تفاوت بین فوتودیود [1] ( دیود نوری ) و فوتوترانزیستور ( ترانزیستور نوری )

تفاوت بین دیود نوری و ترانزیستور نوری

فوتو دیود و فوتو ترانزیستور اغلب به دلیل عملکرد مشابه با یکدیگر اشتباه گرفته‌می­شوند. هر دوی آن­ها قطعات نیمه-هادی[3] هستند که برای سنجش شدت نور و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی استفاده می­شوند، اما کاملاً متفاوت‌هستند. قبل از پرداختن به لیست تفاوت‌های بین فوتو دیود و فوتو ترانزیستور، ابتدا اصول اولیه آن­ها را مورد بحث قرارمی‌دهیم.

فهرست مطالب

• فوتودیود چیست؟
• فوتوترانزیستور چیست؟
• تفاوت­های کلیدی بین فوتودیود و فوتوترانزیستور
• مقایسه بین فوتودیود و فوتوترانزیستور

فوتودیود چیست؟

فتودیود یک دیود حساس به نوراست که انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می­کند. از سیلیکون یا ژرمانیوم ساخته‌شده‌است. این یک وسیله پیوند PNاست که بر اساس اصل اثر فوتوالکتریک[4] کار می­کند.

فتودیود ساختاری مشابه یک دیود معمولی پیوند PN دارد به جز اینکه محل اتصال در معرض نور‌است. از یک لنز برای تمرکز نور بر روی محل اتصال‌استفاده‌می­شود. هنگامی که نور به محل اتصال برخورد می­کند، جفت الکترون-حفره ایجاد می­کند که در جهت مخالف به سمت آند و کاتد جریان می­‌یابد. در نتیجه جریانی به نام جریان فوتوالکتریک از مدار متصل می­گذرد. یک فتودیود برای عملکرد در بایاس معکوس[5] طراحی شده‌است. ویژگی­های فوتودیود

• این یک دیود پیوند PN حساس به نوراست.
• انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می­کند.
• دارای دو ترمینال آند و کاتداست.
• ساختاری مشابه یک دیود معمولی پیوند PN دارد به جز یک پیوند حساس به نور.
• می­توان از آن در هر دو بایاس مستقیم و معکوس استفاده‌کرد.
• هم ولتاژ و هم جریان تولیدمی­کند.
• عمدتا در سلول­های خورشیدی برای تامین انرژی تجهیزات الکتریکی از انرژی خورشیدی‌استفاده‌می‌شود.

ترانزیستور نوری چیست؟

فوتوترانزیستور یک ترانزیستور حساس به نور‌است که برای تقویت جریان فوتوالکتریک تولید‌شده از تبدیل انرژی نوراستفاده‌می­شود. این یک قطعه دو یا سه ترمینال بسته به طراحی‌است. این می­تواند BJT (ترانزیستور پیوند دوقطبی[6]) یا FET (ترانزیستور اثر میدانی[7]) ساخته شده از سه لایه باشد.

دارای سه ناحیه‌است. امیتر، کلکتور و ناحیه بیس. ناحیه کلکتور در مقایسه با BJT  عادی دارای مساحت بزرگی‌است. ناحیه بیس در معرض نور قراردارد. نور از طریق عدسی که نور را نیز متمرکز می­کند وارد ناحیه بیس می­شود.

ذرات فوتون به محل اتصال برخورد کرده و جفت الکترون-حفره را به دلیل اثر فوتوالکتریک‌ آزادمی­کنند. جفت الکترون-حفره یک جریان بیس تولیدمی­کند که توسط ترانزیستور تقویت می­شود.

جریان خروجی یا کلکتور به جریان بیس بستگی‌دارد که دامنه آن به شدت نور بستگی‌دارد. بنابراین جریان کلکتور با شدت برخورد نور به ترانزیستور نسبت مستقیم‌دارد.

این ترانزیستور دارای دو پیوند PN مشابه ترانزیستور BJT‌است.

ویژگی­های ترانزیستورنوری

• فوتوترانزیستور حساس به نور‌است که جریان تولید شده از انرژی نور را تقویت‌می­کند.
• انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل‌می­کند و همچنین آن را تقویت‌می­کند.
• بسته به طراحی آن دو یا سه ترمینال‌دارد.
• ساختاری مشابه ترانزیستور دارد با این تفاوت که یک ناحیه پایه حساس به نور‌دارد.
• فقط در بایاس مستقیم متصل‌می­شود.
• دارای یک بهره جریان‌است که جریان تولید شده از نور را تقویت‌می­کند.
• با توجه به ضریب تقویت، حساسیت بسیار بالایی‌دارد.
• برای کار به منبع تغذیه نیاز‌دارد.
• عمدتاً برای تشخیص یا سنجش شدت نوراستفاده‌می­شود.

تفاوت­های کلیدی بین فوتودیود و فوتوترانزیستور

مقایسه بین فوتودیود و فوتوترانزیستور

تعریف

• فتودیود قطعه نیمه هادی‌است که انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل‌می­کند.
• فوتوترانزیستور یک قطعه نیمه هادی‌است که جریان تولید شده از انرژی نور را تقویت‌می­کند.

توابع

• فوتودیود برای تبدیل انرژی نور یا خورشید به انرژی الکتریکی‌استفاده‌می­شود.
• فوتوترانزیستور برای سنجش نوراستفاده‌می­شود.

ساختار

• فتودیود از 2 لایه نیمه هادی برای تشکیل ساختار PN ساخته‌شده‌است.
• فوتوترانزیستور از 3 لایه متناوب نیمه هادی ساخته‌شده‌است که ساختار NPN یا PNP را تشکیل‌می­دهد.

ترمینال

• فوتودیود تنها دارای دو ترمینال آند و کاتد‌است.
• فوتوترانزیستور دارای سه ترمینال‌است. امیتر، بیس و کلکتور.

بایاس

• فتودیود را می­توان در بایاس مستقیم و همچنین معکوس متصل کرد.
• فوتوترانزیستور فقط در بایاس مستقیم متصل‌است.

خروجی

• فوتودیود جریان و همچنین ولتاژاست.
•  فوتوترانزیستور فقط جریان‌است.

حساسیت

• فتودیودها در مقایسه با فوتوترانزیستورها حساسیت کمتری دارند.
• فوتوترانزیستورها به دلیل ضریب تقویتی که دارند بسیار حساس­ترهستند.

زمان پاسخگویی

• فتودیود زمان پاسخگویی بسیار سریعی‌دارد.
• فوتوترانزیستور زمان پاسخگویی نسبتاً کندتری‌دارد.

هزینه

• فتودیود ارزان‌است. برای کار کردن به منبع تغذیه اضافی نیاز ندارد. در عوض، به عنوان منبع انرژی عمل‌می­کند.
• فوتوترانزیستور گران‌است. همچنین به یک منبع انرژی اضافی با بایاسینگ مناسب برای تشخیص نور نیاز دارد.

کاربردها

• کاربردهای فوتودیود عمدتاً برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی استفاده‌می­شود، اما برای سنجش نور در کاربردهایی مانند ارتباطات فیبر نوری، شمارنده اشیا و غیره نیز استفاده‌می‌شود.
• ترانزیستورهای نوری عمدتاً برای تشخیص نور استفاده می­شوند و کاربردهایی در چاپگرها، سی­دی­های خواندنی، ریموت و رله پیدامی­کنند.

[1] photodiode

[2] phototransitor

[3] semiconductor

[4] photoelectric

[5] Reverse bias

[6] Bipolar junction transistor

[7] Field effect transitor