فتوترانزیستور ترانزیستور نوری

کاربرد

ترانزیستور نوری نوری ترانزیستور است که در معرض نور کنترل می شود .

این پنجره و یا بدنه ی پلاستیکی یا نسبت به نور مرئی شفاف است و یا اگر قطعه برای استفاده در حالت مادون قرمز باشد ، در عین حال که طول موج های مرئی را بلوکه می کند ، به نظر سیاه می رسد .  چپ : -Optek / TT Electron ics OP506A با واکنش طیفی گسترده که در حدود ۸۵۰nm تنظیم شده است ؛ مرکز : TEKT5400S با لنزهای نمای پهلوی راست : Vishay BPW17N )

 معمولا ترانزیستور نوری دارای دو سر است که به صورت داخلی با کلکتور و امیتر ( یا سورس و درین در صورت استفاده از یک FET ) متصل شده است . بیس ترانزیستور ( و یا گیت FET ) به نور واکنش نشان داده و جریان عبوری بین دو سر را اندازه گیری می کند .

در نبود نور ، ترانزیستور نوری دو قطبی اجازه ی تشت جریان بین کلکتور و امیتر ۱۰۰mA با کم تر را می دهد . هنگامی که در معرض نور قرار می گیرد ، تا mA ۵۰ عبور می دهد ، تنها این تفاوت با دیود نوری وجود دارد ، که نمی تواند جریان بیشتری عبور دهد .

نماد شماتیک

نمادهای شماتیک ترانزیستور نوری در شکل زیر آمده است . از نظر عملکردی این دو یکسان هستند ، به استثنای نوع C ، که در آن اتصال بیشتر به بیس وجود دارد . اغلب ( نه همیشه ) فلشهای موچی برای نور مادون قرمز استفاده می شوند

نماد های شماتیک برای ترانزیستور نوری

موارد استفاده

ترانزیستور نوری را می توان به عنوان یک سنجش نوری و یا سوئیچ حساس به نور به کار برد . اغلب خروجی ترانزیستور نوری در کنار میکروکنترلر استفاده می شود که حاوی یک مبدل آنالوگ به دیجیتال می باشد .

هرگاه یک سیگنال روشن یا خاموش بدون نقص مورد نیاز باشد ، ترانزیستور نوری می تواند ورودی یک چیپ منطقی را که حاوی اشمیت تریگر است هدایت کند و یا می تواند توسط یک مقایسه کننده پردازش شود .

اپتوکوپلر یا رلهی وضعیت جامد ( در جلد ۱ مجموعه کتاب های آموزش صفرتاصد توضیح داده شده است معمولا حاوی یک ترانزیستور نوری است که توسط یک LED داخلی فعال می شود . هدف آن این است که جریان را سوئیچ کند ، در حالیکه به صورت الکتریکی یک بخش مدار را از بخش دیگر ایزوله می کند .

عملكرد

ترانزیستور نوری مانند دیود نوری به نور واکنش نشان می دهد و در آن نور باعث ایجاد جفتهای الكترون حفره در مادهی نیمه هادی می شود . در ترانزیستور نوری NPN ( رایج ترین نوع ) ، منطقه ی مهم برای ایجاد این جفت رابط کلکتور – بیس بایاس معکوس می باشد . جریان نوری ایجادی در اینجا مانند جریانی عمل می کند که به بیست ترانزیستور عادی تزریق شده است و اجازه می دهد جریان بیشتری از کلکتور به امیتر سرازیر شود .

رفتار ترانزیستور نوری را می توان شبیه به دیود نوری به تصویر کشید ، که یک ترانزیستور دوقطبي عادی را کنترل می کند ، همانطور که در شکل ۳ آمده است

انواع مدل ها

با اینکه انواع نصب سطحی بسیار در رایج هستند ، اما بسته بندی سوراخی نیز کاملا رایج است . هنگامی که ترانزیستور نوری مانند یک نشانگر LED بسته بندی می شود ، نور را از زاویه ی نسبتا باریکی جمع آوری می کند . انواع دیگر که دارای سطح صاف هستند نسبت به نور از تمام جهت های مقابل قطعه حساس هستند .

اتصال بيس اختیاری

بیس ترانزیستور نوری معمولا در دسترس نیست . با این همه ، برخی از انواع ممکن است اتصال بیس ( یا اتصال گیت در FET ) را در کنار کلکتور و امیتر ( و یا درین و سورس در FET ) ارائه کنند . این اتصال سوم اجازه میدهد که کاربرد با جریان بایاس مورد استفاده قرار بگیرد ، که می تواند از تحریک مقادیر نور کم جلوگیری کند

فوتو دارلینگتون

فوتو دارلینگتون یک جفت ترانزیستور دو قطبی است ، که یکی از آنها نسبت به نور حساس بوده و دیگری به عنوان یک تقویت کننده برای اولی عمل می کند . این پیکربندی بسیار مشابه با ترانزیستور دارلینگتون می باشد ( توصیف شده در جلد ۱ ) . این طراحی دو مرحله ای باعث می شود که قطعه بیشتر از یک ترانزیستور نوري عادی نسبت به نور حساس باشد ، اما باعث می شود واکنش آن کندتر شده و کم تر خطی باشد .

