Fototransistor. Der Fototransistor. von Philip Jastrzebski. Betreuer: Christian Brose Philip Jastrzebski 1
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- Sebastian Hartmann
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1 Der Fototransistor von Philip Jastrzebski Betreuer: Christian Brose Philip Jastrzebski 1
2 Gliederung: I. Aufbau & Funktionsweise Fotodiode Fototransistor V. Vor- und Nachteile VII. Bsp: Reflexkoppler Philip Jastrzebski 2
3 IV.Aufbau & Funktionsweise Philip Jastrzebski 3
4 Wiederholung: pn-übergang Diffusionsstrom bildet Raumladungszone Elektrisches Feld (Driftstrom) stoppt Vorgang thermisches Gleichgewicht Diodenbetrieb durch Anlegen externer Spannung Philip Jastrzebski 4
5 Beschreibung durch Ladungsträgerkonzentrationen Durchlassrichtung Diffusionsstrom (Majoritäten) Sperrrichtung Driftstrom (Minoritäten) Philip Jastrzebski 5
6 Verhalten bei äußerer Beleuchtung Fototransistor Beleuchtung mit Photonen passender Wellenlänge Photonenenergie min. Bandabstand Generation von Elektron-Loch-Paaren Ladungstrennung im Inneren der RLZ Philip Jastrzebski 6
7 Beleuchtete Raumladungszone Eigenleitfähigkeit steigt durch Minoritätsträger Ladungsträgergeneration erhöht Sperrstrom enorm Sperrbetrieb verstärkt Vorgang Philip Jastrzebski 7
8 Diodenkennlinie: Fotodiode arbeitet im Sperrbereich! Fotodiode liefert Sperrstrom Sperrspannung verändert Sperrstrom kaum Philip Jastrzebski 8
9 Wiederholung: Bipolartransistor (npn) Fototransistor npn Transistor Emitterschaltung Ersatzschaltbild mit Dioden Philip Jastrzebski 9
10 Physikalischer Vorgang im npn-transistor Philip Jastrzebski 10
11 Arbeitspunkteinstellung Kollektorwiderstand begrenzt Kollektorstrom (I max ) Vorwiderstand Einstellung des Basisstrom Beachte: Verlustleistungshyperbel! Philip Jastrzebski 11
12 Kennlinienfelder eines Bipolartransistors Philip Jastrzebski 12
13 Analogien zum Fototransistor: Fotodiode Fototransistor npn-transistor ESB: Fototransitor Philip Jastrzebski 13
14 Physikalischer Vorgang im Fototransistor Fototransistor Philip Jastrzebski 14
15 Typische Kenngrößen eines Fototransistors Fotoempfindlichkeit E [ua/lx ] bzw. [ mw/cm2 ] max. Empfindlichkeit λ S max [ nm ] Spektrale Empfindlichkeit λ Bandbreite in [ nm ] Dunkelstrom I CEO [ na ] Fotostrom (E=1000lx, U CE =5V) I PCE [ ma ] Philip Jastrzebski 15
16 Daten des SFH 300 von Siemens Fototransistor λ = λ S max = I CEO = I PCE = nm 850nm 5nA (U CE =35V) 8.6mA (E=1000lx, U CE =5V) Philip Jastrzebski 16
17 Eigenschaften des Fototransistoren: Fototransistor Optische Steuerung Abhängig von Beleuchtungsstärke Begrenztes Lichtspektrum Ansonsten: Analoge Funktionsweise wie beim Bipolar! Philip Jastrzebski 17
18 I. Vor- und Nachteile Philip Jastrzebski 18
19 Vorteile: Empfindlichkeitsverstärkung Hohe Ausgangsspannung Starke Abhängigkeit von Lichtstärke Empfindlichkeitsspektrum wie Fotodiode Ideal zur optischen Abtastung Philip Jastrzebski 19
20 Nachteile: Wesentlich langsamer als Fotodioden! Grenzfrequenz: Fotodiode = 10MHz (=100ns) Fototransistor = 300kHz (=3300ns) Ursache: Beleuchtungsstärkeänderung wird verzögert durch die Ladungsträger in der Basis! Philip Jastrzebski 20
21 I. Bsp: Reflexkoppler Philip Jastrzebski 21
22 Modell: CNY-70 CNY- 70 Innenaufbau Philip Jastrzebski 22
23 Funktionsweise des CNY Philip Jastrzebski 23
24 Wichtige Kenngrößen zum CNY-70 Fototransistor I C max = 50mA λ S max = 950nm d = max. 3mm I CEO = 200nA Philip Jastrzebski 24
25 ENDE Philip Jastrzebski 25
26 Quellen: Inhalt: [1] Beuth, Klaus: Bauelemente Elektronik 2, Vogel Buchverlag (18. überarbeitete Auflage, 2006), S , S , S [2] U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, Springer Verlag (12. Auflage, 2002), S.35-41, S [3] Philip Jastrzebski 26
27 Bilder: Fototransistor Seite 4: ÜB Halbleiterbauelemente Philipp Scholz Aufgabe 9, Seite 16 Seite 5: Aufgabe 10, Seite 15 (bearbeitet) Seite 6: Aufgabe 13, Seite 2 Seite 7: Aufgabe 13, Seite 3 Seite 8: Aufgabe 13, Seite 8 (bearbeitet) Seite 9: , 22:01 Seite 10: ÜB Halbleiterbauelemente Phillipp Scholz Aufgabe 19, Seite 17 (bearbeitet) Seite 11: , 23:00 (bearbeitet) Seite 12: , 22:18 Seite 13: & , 22:25 (bearbeitet) Seite 14: ÜB Halbleiterbauelemente Phillipp Scholz Aufgabe 19, Seite 11/17 (bearbeitet) Seite 16: , 23:59 Seite 22: & , 23:05 (bearbeitet) Seite 23/24: , 23: Philip Jastrzebski 27
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