Фототранзисторы.

В качестве фотоприемников применяются транзисторные структуры. Простейший фототранзистор (рис. 3.1.4, а) имеет два -перехода: эмиттерный и коллекторный. Фототранзистор можно рассматривать как комбинацию фотодиода и транзистора.

Рис. 3.14. Обозначение фототранзистора вольт-амперные (выходные) характеристики (б); схемы включения с подключенной базой и со свободной базой (г)

Его характеристики аналогичны характеристикам фотодиода, но соответствующие токи оказываются усиленными, поэтому масштаб по оси токов увеличен в соответствующее число раз (рис. 3.14, б).

Напряжения питания на транзистор подают так же, как и на обычный биполярный транзистор, т. е. эмиттерный переход смещают в прямом направлении, а коллекторный — в обратном (рис. 3.14, в). Часто применяют включение, когда напряжение прикладывается только между коллектором и эмиттером, а вывод базы остается оторванным (рис. 3.14, г). Такое включение называется включением с плавающей базой и характерно только для фототранзисторов. При включении с плавающей базой фототранзистор всегда находится в активном режиме, однако при протекающий через него ток невелик.

Этот темновой ток коллектора транзистора обозначают .

Конструктивно фототранзистор выполнен так, что световой поток облучает область базы. В результате собственного поглощения энергии 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 последнего. Этот процесс аналогичен процессу в фотодиоде. Если база разомкнута, то основные носители заряда (электроны), образовавшиеся в результате облучения, не могут покинуть базу и накапливаются в ней. Объемный 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. Таким образом, носители заряда, генерируемые в результате облучения светом, непосредственно участвуют в создании фототока.

Такие же процессы наблюдаются и при подаче тока от внешнего источника в цепь базы. В этом случае темновой ток при определяется током базы, т. е. появляется дополнительная возможность управлять током фототранзистора. Выбором соответствующего темнового тока удается обеспечить оптимальный режим усиления слабых световых сигналов, а также суммирование их с электрическими сигналами.

Уравнение фототранзистора получим, используя уравнение биполярного транзистора, включенного по схеме с ОБ (2.31). Очевидно, что если ток эмиттера задан и через коллекторный переход протекает обратный (темновой) ток , то фототок увеличивает обратный ток. В этом случае уравнение токов фототранзисторов имеет вид

В схеме с ОЭ, по которой обычно включают фототранзистор, задается ток базы . Тогда уравнение для схемы с общим эмиттером запишется в виде

Преобразуя его, получим

или, учитывая, что , перепишем (3.21):

Так как достигает нескольких десятков - сотен единиц, то фототок фотодиода увеличивается в соответствующее число раз.

При включении со свободной базой уравнение (3.22) примет вид