אַרבעט פּרינציפּ פון פאָטאָדיאָודס און פאָטאָטראַנסיסטאָרס
די אַנטוויקלונג פון מאָדערנער עלעקטראָנישער טעכנאָלאָגיע פֿאַרלאָזט זיך שטאַרק אויף סענסאָר דעוויסעס וואָס זענען פֿעיִק צו "זען" ליכט און עס פֿאַרוואַנדלען אין עלעקטרישע סיגנאַלן. די צוויי מערסט אָפֿט געניצטע קאָמפּאָנענטן פֿאַר דעם צוועק זענען פֿאָטאָדיאָדן און פֿאָטאָטראַנסיסטאָרס. ביידע געהערן צו דער משפּחה פֿון ליכט-סענסיטיווע האַלב-קאָנדוקטאָרן, וואָס ווערן ברייט געניצט אין אָטאָמאַציע סיסטעמען, אָפּטישע קאָמוניקאַציע, מעסטונג אינסטרומענטן און קאָנסומער דעוויסעס ווי ווײַט קאָנטראָלן, דרוקערס און ליכט סענסאָרן אין מאָביל טעלעפֿאָנען. כאָטש ביידע רעאַגירן אויף ליכט, האָבן פֿאָטאָדיאָדן און פֿאָטאָטראַנסיסטאָרס פֿאַרשידענע אָפּערירן פּרינציפּן, כאַראַקטעריסטיקס און אַפּליקאַציעס. דער אַרטיקל דיסקוטירט זייערע אַרבעט פּרינציפּן אין טיפֿקייט, פֿאַרגלייכט זיי און גיט ביישפּילן פֿון זייערע אַפּליקאַציעס.
-
1. גרונטלעכע יסודות פון ליכט סענסינג אין האַלב-קאָנדוקטאָרן
כדי צו פֿאַרשטיין פֿאָטאָדיאָדן און פֿאָטאָטראַנזיסטאָרס, דאַרפֿן מיר געדענקען דעם שליסל־קאָנצעפּט פֿון האַלב־קאָנדוקטאָרן: לאָד־טראָגער, עלעקטראָנען און לעכער. ווען ליכט (פֿאָטאָנען) שלאָגן אַ האַלב־קאָנדוקטאָר־מאַטעריאַל, ענערגיזירן זיי עלעקטראָנען, וואָס פֿאַראורזאַכט זיי צו באַוועגן זיך פֿון דער וואַלענץ־באַנד צום קאַנדאַקשאַן־באַנד. דער פּראָצעס שאַפֿט עלעקטראָן־לאָך פּאָרן. וואָס מער פֿאָטאָנען ווערן אַבזאָרבירט, אַלץ מער לאָד־טראָגער פּאָרן ווערן געשאַפֿן, וואָס פֿאַרגרעסערט די מאָס קראַנט וואָס קען פֿליסן.
דער שליסל פונקט איז: ליכט טריגערט ענדערונגען אין די עלעקטרישע אייגנשאפטן פון קאמפאנענטן. די ענדערונגען קענען זיין אין דער פארעם פון א פארגרעסערונג אין שטראָם, א פארקלענערונג אין קעגנשטעל, אדער די אויפטרעטונג פון א וואלטאזש. אין פאטאדיאודן און פאטאטראנזיסטארן, ווערט די הויפט ענדערונג געזען אין דעם שטראָם.
-
2. ארבעטס-פּרינציפּ פון פאָטאָדיאָדע
א. סטרוקטור און מאָדוס פון אָפּעראַציע
א פאָטאָדיאָד איז אין עסענץ אַ PN דיאָד (אָדער וואַריאַציעס ווי PIN און לאַווינע פאָטאָדיאָדן) דיזיינד צו זיין סענסיטיוו צו ליכט. די PN סטרוקטור פאָרמירט אַ דיפּלישאַן געגנט, אַ געגנט אָן פרייע אָפּצאָל טרעגער וואָס אַקט ווי אַ טשאַרדזשד "סעפּאַריישאַן זאָנע".
