¿Qué es un Fototransistor?
Un fototransistor es un dispositivo semiconductor que detecta la luz. Su estructura es una combinación de fotodiodo y transistor.
También están disponibles en diversas formas según el encapsulado, por lo que la elección adecuada debe hacerse en función de la aplicación.
Usos de los Fototransistores
Los fototransistores se utilizan mucho como sensores receptores de luz. En particular, tienen un pico de sensibilidad en torno a los 800 nm, por lo que suelen utilizarse para recibir luz infrarroja.
Ejemplos concretos de aplicaciones de los fototransistores son la “medición de la intensidad luminosa”, los “receptores de control remoto por infrarrojos”, los “receptores de sensores fotoeléctricos” y las “comunicaciones ópticas”. En concreto, suelen utilizarse en combinación con LED infrarrojos en mandos a distancia de televisores y aires acondicionados.
Una aplicación de la comunicación óptica es el servicio de comunicación óptica GigaNet que ofrecen los proveedores de internet. La parte receptora de luz de esa comunicación utiliza fototransistores de alta velocidad, ideales para la comunicación.
Los fototransistores también se utilizan a veces como sensores en puertas automáticas. Además, se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo como interruptores accionados por luz, ya que generan una corriente cuando detectan luz.
Estructura de un Fototransistor
Los fototransistores son dispositivos semiconductores con una estructura NPN. Esta estructura NPN proporciona al fototransistor una señal de salida mayor que la de un fotodiodo.
La estructura NPN del fototransistor amplifica la salida del fotodiodo con un transistor. Cuando entra la luz correspondiente al hueco energético del semiconductor, los electrones de la banda de valencia se excitan a la banda de conducción.
Esto provoca la migración a la capa N, mientras que los huecos se desplazan a la capa P. Esta transferencia de la capa N a la P provoca un sesgo hacia delante en la unión, lo que da lugar a un flujo de corriente.
Los transistores utilizados en los fototransistores se caracterizan por no tener electrodo de base. Sin embargo, la fotocorriente generada por la recepción de la luz se convierte en la corriente de base, que se amplifica en el colector.
Características de los Fototransistores
La amplificación de la corriente de base es hFE (factor de amplificación del transistor) veces mayor que en otros transistores. Sin embargo, una característica de los fototransistores es que, incluso con un hFE similar veces hFE, se tiende a utilizar hFE relativamente grandes.
Esto permite que la señal en el diminuto fotodiodo se extraiga como una gran corriente de colector, pero hay que tener en cuenta que la corriente se fuga constantemente en la unión colector-base y que esta corriente de fuga también se amplifica.
En otras palabras, un fototransistor tiene un flujo de corriente débil incluso en un entorno completamente oscuro. Esta corriente débil que fluye incluso en un entorno oscuro se denomina corriente oscura. La corriente oscura generada por un fototransistor es ruido interno para un sensor de luz. Sin embargo, es posible suprimir este ruido interno.
La corriente oscura tiene la característica de aumentar cuando la temperatura es alta e, inversamente, disminuir cuando la temperatura es baja. Por tanto, esta característica puede utilizarse para enfriar el dispositivo y suprimir el ruido interno.
Más Informaciones sobre los Fototransistores
1. Fotodiodo y Transistor
La característica IV de un fotodiodo se desplaza hacia abajo (la línea azul se convierte en la línea verde) en proporción a la intensidad de la luz cuando se ilumina. Este cambio en la característica IV es una medida de la intensidad de la luz. Sin embargo, dado que la corriente de salida es del orden de uA, la salida tal cual complicaría la circuitería en las etapas posteriores.
Combinando un fototransistor con un fotodiodo y un transistor, la fotocorriente generada cuando la luz es recibida por el fotodiodo puede ser amplificada por un factor de hFE veces el factor de amplificación de corriente continua del transistor. El fototransistor es, por tanto, más sensible que el fotodiodo y la corriente de salida del fototransistor es del orden de mA, lo que simplifica la circuitería en las etapas posteriores.
La sensibilidad del fototransistor es varios cientos de veces superior a la del fotodiodo, y si se requiere una sensibilidad aún mayor, el uso de un fototransistor conectado en Darlington puede proporcionar una sensibilidad varios cientos de veces superior. Esto permite detectar brillos de varios Lux.
2. Diferencia entre CDS y Fototransistor
Un CDS es una fotorresistencia, también llamada célula CDS o célula fotoconductora; la resistencia de un CDS disminuye de forma inversamente proporcional a la iluminancia que recibe. En otras palabras, la resistencia es mayor cuando la iluminancia es oscura y menor cuando la iluminancia es brillante.
Las ventajas de los CDS son que la característica de sensibilidad diminuta se aproxima a la de la visión humana, la estructura es sencilla, la sensibilidad es alta y el precio es bajo.
Algunos ejemplos son los “medidores de iluminancia”, los “exposímetros para cámaras” y los “detectores de luminosidad para luces intermitentes automáticas”. Sin embargo, el sulfuro de cadmio, principal material utilizado como elemento en los CDS, es una sustancia nociva para el medio ambiente. Por esta razón, los CDS se han utilizado cada vez menos en los últimos años.
Los fototransistores, en cambio, proporcionan una corriente de salida proporcional a la iluminancia. Otra ventaja es la alta sensibilidad debida a la estructura del fotodiodo y el transistor combinados.