Chương 15: PHOTOTRANSISTORS VÀ OPTO- ISOLATORS 1) Phototransistors. - Là transistor có dòng base gây bởi bức xạ tới và do đó dòng C-E c ũng phụ thuộc bức xạ tới. Chuyển tiếp C-B hoạt động như photodiode và chuyển các photon thành các hạt tảI, tạo ra dòng base gây bởI photon, I p . Dòng này gây ra dòng collector: I B : I C = H FE x I p - Đôi khi tiếp xúc điện được lấy ra từ miền base, khi đó có thêm thành pgần dòng I C = H FE (I B + I p ) - Phototransistor có thể được dùng như một bộ khuếch đại tuyến tính, nhưng thường dùng như một chuyển mạch . Tốc độ chuyển mạch thường 10µs ho ặc hơn Æ dùng làm detector trong các hệ thống chậm. - Có m ột số cấu hình linh kiện: + Single phototransistor per package vớI simple lens ỏ window + Photo-Darlington (gồm 1 phototransistor và một transistor thông thường) + Photon-coupled isolator, chứa IRED và một detector như phototransistor, photo-Darlington hoặc photodiode. - So với photodiode, phototransistor có độ lợi dòng HFE lớn. Dòng C- E l ớn hơn so với planar diffused photodiode với cùng diện tích tích cực. Phototransistor và APD đều sử dụng quấ trình nhân số hạt tải phát sinh do photonÆ tăng dòng. 2) Đặc tả của Phototransistor. - Data sheet điển hình sẽ cho biết điều kiện làm việc tối đa: áp, dòng, m ức công suất, và nhiệt độ phá hỏng linh kiện. - Voltage rating: có một số chỉ số đặc biệt, ví dụ V (BR)CEO v ới BR chỉ reverse breakdown voltages Rating meaning V CEO Điện áp E-C với cực base open hoặc base-emitter junction b ị che tối. V CBO Điện áp base-collector với cực E open V EBO Điện áp base-emittor khi cực C open, ở thiên áp ng ược - Các đặc trưng quang trong data sheet gồm đáp ứng dòng của phototransistor: dòng collector I L khi đáp ứng với một mật độ dòng bức xạ đến, và dòng tối. Nguồn dòng quang là một đèn có nhiệt độ màu gần 2870 K, đôi khi là đèn đơn sắ c hoặc LED hoặc IRED. - Đáp ứng dòng thường không tuyến tính Æ cần được đặc tả bởi đường cong đáp ứng. - Đáp ứng phổ và đáp ứng góc cũng có trong data sheet. Đáp ứng phổ của phototransistor gần tương tự với photodiode của cùng lo ại vật liệu. 2) Optoisolator - Các linh ki ện được mounted trong một case cho phép dễ dàng kết nối với mạch in. Thường có 2 transistor mounted trong case và nối với nhau theo kiểu Darlington sao cho chuyển tiếp base-emitter của transistor đầu tiên (là phototransistor) nhận bức xạ và emitter của nó được đua vào base của transistor thứ hai Æ gain dòng collectỏ lớn, tuy nhiên, đáp ứng chậm h ơn khi dùng 1 transistor. - Thay cho một cặp Darlington, một opto-isolator có thể có một phototransistor hoặc một photodiode làm nhiệm vụ phần tử detector. Ngu ồn thường là GaAs IRED. Một xung điện áp áp đặt qua IRED gây ra xung photon đẻ ghép với detector Æ thường ứng dụng trong y sinh và điều khiển công nghiệp - Đặc trưng cách li của linh kiện thường biểu thị theo 3 cách: điện trở, điệ n dung và thế đánh thủng, đươc đo giữa IRED và detector. - Tùy theo cách nhìn nhận mà linh kiện có thể được coi là mạch ghép tín hi ệu quang hoặc mạch cách li điện. - V ấn đề nhiệt: opto-isolator có chứa 2 nguồn nhiệt: IRED và detector Æ ngoài s ự tự nung nhiệt đơn giản do tổn hao công suất riêng l ẻ, chúng còn làm nóng lẫn nhau. Nhiệt năng sẽ truyền từ bán dẫn nóng hơn sang bán dẫn nguội hơn. Người thiết kế cần giữ cả 2 bán dẫn dưới nhiệt độ cho phép theo phương trình sau: ∆T = θ(P H + KP C ) với ∆T: chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và nhiệt độ hoạt đọng cực đại cho phép θ: Trở nh iệt giữa junction-to-ambient P H : công su ất tổn hao lớn nhất, bán dẫn nóng nhất K: hệ số ghép nhiệt P C : công suất tổn hao của bán dẫn nguội hơn - Thường 2 linh kiện không tổn hao công suất giống nhau Æ c ần biết trước bán dẫn nào nóng hơn. - Phương pháp đánh giá tổn hao trung bình cho IRED: + Khi dòng, áp không đổi: P = I d V d + Ch ế độ xung: lấy trung bình P = V CE I c khi biết độ rộng xung và tần số làm vi ệc. . 3 cách: điện trở, điệ n dung và thế đánh thủng, đươc đo giữa IRED và detector. - Tùy theo cách nhìn nhận mà linh kiện có thể được coi là mạch ghép tín hi ệu quang hoặc mạch cách li điện. - V ấn. Chương 15: PHOTOTRANSISTORS VÀ OPTO- ISOLATORS 1) Phototransistors. - Là transistor có dòng base gây bởi bức xạ tới và do đó dòng C-E c ũng phụ thuộc bức. mounted trong case và nối với nhau theo kiểu Darlington sao cho chuyển tiếp base-emitter của transistor đầu tiên (là phototransistor) nhận bức xạ và emitter của nó được đua vào base của transistor