פאָטאָדיאָדעס קענען אַרבעטן אין עטלעכע מאָדעס, אָבער די מערסט אָפט געניצט זענען:
1. פאָטאָקאָנדוקטיווע מאָדע (פאַרקערטע בייאַס)
די פאָטאָדיאָד איז ריווערס-בייאַסט. די דיפּלישאַן געגנט ווערט ברייטער, די רעאַקציע ווערט שנעלער, די קאַפּאַסיטאַנס פאַרקלענערט זיך, און די לינעאַריטעט איז בכלל גוט. די מאָדע איז זייער געוויינטלעך פֿאַר סענסאָרן און אָפּטישע קאָמוניקאַציעס.
2. פאָטאָוואָלטאַיק מאָדע (קיין בייאַס/נול בייאַס)
פאָטאָדיאָדן זענען נישט אויסערלעך בייאַסט. אריינקומענדיק ליכט פּראָדוצירט אַ וואָולטאַזש ענלעך צו אַ זונ - צעל, כאָטש אַ קלענערער. דאָס האט דעם מייַלע פון נידעריקער ראַש, מאַכנדיג עס פּאַסיק פֿאַר געוויסע מעסטונגען, אָבער די רעאַקציע קען זיין שטייטער ווי פאַרקערט בייאַסט.
ב. מעכאניזם פון פארוואנדלען ליכט אין שטראָם
ווען די פאָטאָדיאָדע ווערט אויסגעשטעלט צו ליכט:
1. פאָטאָנען ווערן אַבזאָרבירט אין דער דיפּלישאַן געגנט אָדער לעבן דעם קנופּ.
2. אַן עלעקטראָן-לאָך פּאָר ווערט געשאַפֿן.
3. עלעקטריש פעלד אינערלעך ביים קנופ טיילט אפ דאס פאר:
עלעקטראָנען ווערן געשטופּט צו דער N זײַט
– לאָך געשטופּט צו דער פּ זײַט
4. די לאָדונג צעשיידונג פּראָדוצירט אַ פאָטאָשטראָם.
דער גאַנצער אַרויספלוס איז געוויינטלעך אַ קאָמבינאַציע פון:
– טונקעלער שטראָם: אַ קליינער שטראָם וואָס פליסט אפילו אָן ליכט (צוליב טערמישע ווירקונגען).
– פאָטאָשטראָם: שטראָם וואָס איז פּראָפּאָרציאָנעל צו ליכט־אינטענסיטעט.
אין פּשוטע ווערטער, ווי העלער דאָס ליכט → אַלץ גרעסער דער פאָטאָשטראָם.
ג. קעראַקטעריסטיקס פון פאָטאָדיאָודס
עטלעכע וויכטיקע קעראַקטעריסטיקס פון פאָטאָדיאָודס אַרייַננעמען:
– שנעלע רעאַקציע (פּאַסיק פֿאַר הויך-פֿרעקווענץ סיגנאַלן)
– לינעאַר צו ליכט אינטענסיטעט איבער אַ געוויסן קייט
– דער אויסגאַנג קראַנט איז רעלאַטיוו קליין קאַמפּערד צו אַ פאָטאָטראַנסיסטאָר, אַזוי עס ריקווייערז אָפט אַן אַמפּליפייער (אָפּ-אַמפּ/טראַנסימפּעדאַנס אַמפּליפייער)
– ראַש און טונקל-שטראָם זענען וויכטיקע פאַקטאָרן אין פּרעציזיע אַפּליקאַציעס.
-
3. ארבעטס-פּרינציפּ פון פאָטאָטראַנסיסטאָר
א. גרונטלעכע סטרוקטור פון א פאטאטראנזיסטאר
א פאָטאָטראַנסיסטאָר איז אין עסענץ אַ BJT (געוויינטלעך NPN) טראַנזיסטאָר וועמענס באַזע איז געמאַכט ליכט-סענסיטיוו. אין אַ פאָטאָטראַנסיסטאָר, אַקט ליכט ווי אַ "באַזע קראַנט" וואָס קאָנטראָלירט דעם קאָלעקטאָר-עמיטער קראַנט.
