هر چیز درباره فوتوترانزیستورها

فوتوترانزیستور یک وسیله نیمه هادی است که نور را به الکتریسیته تبدیل می کند. از سه قسمت لایه حساس به نور، پایه و ساطع کننده تشکیل شده است.

لایه حساس به نور که معمولاً سیلیکون یا ژرمانیوم (Ge) است از دو بخش تشکیل شده است: مواد نیمه هادی ذاتی و یک ماده نیمه هادی بیرونی که معمولاً از نوع p (حامل بار مثبت) یا نوع n (حامل بار منفی) است.

مواد نیمه هادی ذاتی فوتون ها را جذب می کنند در حالی که مواد نیمه هادی بیرونی الکترون ها را آزاد می کنند، بنابراین جریانی ایجاد می شود که از پایه عبور می کند. امیتر الکترون ها را از پایه آزاد می کند و در نتیجه مدار را کامل می کند.

فوتوترانزیستورها: عملکرد پایه

فوتو ترانزیستور یک وسیله نیمه هادی است که نور را به الکتریسیته و بالعکس تبدیل می کند. به عبارت دیگر فوتوترانزیستور یک دستگاه فتوولتائیک است. این به این معنی است که در هنگام قرار گرفتن در معرض نور توانایی تولید جریان را دارد.

مقدار جریان تولید شده به شدت نور بستگی دارد. این قابلیت در بسیاری از کاربردها استفاده می شود که در آن نور باید به شکل قابل استفاده تبدیل شود. به عنوان مثال، می‌توان از آن برای اندازه‌گیری شدت نور، کنترل دستگاه‌های دیگر بر اساس نور، یا حتی به عنوان یک گیرنده نوری استفاده کرد.

انواع فوتو ترانزیستورها

دو نوع اصلی فوتوترانزیستور وجود دارد: فوتوترانزیستور NPN و فوتوترانزیستور PNP.

ترانزیستورهای نوری NPN دستگاه‌هایی هستند که با ولتاژ کار می‌کنند و در مواجهه با نور جریانی تولید می‌کنند. سپس می توان از این جریان برای کنترل یک وسیله الکتریکی مانند موتور استفاده کرد. ترانزیستورهای نوری NPN در کاربردهایی استفاده می‌شوند که نیاز به جریان ذخیره یا تبدیل به ولتاژ دارند.

این دستگاه ها در تاریکی مقاومت بالاتری دارند اما با افزایش شدت نور این مقاومت کاهش می یابد. ترانزیستورهای نوری NPN معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شوند که نور باید به ولتاژ یا جریان تبدیل شود.

فتوترانزیستورهای PNP دستگاه‌هایی هستند که با جریان کار می‌کنند که نور را در معرض نور به جریان تبدیل می‌کنند. این دستگاه‌ها معمولاً در برنامه‌هایی استفاده می‌شوند که جریان باید ذخیره شود یا به ولتاژ تبدیل شود. فوتوترانزیستورهای PNP در تاریکی مقاومت بیشتری دارند، اما با افزایش شدت نور، این مقاومت کاهش می‌یابد. فتوترانزیستورهای PNP معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شوند که نور باید به ولتاژ یا جریان تبدیل شود.

فوتوترانزیستورها چگونه کار می کنند؟

برای درک نحوه کار فتوترانزیستورها، اجازه دهید ابتدا به قطعات و اجزای این دستگاه نگاه کنیم.

یک فوتوترانزیستور معمولی از یک سلول فتوولتائیک تشکیل شده است که از یک لایه مواد حساس به نور تشکیل شده است. این لایه نور فرودی را به جریان الکتریکی تبدیل می کند. سلول فتوولتائیک بین دو الکترود قرار می گیرد: الکترود پایه و کلکتور. الکترود پایه شفاف است و به عنوان پنجره ای برای رسیدن نور به لایه حساس عمل می کند. الکترود کلکتور جریان الکتریکی تولید شده توسط سلول فتوولتائیک را هنگام قرار گرفتن در معرض نور جمع آوری می کند.

یک فوتو ترانزیستور با تغییر مقاومت الکتریکی خود بر اساس میزان نوری که روی آن می‌تابد، کار می‌کند، بنابراین، بسته به میزان نور، جریان کمتر یا بیشتر از آن عبور می‌کند.

حساسیت یک فوتو ترانزیستور بسته به نوع ماده نیمه هادی که در ساخت آن استفاده شده است متفاوت است. به عنوان مثال، دستگاه های مبتنی بر ژرمانیوم به تابش مادون قرمز (IR) بسیار حساس هستند در حالی که دستگاه های مبتنی بر سیلیکون به نور قرمز مرئی حساس تر هستند.

