5.4.1.  Биполярные фототранзисторы

Транзистор, реагирующий на облучение световым потоком и способный одновременно усиливать фототок, называют фототранзистором.

В фототранзисторе переход коллек­тор-база представляет собой фотодиод. На рис.5.17, а показана структура фототранзистора, на рис. 5.17, б – схемное обозначение, а на рис. 5.17, в – его схе­ма замещения.

Рис. 5.17. Фототранзистор: а – структура; б – обозначение; в – схема замещения

Биполярный фототранзистор может быть включен в схему по-разному. Если подать напряжение между базой и коллектором, сместив коллекторный переход в обратном направлении и оста­вив эмиттерный вывод неподключен­ным к схеме, то такое включение бипо­лярного фототранзистора ничем не бу­дет отличаться от схемы включения фотодиода. При поглощении квантов света в базовой и коллекторной об­ластях образуются неравновесные па­ры носителей заряда (электроны и дырки). Неосновные носители (дырки в n-базе и электроны в p-коллекторе для транзистора р-п-р-типа) диффунди­руют к коллекторному переходу, втя­гиваются существующим там электри­ческим полем в коллекторный переход и проходят через него, создавая тем самым фототок ().

Однако биполярный фототранзи­стор обычно применяют при включении его по схеме с общим эмиттером. По­этому рассмотрим принцип действия биполярного фототранзистора, вклю­ченного по схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Рис. 5.18. Выходные характеристики фототранзистора в схеме ОЭ

Предположим вначале, что базовый вывод не подключен к схеме, т.е. ток базы равен нулю (= 0). В этом случае неосновные носители заряда, проходя через p-n-переход коллектора, создают тот же фототок (). Неравновесные основные носители (электро­ны в n-базе, возникшие из-за поглощения там квантов света, и электроны, пришедшие в базу из коллектора) оказываются в своеобразной потенциальной яме. Накопление в базе неравновесных основных носителей заряда понижает высоту потенциальных барьеров эмиттерного и коллекторного переходов. Из-за уменьшения высоты потенциального барьера эмиттерного перехода увеличивается инжекция дырок из эмиттера в базу. Соответственно возрастает и ток коллектора. Та­ким образом, накопленный в базе биполярного фототранзистора дополнительный заряд неравновесных основных носителей обес­печивает усиление фототока, т.е. при освещении результирую­щий ток коллектора равн:

.

Следовательно, фототок, пропорциональный световому потоку, играет роль тока базы, который в схеме с общим эмиттером усиливается в  раз. Семейство выходных характеристик будет иметь вид (рис.5.18). Параметром семейства вместо входного тока базы выступает световой поток (Ф).

Подпись:  

Рис. 5.19. Схема замещения составного фото¬транзистора
При подключении вывода базы к внешней схеме ток базы мо­жет изменяться при освещении фототранзистора. Степень изме­нения этого тока зависит от сопротивлений в цепи базы. Изме­нение тока базы происходит в результате выхода неравновесных электронов из нее во внешнюю базовую цепь. В результате на­копленный в базе заряд основных носителей уменьшается, что уменьшает усиление фототока.

Таким образом, биполярный фототранзистор обладает наи­большей чувствительностью к облучению светом базовой области при включении по схеме с общим эмиттером и отключенной базе. Поэтому у первых конструкций биполярных фототранзисторов вывод базы вообще отсутствовал. Однако наличие вывода базы у биполярных фототранзисторов позволяет использовать не только оптическое, но и электрическое управление фототранзис­тором, осуществлять компенсацию посторонних внешних воздей­ствий (например, изменение параметров, вызванное изменением температуры в процессе работы).

Для получения большего усиления фо­тотока в фототранзисторах используют схему Дарлингтона (рис. 5.19). Из схемы