Фототранзисторы и фототиристоры

К фотоприемникам с внутренним усилением, в которых оптическое излучение не только преобразуется в электрический сигнал, но и усиливается, относятся фототранзисторы, составной фототранзистор и фототиристоры.

Биполярный фототранзистор (p – n – p типа, например) включается обычно по схеме с общим эмиттером. Базовый вывод при этом может не подключаться к схеме и I_Б = 0. При освещении транзистора начинается генерация носителей в базе, которые разделяются обратносмещенным коллекторным переходом. Дырки уходят в коллектор, а электроны накапливаются в базе. Для восстановления электронейтральности в базе, поскольку I_Б = 0, эмиттер инжектирует дополнительное количество дырок. Фототок в этом случае играет роль тока базы. Выходные характеристики фототранзистора аналогичны характеристикам обычного биполярного транзистора, только вместо тока базы I_Б параметром в них является световой поток Ф. Ток коллектора, как и в обычном транзисторе, в b раз больше тока базы, равного фототоку I_ф. Это усиление фототока является результатом накопления в базе неравновесных основных носителей.

При подключении вывода базы к внешней схеме неравновесные заряды могут выходить из базы во внешнюю цепь. Скорость этого процесса зависит от сопротивлений в цепи базы. В результате заряд избыточных основных носителей в базе уменьшается, уменьшается и усиление фототока.

Фототиристор имеет тоже четырехслойную p – n - p – n структуру. При освещении структуры в базовых областях возникают неравновесные носители, которые разделяются запертым средним p – n переходом. Обычно фототиристор работает в динисторном включении. В базовых областях происходит накопление основных носителей, как и в базе фототранзистора. Поэтому через открытые переходы П1 и П3 из анода и катода в базы фототиристора будут поступать заряды для поддержания электронейтральности. Поэтому при освещении полный ток через структуру I будет складываться из собственного тока коллекторного перехода I_к0 при заданном напряжении и суммы фототоков через все три перехода

,

где: I_ф1, I_ф2, I_ф3 - фототоки через переходы П1, П2 и П3, а a₁ и a₂ – коэффициенты передачи по току транзисторов, соединением которых представляется тиристор. Три последних слагаемых, зависящие от уровня освещенности, играют роль тока управления в обычном тиристоре, поэтому при изменении потока излучения изменяется напряжение включения фототиристора. Семейство ВАХ фототиристора аналогично семейству ВАХ обычного тиристора, только параметром семейства является поток излучения Ф.