Bases du phototransistor, schéma de circuit, avantages et applications

Qu'est-ce que le phototransistor?

À Phototransistor est un composant électronique de commutation et d'amplification de courant qui repose sur l'exposition à la lumière pour fonctionner. Lorsque la lumière tombe sur la jonction, un courant inverse circule proportionnellement à la luminance. Les phototransistors sont largement utilisés pour détecter les impulsions lumineuses et les convertir en signaux électriques numériques. Ceux-ci sont actionnés par la lumière plutôt que par le courant électrique. Fournissant une grande quantité de gain, un faible coût et ces phototransistors pourraient être utilisés dans de nombreuses applications.

Il est capable de convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique. Les phototransistors fonctionnent de la même manière que les photorésistances communément appelées LDR (résistance dépendant de la lumière), mais sont capables de produire à la fois du courant et de la tension, tandis que les photorésistances ne sont capables de produire du courant qu'en raison d'un changement de résistance. Les phototransistors sont des transistors dont la borne de base est exposée. Au lieu d'envoyer du courant dans la base, les photons de la lumière frappante activent le transistor. En effet, un phototransistor est constitué d'un semi-conducteur bipolaire et focalise l'énergie qui le traverse. Ceux-ci sont activés par des particules de lumière et sont utilisés dans pratiquement tous les appareils électroniques qui dépendent d'une manière ou d'une autre de la lumière. Tous les photocapteurs au silicium (phototransistors) répondent à l'ensemble de la plage de rayonnement visible ainsi qu'aux infrarouges. En fait, toutes les diodes, transistors, Darlington, triacs, etc. ont la même réponse en fréquence de rayonnement de base.

Le structure de la phototransistor est spécifiquement optimisé pour les applications photo. Comparé à un transistor normal, un phototransistor a une base et une largeur de collecteur plus grandes et est fabriqué par diffusion ou implantation ionique.

Caractéristiques :

• Photodétection visible et proche infrarouge à faible coût.
• Disponible avec des gains de 100 à plus de 1500.
• Temps de réponse modérément rapides.
• Disponible dans une large gamme de boîtiers comprenant la technologie à revêtement époxy, moulé par transfert et de montage en surface.
• Les caractéristiques électriques étaient similaires à celles de transistors de signal .

À phototransistor n'est rien d'autre qu'un transistor bipolaire ordinaire dans lequel la région de base est exposée à l'éclairage. Il est disponible dans les deux types P-N-P et N-P-N ayant différentes configurations comme émetteur commun, collecteur commun et base commune. Émetteur commun configuration est généralement utilisé. Cela peut également fonctionner pendant que la base est ouverte. Comparé au transistor conventionnel, il a plus de zones de base et de collecteur. Les anciens phototransistors utilisaient des matériaux semi-conducteurs simples comme le silicium et le germanium, mais les composants modernes d'aujourd'hui utilisent des matériaux comme le gallium et l'arséniure pour des niveaux de rendement élevés. La base est le conducteur responsable de l'activation du transistor. C'est le dispositif de commande de porte pour la plus grande alimentation électrique. Le collecteur est le fil positif et la plus grande alimentation électrique. L'émetteur est le fil négatif et la prise pour la plus grande alimentation électrique.

Construction de transistors photo

En l'absence de lumière tombant sur l'appareil, il y aura un petit flux de courant dû aux paires trou-électron générées thermiquement et la tension de sortie du circuit sera légèrement inférieure à la valeur d'alimentation en raison de la chute de tension à travers la résistance de charge R. Avec la lumière tombant sur la jonction collecteur-base, le flux de courant augmente. Avec le circuit ouvert de connexion de base, le courant collecteur-base doit circuler dans le circuit base-émetteur et, par conséquent, le courant circulant est amplifié par l'action normale du transistor. La jonction collecteur-base est très sensible à la lumière. Son état de fonctionnement dépend de l'intensité de la lumière. Le courant de base des photons incidents est amplifié par le gain du transistor, ce qui se traduit par des gains de courant allant de centaines à plusieurs milliers. Un phototransistor est 50 à 100 fois plus sensible qu'une photodiode avec un niveau de bruit plus faible.

Circuit de phototransistor:

Un phototransistor fonctionne comme un transistor normal, où le courant de base est multiplié pour donner le courant du collecteur, sauf que dans un phototransistor, le courant de base est contrôlé par la quantité de lumière visible ou infrarouge où l'appareil n'a besoin que de 2 broches.

Schéma du circuit du phototransistor

Dans le circuit simple , en supposant que rien n'est connecté à Vout, le courant de base contrôlé par la quantité de lumière déterminera le courant du collecteur, qui est le courant traversant la résistance. Par conséquent, la tension à Vout se déplacera haut et bas en fonction de la quantité de lumière. Nous pouvons le connecter à un ampli opérationnel pour booster le signal ou directement à une entrée d'un microcontrôleur. La sortie d'un phototransistor dépend de la longueur d'onde de la lumière incidente. Ces appareils réagissent à la lumière sur une large gamme de longueurs d'onde allant du proche UV au visible et dans la partie proche infrarouge du spectre. Pour un niveau d'éclairage de source de lumière donné, la sortie d'un phototransistor est définie par la zone de la jonction collecteur-base exposée et le gain de courant continu du transistor.

Phototransistors disponibles dans différentes configurations comme optoisolateur, interrupteur optique, capteur rétro. Optoisolateur est similaire à un transformateur en ce que la sortie est isolée électriquement de l'entrée. Un objet est détecté lorsqu'il pénètre dans l'espace du commutateur optique et bloque le trajet de la lumière entre l'émetteur et le détecteur. Le rétro-capteur détecte la présence d'un objet en générant de la lumière puis en recherchant sa réflectance par rapport à l'objet à détecter.

Avantages des phototransistors:

Les phototransistors présentent plusieurs avantages importants qui les séparent d'un autre capteur optique, certains d'entre eux sont mentionnés ci-dessous

• Les phototransistors produisent un courant plus élevé que les photodiodes.
• Les phototransistors sont relativement peu coûteux, simples et suffisamment petits pour en installer plusieurs sur une seule puce informatique intégrée.
• Les phototransistors sont très rapides et sont capables de fournir une sortie presque instantanée.
• Les phototransistors produisent une tension que les photo-résistances ne peuvent pas faire.

Inconvénients des phototransistors:

• Les phototransistors en silicium ne sont pas capables de supporter des tensions supérieures à 1 000 volts.
• Les phototransistors sont également plus vulnérables aux surtensions et aux pics d'électricité ainsi qu'à l'énergie électromagnétique.
• Les phototransistors ne permettent pas non plus aux électrons de se déplacer aussi librement que d'autres appareils, tels que les tubes électroniques.

Applications des phototransistors

Les domaines d'application du phototransistor comprennent:

• Lecteurs de cartes perforées.
• Systèmes de sécurité
• Encodeurs - mesurer la vitesse et direction
• Détecteurs IR photo
• commandes électriques
• Circuit logique informatique.
• Relais
• Contrôle de l'éclairage (autoroutes, etc.)
• Indication de niveau
• Systèmes de comptage

Il s'agit donc d'une vue d'ensemble d'un phototransistor . À partir des informations ci-dessus enfin, nous pouvons conclure que les phototransistors sont largement utilisés dans différents appareils électroniques pour détecter la lumière tels que les récepteurs infrarouges, les détecteurs de fumée, les lasers, les lecteurs de CD, etc. Voici une question pour vous, quelle est la différence entre phototransistor et photodétecteur?