אנדערש ווי פאטאדיאודן, וועלכע דזשענערירן שטראָם גלייך פון דעם פאטאן-עפעקט, נוצן פאטאטראַנזיסטארן דעם טראַנזיסטאָר'ס געווינס. צוליב דעם געווינס קען דער פאטאטראַנזיסטאָר'ס אויסגאַנג-שטראָם זיין פיל גרעסער.
ב. ארבעטס מעכאניזם: ליכט אלס א סובסטיטוט פאר באזע שטראם
ווי אזוי עס ארבעט קען מען מסביר זיין ווי פאלגנד:
1. ליכט טרעפט דעם באַזע-קאָלעקטאָר געגנט (געוויינטלעך די BC קנופּ).
2. עלעקטראָן-לאָך פּאָרן ווערן געשאפן צוליב פאָטאָן אַבזאָרפּציע.
3. די ווירקונג פּראָדוצירט אַ קליינעם קראַנט עקוויוואַלענט צו די פאָטאָ באַזע קראַנט.
4. אין אַ BJT טראַנזיסטאָר, איז דער קאָלעקטאָר קראַנט אַפּראָקסימאַטלי:
\[
I_C \aproxemporum \beta \cdot I_B
\]
זינט \(I_B \) ווערט "געמאכט" דורך ליכט, וועט ליכט קאנטראלירן \(I_C \).
אלס רעזולטאט, קענען קליינע ענדערונגען אין ליכט-אינטענסיטעט פאראורזאכן גרעסערע ענדערונגען אין קאלעקטאר-שטראם ווי אין א פאטאדיאדע, צוליב דעם געווינס-פאקטאר \(\beta\).
ג. קרייז מאָדע און ימפּלעמענטאַציע
פאָטאָטראַנסיסטאָרס ווערן אָפט געניצט אין די פאלגענדע מאָדעס:
– געמיינזאמער עמיטאר: קאלעקטאר צו וואלטאזש דורך א רעזיסטאָר, ארויסגאנג ביים קאלעקטאר. ווען אויסגעשטעלט צו ליכט, איז דער טראנזיסטאר מער "אויף", די ארויסגאנג וואלטאזש ענדערט זיך.
– געמיינער קאָלעקטאָר (עמיטער נאכפאלגער): אויסגאַנג ביים עמיטער, נוצלעך פֿאַר געוויסע אָבער ווייניקער געוויינטלעך אין פּשוטע סענסאָרן.
מאנchmal האבן פאטאטראנזיסטארן דעם באזע-פּין אראפגענומען (3-פּין), אבער אסאך האבן אויך נאר 2-פּין (די אינערליכע באזע איז נישט צוטריטלעך).
ד. קעראַקטעריסטיקס פון פאָטאָטראַנסיסטאָרס
– מער סענסיטיוו (גרעסערע ארויסגאַנג קראַנט)
– שטייטער ווי פאָטאָדיאָדן צוליב דעם אָפּצאָל סטאָרידזש פּראָצעס און טראַנזיסטאָר דינאַמיק
– טענדירט צו זיין ווייניקער לינעאַר אונטער געוויסע באדינגונגען, ספּעציעל לעבן זעטיקונג
– פּאַסיק פֿאַר ליכט/פינסטער דעטעקציע, אָביעקט סענסינג, אָפּטאָקאָפּלערס, רעוואָלוציע ציילערס, און פּשוט קאָנטראָל אַפּלאַקיישאַנז.