فوتوفت ( PhotoFET )

ترانزیستور نوری اثر میدانی گاهی اوقات فوتو FET نامیده می شود . این قطعات به صورت جداگانه رایج نیستند ، اما در اپتوکوپلرها مورد استفاده قرار می گیرند ، زیرا ویژگی های جالبی دارند :

با توجه به اینکه ولتاژ اعمالی به حد کافی پایین باشد کمتر از ۰.۱ ولت ) فوتو FET به صورت یک مقاومت قابل کنترل عمل می کند . در مقابل ترانزیستورهای دو قطبی ، که در آن جریان کنترل می شود و نسبتا مستقل از ولتاژ اعمالی است .

ترانزیستور رفت متقارن است و برای سیگنال هایی با هر قطبیتی عمل می کند . این باعث می شود که اپتوکوپلر فت برای سیگنال های AC مناسب باشد .

مقادير

مخفف هایی که در دیتاشیت ها موجود هستند در لیست زیر استفاده شده است  و مقادیر داخل پارانتز برای دیود نوری مادون قرمز Osram SFH300FA نوشته شده است که نشانگر یک LED نصب سوراخی ۵mm است . اوج حساسیت ین دیود ۸۸۰nm بوده و در چشم انسان به رنگ سیاه دیده می شود و نسبت به طول موج های نوری کمتر از ۷۰۰nm مات خواهد بود ، انتهای قرمز رنگ طیف . در شکل ۲۲ ٫ ۴ ، SFH300FA در کنار SFH300 نشان داده شده است ، که دارای حساسیت اوج یکسان ۸۸۰nm می باشد ، اما در یک ماژول بدون رنگ بسته بندی شده است ، که اجازه می دهد حساسیت به صورت تدریجی به ۴۵۰nm در سمت سبز رنگ طیف بینایی متمایل شود . به استثنای طیف بینایی آنها ، این دو ترانزیستور نوری دارای مشخصه های یکسان هستند .

حداکثر ولتاژ کلکتور – امیتر : vCE ( ۳۵۷ ) 

حداکثر جریان کلکتور : ۵۰mA ) IC ) )

حداکثر تلفات توان : ۲۰۰mW ) PTOT ) )

نصف زاویه از محور دیود نوری تا زاویه ای که در آن حساسیت به ۵۰ درصد کاهش یافته است مثبت و منفی ۲۵ درجه اندازه گیری می شود .

زاویه ی حساسیت به هندسه ی بسته بندی بستگی دارد . ترانزیستورهای نوری که مشابه نشانگر LED هستند و انتهای گرد دارند ، که به صورت یک لنز عمل می کند ، مقادیر معمول مثبت یا منفی ۲۰ درجه می باشد .

جریان تاریکی ( هنگامی که ترانزیستور نوری هیچ نوری دریافت نمی کند ) :

طول موج حداکثر حساسیت : ۸S حداکثر ( ۸۸۰nm ) .

ترانزیستورهای نوری مادون قرمز با انواع طول موج های اوج موجود هستند . طراحی آن ها برای عملکرد در کنار یک LED می باشد که دارای طول موج مطابق با آن است . 

سرعت رزونانس برابر است با زمان بالا رفتن و پایین آمدن جریان نوری : tr و ۱۰us ) tf ) رفتار در مقایسه با سایر سنسورهای نور

لیست توسعه یافته ای از مقایسه هایی بین مقاومت نوری و ترانزیستور نوری در مدخل مقاومتهای نوری آمده است . مقایسه با ترانزیستور نوری » را ببینید .

دیود نوری دارای واکنش الکتریکی نزدیک به خطی در بازه ی وسیعی از شدت نور نسبت به ترانزیستور توری است . در نتیجه ، دیودهای نوری معمولا قطعه ی ترجیحی در کاربردهایی هستند که اندازه گیری تور بازه ی وسیعی داشته و باید دقیق باشد .

دیودهای نوری می توانند جریان کمتری نسبت به ترانزیستور نوری عبور دهند ، اما همچنین جریان کم تری نیز دریافت می کنند که باعث می شود در دستگاه های باتری دار که باید کمترین جریان ممکن را دریافت کنند مناسب باشد .