از ساختار، می توان دریافت که پایه یک ترانزیستور فوتو همان ترانزیستور دو قطبی است. ناحیه جمع کننده معمولاً گسترده تر از ناحیه امیتر است، با دو اتصال بین لایه های نوع N و نوع P. این ساختار به این دلیل استفاده می شود که فوتوترانزیستورها عموماً به گونه ای طراحی شده اند که بسیار حساس باشند.

آشنایی با مدار فوتو ترانزیستور

هنگامی که نور به فوتوترانزیستور برخورد می کند، جریانی رو به بالا ایجاد می کند. افزایش ولتاژ جریان بیشتری را از منبع می گیرد که می تواند برای کنترل دستگاه های مختلف استفاده شود. بنابراین، یک فوتوترانزیستور به عنوان یک سوئیچ عمل می کند، زمانی که نور وجود دارد بسته می شود و زمانی که منبع نور حذف می شود، باز می شود.

به عنوان مثال، یک فوتو ترانزیستور را می توان برای کنترل یک موتور با بسته شدن در هنگام تشخیص نور و باز شدن هنگامی که نور دیگر وجود ندارد استفاده کرد. از این مدار ساده می توان برای روشن و خاموش کردن یک LED در هنگام تابش نور به آن استفاده کرد.

تفاوت های کلیدی بین فوتوترانزیستورها و فوتودیودها

فوتوترانزیستورها و فوتودیودها دو وسیله ای هستند که اغلب با هم مخلوط می شوند. چه تفاوتی بین آنها وجود دارد؟

ترانزیستور نوری یک ترانزیستور حساس به نور است که دارای کلکتور، پایه و امیتر است. شبیه ترانزیستور دوقطبی است و از همان مواد ساخته شده است.

از طرف دیگر، فتودیود یک دستگاه نیمه هادی است که فقط به جریان اجازه می دهد در یک جهت جریان یابد. می توان از آن به عنوان یک سنسور نور استفاده کرد، اما تنها زمانی که به همراه یک مدار برای ایجاد جریان از طریق آن استفاده شود.

تفاوت اصلی این دو دستگاه این است که از مواد مختلفی ساخته شده اند، ساختار متفاوتی دارند و در مواجهه با نور رفتار متفاوتی خواهند داشت.

یک فوتو ترانزیستور وقتی در معرض نور قرار می گیرد مانند یک کلید عمل می کند. یک فتودیود تنها در صورتی به عنوان تقویت کننده عمل می کند که در ارتباط با مدارهای دیگری قرار گیرد که جریان را از آن عبور می دهد.

فتودیود از سیلیکون ساخته شده است در حالی که فوتوترانزیستور معمولاً از ژرمانیوم ساخته شده است.

ساختارهای داخلی فوتوترانزیستور و فوتودیود بسیار متفاوت است. یک فوتوترانزیستور حاوی یک امیتر، پایه و کلکتور است در حالی که دیود فقط دارای یک آند و یک کاتد است.

یک ترانزیستور قادر است جریان را تقویت کند در حالی که دیود فقط اجازه می دهد جریان در یک جهت جریان یابد.

هنگامی که در معرض نور قرار می گیرد، مقاومت ترانزیستور کاهش می یابد و اجازه می دهد تا جریان از آن عبور کند. هنگامی که در معرض نور قرار می گیرد، مقاومت در یک دیود به شدت افزایش می یابد و عبور جریان از آن را غیرممکن می کند.

مشخصات فنی فوتوترانزیستورها

– دمای عملیاتی : ترانزیستورهای فوتو معمولاً برای کارکرد بین -۴۰ تا +۱۵۰ درجه سانتیگراد طراحی شده اند. با این حال، دستگاه‌های خاصی ممکن است برای محدوده باریک‌تری طراحی شوند، بنابراین مهم است که قبل از خرید هر دستگاهی، مشخصات آن را بررسی کنید.

– انتخاب مقاومت : ترانزیستورهای نوری مقاومت ورودی بسیار بالاتری نسبت به فتودیودها دارند، بنابراین باید از مقاومت بسیار بزرگتری در تقسیم کننده ولتاژ استفاده شود. اکثر فوتوترانزیستورها دارای مقاومت ورودی بین ۱۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ اهم هستند.

