Phototransistor

Phototransistor

Ein Foto- bzw. Phototransistor ist ein Bipolartransistor mit pnp- oder npn-Schichtenfolge, dessen pn-Übergang der Basis-Kollektor-Sperrschicht einer externen Lichtquelle zugänglich ist. Er ähnelt somit einer Fotodiode mit angeschlossenem Verstärkertransistor. Die Ansteuerung des Transistors wird mittels des über den Lichteinfall erzeugten Sperrstromes durch diese Sperrschicht realisiert.

Schaltzeichen
npn-Foto-
transistor
pnp-Foto-
transistor
Fototransistor (quadratischer Silizium – Chip in der Mitte) mit herausgeführter Basis (Ringstruktur, Bonddraht führt nach rechts). Emitteranschluss mit Bonddraht nach unten, Kollektoranschluss durch Montage zum Gehäuse

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise und Aufbau

Der Fototransistor funktioniert ähnlich wie ein Bipolartransistor. Sie unterscheiden sich dadurch, dass beim Fototransistor das Licht, das durch das klare Gehäuse direkt oder durch eine Linse im ansonsten geschlossenen Gehäuses auf den Halbleiter trifft, durch den inneren photoelektrischen Effekt Ladungsträger freisetzt. Der Fotostrom wird an Ort und Stelle im Transistor verstärkt, so dass ein Fototransistor direkt kleine Verbraucher (im Milliampere-Bereich) schalten kann.

Fototransistoren haben meist nur zwei herausgeführte Anschlüsse - den Kollektor und den Emitter. Es gibt jedoch auch Ausführungen mit herausgeführtem Basis-Anschluss – z. B. zum Regeln des Arbeitspunktes. Bleibt die Basis unbeschaltet, dauert es relativ lange, bis die Basis-Emitter-Zone frei von Ladungsträgern wird. Daher resultiert u. a. das langsame Ausschaltverhalten des Fototransistors.

Anwendungsgebiete

Fototransistoren sind wesentlich empfindlicher als Fotodioden, da sie gleichzeitig als Verstärker wirken. Anwendungen finden beim Detektieren von oder Übertragungen via Licht, zum Beispiel Lichtschranken, Dämmerungsschalter, Optokoppler. In den Empfangseinheiten von Fernbedienungen werden jedoch Fotodioden eingesetzt, da Fototransistoren für diese Anwendung zu langsam sind. Bei diesen, wie auch bei Lichtschranken und Optokopplern, wird nicht mit sichtbarem Licht gearbeitet, sondern mit Infrarot.

Empfangswellenlänge

Fototransistor – Gesamtansicht zu Bild oben

Die Wellenlänge der maximalen Empfindlichkeit eines Silizium-Fototransistors liegt bei etwa 850 nm (Nahes Infrarot) und fällt hin zu kürzeren Wellenlängen (sichtbares Licht, Ultraviolett) ab. Die Empfindlichkeit des Typs BP103 (Metallgehäuse, siehe Bilder) beträgt zum Beispiel bei 420 nm noch 10 % des Wertes bei 850 nm.

Der Empfangswellenlängen-Bereich wird hin zu größeren Wellenlängen durch die Energie der Bandkante von Silizium bei etwa 1100 nm begrenzt und endet dort (Rotgrenze).

Bauformen

Die hinsichtlich Produktionsvolumen häufigsten Fototransistoren werden – ähnlich wie Leuchtdioden – lediglich in transparenten Kunststoff verkapselt. Meist werden mit dem Planar-Epitaxie-Verfahren hergestellte npn-Transistoren verwendet. Der Chip ist dabei auf das Kollektor-Anschlussbein gebondet und besitzt lediglich einen per Drahtbonden realisierten Emitteranschluss. Der Basisanschluss ist normalerweise nicht herausgeführt. Das Gehäusematerial kann als Linse ausgebildet sein. Die bedrahteten Bauteile können vertikal oder zur Seite „schauen“.

Fototransistoren für hochwertigere Anwendungen werden in Metallgehäusen mit Fenster oder (Kunststoff-)Linse verkapselt. Sie besitzen oft einen herausgeführten Basisanschluss.

Fototransistoren in Optokopplern sind lichtundurchlässig verkapselt und besitzen zur Sendediode hin einen transparenten, oft außen verspiegelten Kunststoffkörper.

Siehe auch


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