-
4. פארגלייך פון פאטאדיאדע קעגן פאטאטראנזיסטאר
דאָ איז אַ קיצור פון די הויפּט אונטערשיידן:
1. רעאַקציע גיכקייט
– פאָטאָדיאָד: זייער שנעל (גוט פֿאַר אָפּטישע קאָמוניקאַציע, שנעלע מאָדולאַציע)
– פאָטאָטראַנסיסטאָר: שטייטער (גענוג פֿאַר אַלגעמיינע סענסאָרן)
2. סענסיטיוויטי / פארשטארקונג
– פאָטאָדיאָד: קליינער קראַנט, אָפט דאַרף פֿאַרשטאַרקונג
– פאָטאָטראַנסיסטאָר: גרעסערער קראַנט צוליב טראַנזיסטאָר געווינס
3. לינעאַריטעט
– פאָטאָדיאָדן: בכלל מער לינעאַר
– פאָטאָטראַנסיסטאָר: קען זיין נישט-לינעאַר, לייכט זאַט
4. סעריע
– פאָטאָדיאָד: אָפט דאַרף אַ קראַנט-צו-וואָולטידזש אַמפּליפייער קרייַז
– פאָטאָטראַנסיסטאָר: קען גענוצט ווערן גלייך מיט אַ פּשוטן לאַסט רעזיסטאָר
5. אַפּליקאַסי
– פאָטאָדיאָדן: פיברע אָפּטישע קאָמוניקאַציע, פּרעציזיע סענסאָרן, קאַליברירטע ליכט מעסטונג
– פאָטאָטראַנסיסטאָרס: אָביעקט דעטעקטאָרן, ליניע סענסאָרן, אָפּטאָקאָפּלערס, ליכט סוויטשיז
-
5. ביישפילן פון אַפּליקאַציעס אין פאַקטישן לעבן
1. אָפּטאָקאָפּלער
פילע אָפּטאָקאָפּלערס נוצן פאָטאָטראַנסיסטאָרס ווײַל דער אַרויסגאַנג סיגנאַל דאַרף זײַן גרויס גענוג צו טרייבן דיגיטאַלע אָדער סוויטשינג קרייזן.
2. אינפֿראַרעד ופנעמער
אין IR ריסיווערס (רעמאָטס), ווערן אָפט גענוצט פאָטאָדיאָודס אָדער פאָטאָדיאָד-באַזירטע IR ריסיווער מאָדולן מיט אינעווייניקסטע אַמפּליפייערז ווייל זיי דאַרפן אַ שנעלע רעאַקציע צו מאָדולאַציע (למשל 38 kHz).
3. ליניע סענסאר אויף דעם ראָבאָט
פאָטאָטראַנסיסטאָרס ווערן אָפט גענוצט מיט IR LEDs ווי טראַנסמיטערס צו לייענען ליכט רעפלעקשאַנז פון שוואַרץ/ווייסע ייבערפלאַכן.
4. ליכט אינטענסיטעט מעטער
פאָטאָדיאָדעס זענען מער פּאַסיק פֿאַר דעוויסעס וואָס פאָדערן אינטענסיטעט אַקיעראַסי און לינעאַריטעט.
-
6. קעסימפולאַן
פאָטאָדיאָדן און פאָטאָטראַנסיסטאָרן ביידע קאָנווערטירן ליכט אין עלעקטרישע סיגנאַלן, אָבער זיי אַרבעטן מיט פֿאַרשידענע צוגאַנגען. פאָטאָדיאָדן נוצן די פֿאָרמירונג פֿון עלעקטראָן-לאָך פּאָרן בײַם PN דזשאַנקשאַן צו דזשענערירן אַ שנעלן און רעלאַטיוו לינעאַרן פאָטאָשטראָם, מאַכנדיג זיי ידעאַל פֿאַר הויך-גיכקייט אַפּליקאַציעס און פּרעציזיע מעסטונגען. פאָטאָטראַנסיסטאָרן, פֿון דער אַנדערער זײַט, נוצן די ווירקונגען פֿון ליכט צו "פֿאַרבײַטן" דעם באַזע-שטראָם און דערנאָך פֿאַרשטאַרקן עס דורך דעם טראַנזיסטאָר'ס געווינס, מאַכנדיג זיי מער סענסיטיוו און גרינגער צו נוצן אין פּשוטע קרייזן, כאָטש זיי זענען טיפּיש שטייטער און ווייניקער לינעאַר.
דורך פֿאַרשטיין ווי ביידע אַרבעטן, קענען מיר אויסקלײַבן די ריכטיקע קאָמפּאָנענטן פֿאַר אונדזערע באַדערפֿנישן: צי מיר זוכן שנעלקייט און גענויקייט (פֿאָטאָדיאָדן) צי סענסיטיוויטי און פּשוטקייט (פֿאָטאָטראַנזיסטאָרס). ווען זיי ווערן ריכטיק גענוצט, זענען ביידע וויכטיקע יסודות פֿון מאָדערנע אָפּטישע סענסאָר סיסטעמען .