سرعت افت و خیز برای اندازه گیری سرعت بالا ، سیگنال دهی و یا انتقال داده بسیار مهم است . زمان افت و خیز یک ترانزیستور نوری معمول می تواند هزار برابر بیشتر از دیود نوری نوری باشد . قسمت « مقادیر » را در فصل ۵ برای یک مقایسه ببینید . همچنین توجه داشته باشید که جریان تاریکی ترانزیستور نوری بسیار کمتر از دیود نوری می باشد .

قابلیت ترانزیستور نوری برای سینک mA ۲۰ تا ۵۰mA جریان در خروجی خود وقتی که به یک قطعه ای متصل می شود که امپدانس نسبتا پایینی دارد کاربردی است . برای مثال ، ترانزیستور نوری می تواند مستقیما وارسان صوتی پیزوالکتریک و یا نشانگر LED را به کار اندازد .

بر خلاف دیود نوری ، ترانزیستور توری سوئیچ وضعیت جامد است . ولتاژ اشباع آن ( که در دیتاشیت ها SAT ) VSE ) نامیده می شود ) افت ولتاژی است که بین کلکتور و امیتر و به ندرت بیشتر از ۰ ٫ ۵ خواهد بود .

فرایند بين ( Binning )

تغییرات کم به هنگام فرایند تولید می تواند باعث به وجود آمدن عملکرد بی ثبات ترانزیستورهای نوری شود که دارای شمارهی قطعه یکسانی هستند . برای ارائهی واکنش باثبات ، تولید کننده ها از فرایند بین استفاده می کنند ، یعنی واحدهایی که دارای یک شمارهی بین باشند احتمالا دارای تلرانس مشترکی هستند . ( همین مفهوم برای کاهش تغییرات نورپردازي محيطي LED استفاده می شود که در جلد ۷ توصیف شد ) .

در صورت نیاز ، دیتاشیت ها اطلاعاتی در مورد معنا و موجودیت شماره های بین ارائه می دهند . بینهایی که دارای جریان های نوری بالاتری هستند همچنین زمان واکنش بیشتری نیز دارند .

نحوه ی بکار گیری

اکثر ترانزیستورهای نوری قطعات دو قطبی با خروجی کلکتور باز هستند . یعنی کلکتور ترانزیستور از یکی از دو سر در دسترس است و که آن را در براب استفاده باز گذاشته است . برای دستورالعمل کلی در مورد نحوه ی استفاده از خروجی کلکتور باز شکل A ۴ را ببینید . خلاصه مطلبی در مورد ترانزیستور های نوری در اینجا قرار گرفته است .

طرح شماتیک زیر مفهوم اولیه را نشان می دهد . مقاومت موجود در اینجا مقاومت بالا کشنده است . هنگامی که ترانزیستور نوری نور بسیار کمی دریافت می کند ، مقاومت مؤثر آن بالا خواهد بود . در نتیجه ، تقریبا تمام جریان از مقاومت بالا کشنده عبور می کند و به قطعه ای وارد می شود که به خروجی متصل شده است و ولتاژ خروجی به نظر بالا می آید .

اگر ترانزیستور نوری در مقابل منبع نوری زیادی قرار بگیرد ، مقاومت مؤثر بین کلکتور و امیتر به شدت کاهش پیدا می کند و ترانزیستور نوری جریان را به زمین فروکش می کند . در نتیجه خروجی در حالت پایین خواهد بود .

مقاومت بالا کشنده بین منبع تغذیه و پین کلکتور برای محافظت از ترانزیستور نوری از سینک جریان زیاد به هنگام وجود نور ضروری است . مقدار ایده آل مقاومت تا قسمتی به امپدانس دستگاه متصل به خروجی وابسته خواهد بود .

در این سناریو ، قرار گیری در معرض نور باعث می شود خروجی پایین شده و تاریکی باعث می شود خروجی در حالت بالا قرار گرفته باشد .

اگر بخواهیم قضیه برعکس شود چه کاری انجام دهیم ؟

مقاومت محافظ را می توان به پین امیتر منتقل کرد ، که در آنجا تبدیل می شود به مقاومتهای پایین کشنده در این حالت نیز ترانزیستور نوری از جریان زیاد محافظت می شود ، البته تا زمانی که خروجی به امپدانس بالایی متصل شده باشد . خروجی از پین امیر دریافت می شود و وقتی که قطعه در معرض نور قرار می گیرد از حالت پایین به بالا تغییر حالت می دهد . این قضیه در شکل زیر آمده است .

دریافت مقاومت و دریافت خروجی از پین امیتر باعث معکوس سازی رفتار ترانزیستور می شود هر قطعه ای که به خروجی متصل شد است باید نسبتا امپدانس بالایی داشته باشد تا ترانزیستور نوری از جریان زیاد محافظت شود

منبع: