Fototransistores: ¿Qué son y cómo funcionan?

¿Qué es un fototransistor?

Fototransistores son tri-terminales (emisor, base y colector) o bi-terminales (emisor y colector) semiconductor dispositivos que tienen una región base sensible a la luz. Aunque todos transistores exhiben la naturaleza sensible a la luz, están especialmente diseñados y optimizados para aplicaciones fotográficas. Están hechos de difusión o de implantación de iones y tienen regiones colectoras y de base mucho más grandes en comparación con los transistores ordinarios. Estos dispositivos pueden ser de estructura homojuncional o heterojuncional, como se muestra en las figuras 1a y 1b, respectivamente.

En el caso de los fototransistores de homojunction, todo el dispositivo estará hecho de un solo tipo de material; ya sea silicio o germanio. Sin embargo, para aumentar su eficiencia, el fototransistores pueden estar hechos de materiales no idénticos (materiales del Grupo III-V como los GaAs) a ambos lados de la unión pn …lo que lleva a dispositivos de heterojunction. No obstante, los dispositivos de homojunction se utilizan más a menudo en comparación con los dispositivos de unión heterosexual, ya que son económicos.

El símbolo del circuito para los fototransistores npn se muestra en la figura 2, que no es más que un transistor (con o sin base de plomo) 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 los fototransistores pnp con el único cambio que es la flecha del emisor apuntando hacia adentro, en lugar de hacia afuera.

¿Cómo funciona un fototransistor?

El comportamiento de los fototransistores es idéntico al de los normales transistores excepto por el hecho de que aquí el efecto producido por el voltaje base se experimentará debido a la luz incidente. Esto puede aclararse analizando los siguientes puntos

1. Las características de fototransistores son similares a los de los transistores normales, excepto que tienen base actual reemplazado por la intensidad de la luz. Esto significa que incluso estos dispositivos tienen tres regiones de funcionamiento, a saber, corte, activo y saturación. Esto implica además que los fototransistores pueden utilizarse tanto para aplicaciones de conmutación (dependientes del modo de corte y saturación) como para amplificación (funcionamiento en modo activo), al igual que los transistores ordinarios.
2. Los fototransistores pueden configurarse 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.
3. Una pequeña corriente de saturación inversa, llamada corriente oscura, fluye a través del fototransistor, incluso en ausencia de luz, cuyo valor aumenta con el incremento del valor de la temperatura, propiedad idéntica a la que exhiben los transistores ordinarios.
4. Los fototransistores son propensos a daños permanentes debido a la avería si el voltaje aplicado a través de la unión colector-emisor aumenta más allá de su voltaje de ruptura, como en el caso de los transistores normales.

Generalmente, en el caso de los circuitos de fototransistores, el terminal colector se conectará a la tensión de alimentación y la salida se obtiene en el terminal emisor mientras que el terminal de base, si está presente, se dejará sin conectar. En esta condición, si se hace caer la luz sobre la región base del fototransistor, se produce la generación de pares electrón-hueco que dan lugar a la corriente base, nada más que la fotocorriente, bajo la influencia del campo eléctrico aplicado. Esto da como resultado el flujo de la corriente emisora a través del dispositivo, dando como resultado 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 colectora más grande.
La salida de la fototransistor depende de varios factores como

• La longitud de onda de la luz incidente
• Área de la unión de la base colectora expuesta a la luz
• Ganancia de corriente continua del transistor.

Además, las características de un fototransistor particular pueden expresarse a través de su

• La sensibilidad luminosa se define 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 la sensibilidad de los fototransistores es una función de la longitud de onda
• La ganancia fotoeléctrica que indica su eficiencia de convertir la luz en una señal eléctrica amplificada
• Constante de tiempo que influye en su tiempo de respuesta.

Sin embargo, es importante señalar 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:

1. Simple, compacto y menos costoso.
2. Mayor corriente, mayor ganancia y tiempos de respuesta más rápidos en comparación con los fotodiodos.
3. Resulta en voltaje de salida a diferencia de las foto resistencias.
4. Sensible a una amplia gama de longitudes de onda que van desde el ultravioleta (UV) al infrarrojo (IR) a través de la radiación visible.
5. Sensible a un gran número de fuentes, incluyendo bombillas incandescentes, fluorescentes, bombillas de neón, láser, llamas y luz solar.
6. Altamente fiable y temporalmente estable.
7. Menos ruidoso en comparación con los fotodiodos de avalancha.
8. Disponible en una amplia variedad de tipos de paquetes, incluyendo revestido con epoxi, moldeado por transferencia y montado en superficie.

Desventajas del fototransistor

Las desventajas de los fototransistores incluyen:

1. No puede manejar altos voltajes si está hecho de silicio.
2. Propenso a los picos y subidas de tensión.
3. Afectado por la energía electromagnética.
4. No permiten el flujo fácil de electrones a diferencia de los tubos de electrones.
5. Mala respuesta de alta frecuencia debido a un gran colector de base capacitancia.
6. No puede detectar los bajos niveles de luz mejor que los fotodiodos.

Aplicaciones del Fototransistor

Las aplicaciones de los fototransistores incluyen:

1. Detección de objetos
2. La detección del codificador
3. Sistemas de control eléctrico automático como en los detectores de luz
4. Sistemas de seguridad
5. Lectores de tarjetas perforadas
6. Relevos
7. Los circuitos lógicos de la computadora
8. Sistemas de conteo
9. Detectores de humo
10. Dispositivos de búsqueda de alcance láser
11. Controles remotos ópticos
12. Lectores de CD
13. Astronomía
14. Sistemas de visión nocturna
15. Receptores de infrarrojos
16. Impresoras y copiadoras
17. Cámaras como controladores de obturador
18. Comparadores de nivel