De FotoTransistor

fototrans.png
Hierboven het algemeen toegepaste symbool voor de FotoTransistor in schakelingen, op finimuis.nl is dit symbool ook in gebruik.

fototrans1.png
Hierboven het algemeen toegepaste symbool, voorzien van de benamingen van de aansluitingen. De basis(B) zal niet altijd naar buiten uitgevoerd worden. Daardoor hebben de meeste fototransitors 2 aansluitingen collector(C) en emitter(E).

In feite is een FotoTransistor gelijk aan een gewone bipolaire transistor, en bezit dan ook twee PN-overgangen. De uitwerking dan ook nagenoeg gelijk, aan de bipolaire transistor.
Het verschil zit in de opbouw, de basis(B) is veelal uitgevoerd in de vorm van een lichtgevoelige cel welke via een lens bovenop de transistor licht kan opvangen en daardoor een basisstroom opwekt.
Er zijn uitvoeringen, waarbij de basis(B)-aansluiting gewoon naar buiten is uitgevoerd is en daardoor ook een gewone transistor-werking heeft, echter met de de extra functie van het opgevangen licht omzetten in stroom.

Een fototransistor is een transistor die stroom geleidt wanneer de lichtgevoelige cel, voldoende belicht gaat worden.

Hieronder staat een afbeelding van een BPX43-5 NPN fototransistor, welke 3 aansluitingen heeft en geheel bovenop de lens heeft.
bpx43.png
Klik hier voor de datasheet van de BPX43-5 Foto transistor.

Hieronder staat een afbeelding van een BP103 NPN-fototransistor, met eveneens 3 aansluitingen. Bovenop in het midden is de lichtgevoelige sensor zichtbaar, waaraan de overige aansluitingen duidelijke zichtbaar zijn verbonden met ieder een eigen pen.
bp103.png
Klik hier voor de datasheet van de BP103 Foto transistor.

Hieronder staat een afbeelding van een LPT80a NPN-fototransistor, met 2 aansluitingen. De lens (met een pijl aangegeven) beschermd de lichtgevoelige sensor.
lpt80a.png
Klik hier voor de datasheet van de LPT80a Foto transistor.

Hieronder staat een afbeelding van een PT15-21B/TR8 fototransistor, met 2 aansluitingen in een 1206 Surface Mounted Device(SMD) behuizing.
pt15.png
Klik hier voor de datasheet van de PT15-21B/TR8 Foto transistor.

Hieronder staat een afbeelding van een SFH309 fototransistor, met 2 aansluitingen in een 3 mm led-model behuizing.
sfh309.png
Klik hier voor de datasheet van de SFH309 Foto transistor.

Werking fototransistor:

Wanneer licht op de basis van de lichtgevoelige sensor valt, zal er een Basisstroom geproduceerd worden.
Een kleine lensopening in het omhulsel van de transistor zorgt ervoor dat de Collector-Basis PN-overgang van de transistor blootgesteld wordt aan het licht.
We kunnen hieruit afleiden dat een grotere lensopening, een grotere Basistroom( IB ) impliceert.

Wanneer er geen licht is, zal er toch nog een thermisch gegenereerde Collector-Emitterstroom zijn, maar deze is uiteraard zeer klein.
Deze stroom wordt dan ook dark current genoemd en ligt in het nanoAmpére( nA ) bereik.
Zoals eerder vermeld, zal er stroom geproduceerd worden als er licht op de Collector-Basis PN-overgang invalt. Deze basisstroom( IB ) is proportioneel aan de intensiteit van het licht.
Voorgaande actie vertaalt zich dan met een Collectorstroom( C ) die verhoogt met een stijgende Basisstroom( IB ). De relatie tussen de Collectorstroom( IC ) en de door licht gegenereerde Basisstroom( IB ) is de volgende:
IC = (stroomversterking van de transistor) x IB

De uitvoeringen met 2-aansluitingen bezitten geen basis langs de buitenkant en hierdoor kan de transistor niet elektrisch aangestuurd worden. Deze typen kunnen dus enkel gebruikt worden met licht als sturende ingang.
Van deze eigenschap wordt gebruikgemaakt in een zogenaamde optocoupler(welke verderop besproken zal worden), hetgeen eigenlijk een schakelaar zonder elektrische verbinding is.

