Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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¿Qué es un fototransistor?
Los fototransistores son dispositivos semiconductores tri-terminales (emisor, base y colector) o bi-terminales (emisor y colector) que tienen una región de base sensible a la luz. Aunque todos los transistores exhiben una naturaleza sensible a la luz, estos están especialmente diseñados y optimizados para aplicaciones fotográficas. Estos están hechos de difusión o implantación de iones y tienen regiones de colector y base mucho más grandes en comparación con los transistores ordinarios. Estos dispositivos pueden estar estructurados por homounión o por heterounión, como se muestra en la Figura 1a y 1b, respectivamente.
En el caso de fototransistores de homounión, todo el dispositivo estará hecho de un solo tipo de material; ya sea silicio o germanio. Sin embargo, para aumentar su eficiencia, los fototransistores pueden estar hechos de materiales no idénticos (materiales del Grupo III-V como GaAs) a ambos lados de la unión pn que conducen a dispositivos de heterounión. No obstante, los dispositivos de homounión se utilizan con mayor frecuencia en comparación con los dispositivos de heterounión, ya que son económicos.
El símbolo del circuito para fototransistores npn se muestra en la Figura 2, que no es más que un transistor (con o sin cable de base) con dos flechas apuntando hacia la base que indican su sensibilidad a la luz. Una representación simbólica similar se mantiene bien incluso en el caso de fototransistores pnp con el único cambio que es la flecha en el emisor apuntando hacia adentro, en lugar de hacia afuera.
¿Cómo funciona un fototransistor?
El comportamiento de los fototransistores es idéntico al de los transistores normales excepto que aquí el efecto provocado por la tensión de base se experimentará debido a la luz incidente. Esto se puede aclarar analizando los siguientes puntos
- Las características de los fototransistores son similares a las de los transistores normales, excepto que tienen corriente de base reemplazada por intensidad de luz. Esto significa que incluso estos dispositivos tienen tres regiones operativas, a saber, corte, activo y saturación. Esto implica además que los fototransistores se pueden usar para aplicaciones de conmutación (dependientes del modo de corte y saturación) o para amplificación (operación en modo activo), al igual que los transistores ordinarios.
- Los fototransistores se pueden configurar en dos configuraciones diferentes, a saber, colector común y emisor común, dependiendo del terminal que es común entre los terminales de entrada y salida, similar a los transistores normales.
- Una pequeña corriente de saturación inversa, llamada corriente oscura, fluye a través del fototransistor incluso en ausencia de luz cuyo valor aumenta con un aumento en el valor de la temperatura, una propiedad idéntica a la que exhiben los transistores ordinarios.
- Los fototransistores son propensos a sufrir daños permanentes debido a averías si el voltaje aplicado a través de la unión colector-emisor aumenta más allá de su voltaje de ruptura, al igual que en el caso de los transistores normales.
Generalmente, en el caso de los circuitos de fototransistor, el terminal del colector se conectará a la tensión de alimentación y la salida se obtendrá en el terminal del emisor, mientras que el terminal de la base, si está presente, se dejará desconectado. En esta condición, si se hace que la luz caiga sobre la región de la base del fototransistor, entonces se genera la generación de pares de electrones y huecos que dan lugar a la corriente de base, nada más que la fotocorriente, bajo la influencia del campo eléctrico aplicado. . Esto además da como resultado el flujo de corriente del emisor a través del dispositivo, lo que resulta en el proceso de amplificación. Esto se debe a que, aquí, la magnitud de la fotocorriente desarrollada será proporcional a la luminancia y será amplificada por la ganancia del transistor que conduce a una corriente de colector mayor.
La salida del fototransistor depende de diversos factores como
- Longitud de onda de la luz incidente
- Área de la unión colector-base expuesta a la luz
- Ganancia de corriente CC del transistor.
Además, las características de un fototransistor particular se pueden expresar en términos de su
- Sensibilidad luminosa definida como la relación entre la corriente fotoeléctrica y el flujo luminoso incidente.
- La respuesta espectral que decide la longitud de onda más larga que se puede utilizar como sensibilidad de los fototransistores es una función de la longitud de onda
- Ganancia fotoeléctrica que indica su eficiencia para convertir la luz en una señal eléctrica amplificada.
- Constante de tiempo que influye en su tiempo de respuesta.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que la velocidad de respuesta y la ganancia del fototransistor son inversamente proporcionales entre sí, lo que significa que una disminuye si la otra aumenta.
Ventajas del fototransistor
Las ventajas de los fototransistores incluyen:
- Sencillo, compacto y económico.
- Mayor corriente, mayor ganancia y tiempos de respuesta más rápidos en comparación con los fotodiodos.
- Da como resultado un voltaje de salida a diferencia de las resistencias fotográficas.
- Sensible a una amplia gama de longitudes de onda que van desde la radiación ultravioleta (UV) hasta la infrarroja (IR) a través de la radiación visible.
- Sensible a una gran cantidad de fuentes, incluidas bombillas incandescentes, bombillas fluorescentes, bombillas de neón, láseres, llamas y luz solar.
- Altamente confiable y temporalmente estable.
- Menos ruidoso en comparación con los fotodiodos de avalancha.
- Disponible en una amplia variedad de tipos de paquetes, incluidos revestidos con epoxi, moldeados por transferencia y montados en superficie.
Desventajas del fototransistor
Las desventajas de los fototransistores incluyen:
- No puede manejar altos voltajes si está hecho de silicona.
- Propenso a picos eléctricos y sobretensiones.
- Afectado por energía electromagnética.
- No permita el flujo fácil de electrones a diferencia de los tubos de electrones.
- Mala respuesta de alta frecuencia debido a una gran capacitancia del colector base .
- No se pueden detectar niveles bajos de luz mejor que los fotodiodos.
Aplicaciones del fototransistor
Las aplicaciones de los fototransistores incluyen:
- Detección de objetos
- Detección del codificador
- Sistemas automáticos de control eléctrico como en detectores de luz.
- Sistemas de seguridad
- Lectores de tarjetas perforadas
- Relés
- Circuito lógico informático
- Sistemas de conteo
- Detectores de humo
- Dispositivos de búsqueda de alcance láser
- Mandos a distancia ópticos
- reproductores de CD
- Astronomía
- Sistemas de visión nocturna
- Receptores de infrarrojos
- Impresoras y fotocopiadoras
- Cámaras como controladores de obturadores
- Comparadores de nivel
