Phototransisto

Phototranzito là các tranzito mà vùng bazơ có thể được chiếu sáng, không có điện áp đặt lên bazơ, chỉ có điện áp trên C, đồng thời chuyển tiếp B-C phân cực ngược.

Hình 8.12: Phototranzito

a) Sơ đồ mạch điện b) Sơ đồ tương đương

c) Tách cặp điện tử lỗ trống khi chiếu sáng bazơ

Điện áp đặt vào tập trung hầu như toàn bộ trên chuyển tiếp B-C (phân cực ngược) trong khi đó chênh lệch điện áp giữa E và B thay đổi không đáng kể (V_BE ≈ 0,6-0,7V). Khi chuyển tiếp B-C được chiếu sáng, nó hoạt động giống như photođiot ở chế độ quang thế với dòng ngược:

Trong đó I₀ là dòng ngược trong tối, I_P là dòng quang điện dưới tác dụng của thông lượng F₀ chiếu qua bề dày X của bazơ (bước sóng λ < λ_S):

Dòng I_r đóng vai trò dòng bazơ, nó gây nên dòng colectơ I_c:

β - hệ số khuếch đại dòng của tranzito khi đấu chung emitơ.

Có thể coi phototranzito như tổ hợp của một photodiot và một tranzito (hình 8.12b). Phodiode cung cấp dòng quang điện tại bazơ, còn tranzito cho hiệu ứng khếch đại β. Các điện tử và lỗ trống phát sinh trong vùng bazơ (dưới tác dụng của ánh sáng) sẽ bị phân chia dưới tác dụng của điện trường trên chuyển tiếp B - C.

Trong trường hợp tranzito NPN, các điện tử bị kéo về phía colectơ trong khi lỗ trống bị giữ lại trong vùng bazơ (hình 8.12c) tạo thành dòng điện tử từ E qua B đến C. Hiện tượng xẩy ra tương tự như vậy nếu như lỗ trống phun vào bazơ từ một nguồn bên ngoài: điện thế bazơ tăng lên làm giảm hàng rào thế giữa E và B, điều này gây nên dòng điện tử I_E chạy từ E đến B và khuếch tán tiếp từ B về phía C.

Khi nhận được thông lượng F₀, điot bazơ-colectơ sinh ra dòng quang điện I_p, dòng này gây nên trong phototranzito một dòng , trong đó giá trị của I_cp được rút ra từ công thức của I_p:

Đối với một thông lượng F₀ cho trước, đường cong phổ hồi đáp xác định bởi bản chất của điot B-C: vật liệu chế tạo (thường là Si) và loại pha tạp (hình 8.13). Đối với một bước sóng cho trước, dòng colectơ I không phải là hàm tuyến tính của thông lượng hoặc độ chiếu sáng bởi vì hệ số khuếch đại ò phụ thuộc vào dòng Ic (tức là cũng phụ thuộc thông lượng), nghĩa là phụ thuộc vào Φ₀.

Hình 8.13: Đường cong phổ hồi đáp của photodiot

Độ nhạy phổ S(λ_p) ở bước sóng tương ứng với điểm cực đại có giá trị nằm trong khoảng 1 - 100A/W.

Phototranzito có thể dùng làm bộ chuyển mạch, hoặc làm phần tử tuyến tính. Ở chế độ chuyển mạch nó có ưu điểm so với photodiot là cho phép sử dụng một cách trực tiếp dòng chạy qua tương đối lớn. Ngược lại, ở chế độ tuyến tính, mặc dù cho độ khuếch đại nhưng người ta thích dùng photođiot vì nó có độ tuyến tính tốt hơn.

- Phototranzito chuyển mạch:

Trong trường hợp này sử dụng thông tin dạng nhị phân: có hay không có bức xạ, hoặc ánh sáng nhỏ hơn hay lớn hơn ngưỡng. Tranzito chặn hoặc bảo hoà cho phép điều khiển trực tiếp (hoặc sau khi khuếch đại) như một rơle, điều khiển một cổng logic hoặc một thyristo (hình 8.14).

Hình 8.14: Photodiotzito trong chế độ chuyển mạch

a) Rơle b) Rơle sau khếch đại c) Cổng logic d) Thyristo

- Phototranzito trong chế độ tuyến tính:

Có hai cách sử dụng trong chế độ tuyến tính.

- Trường hợp thứ nhất: đo ánh sáng không đổi (giống như một luxmet).

- Trường hợp thứ hai: thu nhận tín hiệu thay đổi dạng:

Trong đó F1(t) là thành phần thay đổi với biên độ nhỏ để sao cho không dẫn tới phototranzito bị chặn hoặc bảo hoà và có thể coi độ nhạy không đổi. Trong điều kiện đó, dòng colectơ có dạng:

Hình 8.15: Sơ đồ nguyên lý luxmet