Fototransistors zijn niet gevoelig aan alle soorten licht, maar enkel aan het licht binnen een bepaald bereik van golflengtes en ze zijn het meest gevoelig aan een bepaalde golflengte binnen dit bereik.
Hieronder staat een reactie grafiek, waaruit duidelijk moet worden dat het zichtbare licht (tussen 360 tot 715nm) een oplopende reactie zal opleveren. De hoogste reactie zal plaatsvinden bij rood tot infrarood-licht (720 tot 830nm.
reactiespectrum.png
Uit bovenstaande grafiek blijkt dat infrarood-licht, de beste reacie geeft, daardoor worden voor de lichtsluizen waarbij een fototransistor ingezet gaat worden meestal een infrarood-koppeling gemaakt.
Vanzelfsprekend geeft ook bijvoorbeeld zonlicht een goede reactie, waardoor er voor bijvoorbeeld detectie-doeleinden, eenvoudig een gloeilampje of witte led in combinatie met een fototransistor kan worden toegepast.
De modelbouw-wereld kent diverse toepassingen van bovengenoende methode.

Onderstaande grafiek, geeft en overzicht van de Collector-Emitter spannin in relatie tot de hoeveelheid stroom weer.
lichtintesiteit.png

Toepassingen:

1e, Zoals reeds eerder aangegeven kan de fototransistor goed als lichtdetector worden ingezet.

2e, Wanneer gebruikt met een controleerbare lichtbron, kan de fototransistor dienen als detectie-element voor schakelaars, sensoren, optocoupler(de drie benamingen bespreken we verderop).

3e, Indien de stuurschakeling met behulp van bijvoorbeeld een led licht uitzendt, zal de fototransistor gaan geleiden en de secundaire schakeling van signaal voorzien. Dit is het principe van de optocoupler(welke verderop besproken zal worden).
Bovenstaande wordt veel toegepast in situaties waar geen directe verbinding met de hoofdschakeling mag worden toegepast, zoals in natte ruimten.

4e, Een andere situatie, waarbij de fototransistor in de vorm van een OptoCoupler vaak toegepast zal worden is het voor iedere hobbyist bekende Lichtorgel.
Hier maakt de opto-coupler de electrische verbinding tussen de laagspanning van de aansturing met het op het lichtnet werkende verlichting van het lichtorgel.

fototransistor bevat een interne versterking waardoor deze gevoeliger is dan een fotodiode en kan het een analoog of digitaa uitgangssignaal afgeven.

Voordelen van de Fototransistor

Relatief goedkoop

Stroom-versterkingen van 100 tot 1500 keer

Redelijk snelle reactietijd

Verkrijgbaar in verschillende uitvoeringen, eenvoudig met zichtbare lens tot aan hermetisch afgesloten chip.

Te gebruiken met bijna alle lichtgevende of infrarode lichtbronnen(neon, zonlicht, lasers)

Dezelfde algemene elektrische karakteristieken als bipolaire transistors.

De fototransistor als schakelaar:

optoschak.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u het symbool welke toegepast wordt voor een fototransistor als schakelaar.
Geheel links staat de lichtbron, bijvoorbeeld een led. In het midden staat een beweegbare afscheiding(welke geen licht kan doorlaten). Geheel rechts de fototransistor
Deze opstelling werkt als een aan / uit-schakelaar. De fototransistor zal gaan geleiden als hij door licht wordt geraakt, waardoor een aan-situatie zal ontstaan. Wanneer een object(lichtdichte afscherming) zich tussen de lichtbron en de fototransistor vestigt, gaat de transistor in spertoestand. Hierdoor ontstaat een uit-situatie.

De fototransistor als sensor:

optosens.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u het symbool welke toegepast wordt voor een fototransistor als sensor.
Geheel links staat de lichtbron, bijvoorbeeld een led. In het midden staat een object(welke licht kan weerkaasten). Geheel rechts de fototransistor
Deze opstelling werkt als een sensor, welke de aanwezigheid van een object detecteerd. Het licht van de lichtbron wordt gereflecteerd door een object in de buurt en de fototransistor gaat hierdoor geleiden. Als er geen object in de omgeving te vinden is, kan het licht van de lichtbron de fototransistor nooit bereiken, en blijft dan in spertoestand.

De fototransistor in een optocoupler:

optocoupler.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u het symbool welke toegepast wordt voor een standaard optocoupler.
Geheel links staat de lichtbron, bijvoorbeeld een led. Geheel rechts de fototransistor
Een optocoupler noemt men ook wel een optoïsolator, echter is de functie dan iets anders(zie hiervoor het item over de fototransistor als optoïsloator).
Met een optocoupler kan je signalen(informatie) overbrengen tussen twee schakelingen welke niet elektrisch met elkaar verbonden zijn.
Als de stuurschakeling(primair) met behulp van bijvoorbeeld een led licht uitzendt, zal de fototransistor gaan geleiden en de (secundaire)schakeling van signaal voorzien.
Bovenstaande oplossing wordt veel toegepast in situaties waar geen directe verbinding met de hoofdschakeling mag worden toegepast, zoals in natte ruimten.
Een voorbeeld: Om een machine te besturen in een vochtige omgeving kan men een schakeling gebruiken die op een lage veiligheidsspanning werkt zodat er geen gevaar voor elektrocutie is. Door bijvoorbeeld op een knopje te drukken gaat de led in de optocoupler aan. De fototransistor van de optocoupler staat in de schakeling waar er gewerkt wordt met een hoge spanning, en dient als schakelaar.
Door het gebruik van de optocoupler kan er geen hoge spanning op het gedeelte komen dat op een lage veiligheidsspanning werkt. Optocouplers worden veelal toegepast in die situatie waar een galvanische scheiding nodig is ter vermijding van zogenaamde aardlussen en worden niet primair gebruikt voor versterking.

De fototransistor als optoïsolator:

Voor de optoïsolator past men hetzelfde symbool als voor de optocoupler toe.
De optoïsolator is gelijkaardig aan de transformator, want ook bij deze configuratie is de uitgang elektronisch geïsoleerd van de ingang. De lichtbron(led), welke geheel links is afgebeeld kan gezien worden als de zender en de fototransistor, welke geheel rechts is afgebeeld bijgevolg als ontvanger. De zender(led) zet het elektronisch signaal om naar licht en de ontvanger(fototransistor) doet de omgekeerde bewerking.

Voor alle bovengnoemde optocouplers is de uitgang in de vorm van een reguliere fototransistor, welke een beperkt vermogen kan verwerken en daardoor eigenlijk alleen geschikt is voor laag-signaal overdracht.

De fotodarlington optocoupler:

De fotodarlington optocoupler wordt gebruikt wanneer een hogere uitgang nodig is dan waarin een optocoupler met een enkele fototransistor kan voorzien. Het nadeel is wel dat de fotodarlington een tragere schakelreactie heeft dan de fototransistor.
Klik hier voor de datasheet van de NEC PS2502 Fotodarlington optocoupler.
optodarling.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u het symbool welke toegepast wordt voor een fotodarlington optocoupler.

De LASCR optocoupler:

De LASCR optocoupler kan gebruikt worden wanneer een lage ingangsspanning nodig is om een relais te schakelen, via een thyristor. Dit dient voor het activeren van elektromechanise apparaten.
Klik hier voor de datasheet van de 4N39 en 4N40 LASCR optocoupler.
lascr.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u het symbool welke toegepast wordt voor een LASCR optocoupler.


De LATRIAC optocoupler:

De LATRIAC optocoupler kan gebruikt worden wanneer een lage ingangsspanning nodig is om een relais te schakelen, via een thyristor. Dit dient voor het activeren van elektromechanise apparaten.
Klik hier voor de datasheet van de MOC3163 LATRIAC optocoupler.
latriac.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u het symbool welke toegepast wordt voor een LATRIAC optocoupler.
moc3163.png
Op de afbeelding hierboven de fysieke MOC3163 in een 6 pens DIL-omhulling.

Codering van Foto transistors en OptoCouplers.

Omdat er wereldwijd diverse fabrikanten foto transistors en optocouplers produceren, zijn er Internationale standaarden ontwikkeld.

JEDEC: Amerikaanse codering opgesteld door de Joint Electronic Device Engineering Council. De JEDEC-code levert bijvoorbeeld de optocoupler code als 4N39 op.

JIS: Japanse codering, opgesteld door de Japanese Industrial Standard. De JIS-code zadelt de wereld op met de NPN fototransistor zoals 2S2829.

Pro-electron: Europese standaard codering. De Pro-electron code levert een NPN fototransistor met de benaming als BPW85B op.

Hieronder worden de 3 bovengenoemde standaarden/coderingen verklaard, LET OP: deze codering voor voor meerde soorten Halfgeleiders toegepast, en niet alleen voor fototransistors.

de JEDEC-codering:

De samenstelling van de codering: CIJFER - N - Serienummer - (eventueel achtervoegsel)
Het cijfer geeft het aantal PN-overgangen van de halfgeleider aan volgens onderstaande tabel,waarbij voor de optocouplers en dergelijke een uitzondering van toepassing is:
Aantal PN-overgangen Het soort halfgeleider
2 Bipolaire en/of JFET TRANSISTOR
3 (dual gate) MOSFET
4 standaard OPTOCOUPLER
5 (overige) OPTISCHE KOPPELAARS

De letter N welke direct na het cijfer komt is bij JEDEC altijd een N.