– رتبه‌بندی جریان : فوتوترانزیستورها دستگاه‌هایی هستند که با جریان کنترل می‌شوند، بنابراین حداکثر جریانی را خواهند داشت که می‌توانند بکشند. این در آمپر اندازه گیری می شود و معمولاً بسیار کم است بین ۰.۱ و ۱ آمپر.

– حساسیت : حساسیت معیاری برای تغییر مقاومت نسبت به نور است. به عنوان مثال، یک فتوسل با حساسیت ۱۰k اهم/لوکس در معرض ۱۰۰ لوکس (۱ لوکس = ۱ لومن بر متر مربع) مقاومتی برابر با ۱۰ کیلو اهم خواهد داشت. هرچه درجه حساسیت کمتر باشد، نور کمتری برای کاهش مقاومت به نصف نیاز است.

مزایای استفاده از ترانزیستور نوری

در اینجا برخی از مزایای استفاده از ترانزیستورهای نوری در مدار آورده شده است:

– به نور بسیار حساس هستند: در شرایط کم نور قابل استفاده هستند.

– برای مدارهای باز و بسته استفاده می شود: فتوترانزیستورها برای مدارهای باز و بسته با کمک تقویت کننده با بهره بالا استفاده می شوند.

– نیاز به مدار خارجی کمی دارند: در مقایسه با سنسورهای دیگر، مدار خارجی بسیار کمی برای کار نیاز دارند.

– ساده و مقرون به صرفه: در مقایسه با سایر سنسورها، ترانزیستورهای نوری ساده و مقرون به صرفه هستند.

– مصرف انرژی کم: فوتوترانزیستورها در مقایسه با سایر سنسورها انرژی بسیار کمی مصرف می کنند.

– قسمت حساس به نور در اپوکسی محصور شده است: قسمت حساس به نور یک ترانزیستور نوری در اپوکسی محصور شده است. این به محافظت از قسمت حساس سنسور در برابر رطوبت و آلودگی کمک می کند.

معایب استفاده از فوتو ترانزیستور

در اینجا برخی از معایب استفاده از ترانزیستورهای نوری در مدار وجود دارد:

– کندتر از فتودیودها: فوتوترانزیستورها کندتر از فتودیودها هستند.

– به اندازه فتودیودها حساس نیست: فوتوترانزیستورها به اندازه فوتودیود حساس نیستند.

– برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب نیست: فوتوترانزیستورها به دلیل زمان پاسخ آهسته برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب نیستند.

– ولتاژ خروجی پایین: فوتوترانزیستورها ولتاژ خروجی پایینی دارند. این امر تقویت سیگنال را دشوار می کند.

فوتوترانزیستورها چه کاربردهایی دارند؟

فوتوترانزیستورها کاربردهای وسیعی دارند که عبارتند از:

– کنترل روشنایی: نورها توسط فوتوترانزیستورها کنترل می شوند. این به این دلیل است که آنها قادر به کنترل میزان نوری است که ساطع می شود.

– سیستم های امنیتی: فوتوترانزیستورها در سیستم های امنیتی استفاده می شوند. آنها قادر به تشخیص افرادی هستند که از منطقه عبور می کنند. این کار با تشخیص نوری که آنها ساطع می کنند انجام می شود.

– کارت خوان ها: فوتوترانزیستورها در کارتخوان ها استفاده می شوند. آنها قادرند نوارهای مغناطیسی روی کارت ها را با ارسال یک سیگنال تشخیص دهند.

– تجهیزات پزشکی: فوتوترانزیستورها را می توان در تجهیزات پزشکی مانند افتالموسکوپ و تجهیزات معاینه دندانی یافت.

– سیستم های GPS: فوتوترانزیستورها در سیستم های GPS استفاده می شوند که به تعیین مکان وسایل نقلیه، کشتی ها و هواپیماها کمک می کنند.

فتوترانزیستورها را از کجا بخریم؟

آیا به دنبال فوتو ترانزیستور هستید؟ شما باید مشتاق باشید که آنها را از کجا خریداری می کنید. اطمینان حاصل کنید که از تولید کنندگان و تامین کنندگان معتبر خرید می کنید. این تنها راه برای اطمینان از دریافت بهترین کیفیت فوتوترانزیستور است.

هنگام خرید از اینترنت باید مراقب باشید زیرا هرگز نمی توانید از کیفیت محصولاتی که دریافت خواهید کرد مطمئن باشید. در صورت نیاز، بهتر است از طریق فروشگاه نیما الکترونیک کمک بگیرید. نیما الکترونیک برای خرید ترانزیستورهای فوتو با کیفیت از چین به شما کمک خواهند کرد.