды, используются в качестве фотодетекторов - приборов для
обнаружения и регистрации световых сигналов. Поэтому для характеристики работы фототранзистора в качестве фотодетектора
используются те же параметры, что и для фоторезисторов: пороговый поток
, обнаружительная способность D и др.
Одним из важнейших параметров фототранзистора служит коэффициент усиления по фототоку фототранзистора - отношение фототока
коллектора фототранзистора при отключенной базе к фототоку освещаемого р-п перехода, измеренному в диодном режиме.

Вольтовая чувствительность
определяется при тех же условиях, но измеряется изменение напряжения на входе фототранзистора.
Тоновая чувствительность фототранзистора - это отношение изменения электрического тока на выходе
фототранзистора к изменению потока излучения при холостом ходе на входе и коротком замыкании на выходе по
переменному току.
Для схемы с общим эмиттером токовая чувствительность равна:

Применение.
Фототранзисторы используются в таких приборах, как индикатор дыма.
В противопожарном устройстве, принцип действия которого показан ниже, применяется фототранзистор с полевым эффектом,
имеющий высокую чувствительность к изменению освещенности. Световой поток от осветительной лампы Л1 проходит параллельно
окну фототранзистора, и при отсутствии дыма ток через фототранзистор не протекает.

Появление даже слабого дыма вызывает рассеяние света, часть которого попадает в окно фототранзистора. Коллекторный ток под
влиянием светового потока возрастает, происходит срабатывание исполнительного реле Р, включающего своими контактами цепь
питания устройства, подающего сигнал тревоги.
Ещё одна очень полезная вещь, основывающаяся на действии фототранзистора, - это электронный поводырь.
Этот небольшой приборчик - генератор низкой частоты на транзисторах Т2 и Т3 с фототранзистором Т1, роль которого может
выполнять любой маломощный транзистор с удаленным колпачком. В передней стенке футляра, против полупроводниковой пластинки
фототранзистора крепится собирательная линзочка. С помощью зажима прибор крепится на кармане пиджака линзой вперед.

Свет, отражаемый предметами, фокусируется линзой и воздействует на фототранзистор, изменяя его проходное сопротивление. При
этом частота генератора и звук в телефоне тоже изменяются. По тональности в телефоне человек, пользующийся таким прибором,
может ориентироваться в окружающей его обстановке. В качестве транзистора Т2 можно использовать любой германиевый, обратной
проводимости, с возможно большим h21Э. В качестве Т3 лучше использовать МП41, МП42.