Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3 Polovodiče a jejich využití Kapitola 20 Fototranzistor Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 FOTOTRANZISTOR... 2 1.1 POPIS FOTOTRANZISTORU... 2 1.2 VÝSTUPNÍ CHARAKTERISTIKA FOTOTRANZISTORU... 3 1.3 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem fototranzistoru. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací. 1
1 Fototranzistor 1.1 Popis fototranzistoru Fototranzistory využívají stejného principu jako fotodiody, jsou však citlivější na osvětlení. Využívají tranzistorový jev pro zesílení proudu vyvolaného osvětlením přechodu báze - kolektor. Obrázek 1 - schématická značka fototranzistoru Vnitřní struktura je podobná klasickému tranzistoru, neexistuje však napětí báze přivedené z vnějšku. V případě struktury PNP generuje dopadající zářeni v oblasti báze dvojice elektron - díra, přičemž elektrony se vlivem vnitřního elektrického pole pohybují směrem k emitorovému přechodu a díry ke kolektorovému přechodu. Díry jsou minoritními nosiči pro oblast kolektorového přechodu, a proto se přidávají k proudu kolektoru. V bázi zůstává náboj majoritních nosičů (elektronů), který způsobuje pokles potenciální bariery emitorového přechodu. Obrázek 2 - zapojení s bipolárním fototranzistorem Doba odezvy fototranzistorů je větší než u fotodiod (řádově desítky ms), vhodnou konstrukci lze však tuto dobu zkrátit. Obrázek 3 - Fototranzistor 2
1.2 Výstupní charakteristika fototranzistoru Místo vstupního proudu přiváděného do báze bipolárních tranzistorů se k řízení kolektorového proudu fototranzistorů využívá světelné energie. Světlo proniká do oblasti přechodu báze-emitor okénkem v pouzdru uzavřeným skleněnou čočkou. Výstupní charakteristiky tranzistoru jsou na obrázku. Důležitou charakteristickou veličinou je světelná citlivost, která se při vzrůstu osvětlení zvětšuje. Použití fototranzistorů je v podstatě shodné s užitím fotodiod v odporovém provozu, jejich citlivost je však asi desetkrát větší. Používá se jako optická závora, pokud je možno paprsek přerušit. Při použití optického vlákna mezi LED a fototranzistorem lze použít na přenos dat na velké vzdálenosti. Obrázek 4 - výstupní charakteristika fototranzistoru 1.3 Kontrolní otázky 1. K čemu fototranzistory využívají tranzistorový jev? 2. Jak vypadá vnitřní struktura fototranzistoru? 3. Popište princip fototranzistoru při dopadajícím světle. 4. Co se používá k řízení kolektorového proudu fototranzistorů? 5. Kde se dá fototranzistor využít? 6. Co je důležitou charakteristickou veličinou ve výstupní charakteristice fototranzistoru? 7. Kde dopadá světlo do fototranzistoru? 8. Jaká je přibližná doba odezvy fototranzistoru oproti fotodiodám? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - SCHÉMATICKÁ ZNAČKA FOTOTRANZISTORU... 2 OBRÁZEK 2 - ZAPOJENÍ S BIPOLÁRNÍM FOTOTRANZISTOREM... 2 OBRÁZEK 3 - FOTOTRANZISTOR... 2 OBRÁZEK 4 - VÝSTUPNÍ CHARAKTERISTIKA FOTOTRANZISTORU... 3 6