Het serienummer welke na de letter N komt kan liggen tussen 100 tot en met 9999 en geeft u geen extra informatie over het component.

de JIS-codering:

De samenstelling van de codering: CIJFER - 2 LETTERS - Serienummer - (eventueel achtervoegsel)
Het cijfer geeft het aantal PN-overgangen van de halfgeleider aan volgens onderstaande tabel:

Aantal PN-overgangen Het soort halfgeleider
2 Bipolaire en/of JFET TRANSISTOR
3 (dual gate) MOSFET TRANSISTOR

De 2 letters(voor optocouplers en dergelijke past men 1 letter toe) welke direct na het cijfer volgen geven bij JIS het toepassingsgebied aan, volgens onderstaande tabel:
Letters Toepassingsgebied
S Special, zoals een fototransistor
SB
SK N-kanaal Field Effect Transistor of MOSFET

Het serienummer welke na de twee letters komt kan liggen tussen 10 tot en met 9999 en geeft u geen extra informatie over het component
Het eventuele achtervoegsel (welke niet verplicht is), heeft te maken met de goedkeuring voor bijvoorbeeld Militaire toepassingen.

de Pro-Electron-codering:

De samenstelling van de codering: LETTER - LETTER - (soms)LETTER - Serienummer - (eventueel achtervoegsel)
De eerste letter geeft het materiaal weer, waauit de halfgeleider opgebouwd is, volgens onderstaande tabel:

Letter Soort materiaal
A Germanium, met een doorlaatspanning van 0,6 tot 1,0 Volt.
B Silicium, met een doorlaatspanning van 1,0 tot 1,3 Volt
C Gallium arsenide, met een doorlaatspanning van meer dan 1,3 Volt
R Materialen voor fotogevoelige en magnetisch gevoelige halfgeleiders, bijvoorbeeld cadmium sulfide

De tweede letter geeft informatie over het toepassingsgebied van het component, volgens onderstaande tabel:

Letter Toepassing
A Algemene laagvermogen diode voor hoogfrequent toepassingen, mengschakelingen en schakeltoepassingen
B Diode met veranderlijke capaciteit, varicap
C Klein signaal transistor voor audio toepassingen met thermische weerstand groter dan 15 °K/W
D Vermogenstransistor voor audio toepassingen met thermische weerstand kleiner dan 15 °K/W
E Tunnel diode
F Klein signaal hoogfrequent transistor met thermische weerstand groter dan 15 °K/W
G Diode voor hoogfrequente oscillatie- toepassingen
H Component dat reageert op variaties in een magnetisch veld, zoals Hall-elementen
L Vermogenstransistor voor hoogfrequent toepassingen met thermische weerstand kleiner dan 15 °K/W
N Optische koppelaar (optocoupler)
P Component dat gevoelig is voor straling
Q Diode die straling uitzendt, zoals een Light Emitting Diode (LED)
R Laagvermogen thyristor of triac met thermische weerstand groter dan 15 °K/W
S Laag vermogen schakel Bipolaire transistor of MOSFET, met thermische weerstand groter dan 15 °K/W
T Hoogvermogen thyristor of triac met thermische weerstand kleiner dan 15 °K/W
U Hoogvermogen transistor voor schakel toepassingen met thermische weerstand kleiner dan 15 °K/W
X Diode als vermenigvuldiger gebruikt, bijvoorbeeld een varactor
Y Vermogensdiode, zoals gelijkrichter en booster
Z Zenerdiode, referentiediode, spanningsbegrenzende diode

De(eventuele) 3e letter ,geeft aan dat de halfgeleider ontwikkeld is voor professionele of militaire toepassingen.Hiervoor worden de letters S, T, V, W, X, Y of Z gebruikt waarbij geen verklaring te vinden is voor de keuze van een bepaalde letter.

Het serienummer welke na de letter(s) komt kan liggen tussen 10 tot en met 9999 en geeft u geen extra informatie over het component.

Bovenstaande coderingen worden toegepast op componenten welke kunnen worden voorzien van een bestempeling met de codering. Omdat Darlington-transistors op velerlei gebied worden toegepast, en de afmetingen van de componenten steeds kleiner worden zal er ook veelvuldig gebruik worden gemaakt van een SMD-code.
Deze Surface Mounted Decice-codering, wijkt af van bovenstaande coderingen. Om toch met behulp van een vergrootglas de gevonden codering te kunnen omzetten, is via de volgende link: Klik hier voor het SMD-codebook een engelstalig SMD codeboek beschikbaar.

Voor detail-informatie, kunt u via een zoekmachine op internet voor nagenoeg iedere Darlington datasheet-informatiebladen vinden.


Laatste update : 9 maart 2015

Terug naar de Transistor pagina
Terug naar Component informatie
Terug naar Startpagina
Email aan Finimuis.nl