ఫోటోడియోడ్, ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ - వర్కింగ్ అండ్ అప్లికేషన్ సర్క్యూట్లు

ఫోటోడియోడ్లు మరియు ఫోటోట్రాన్సిస్టర్లు సెమీకండక్టర్ పరికరాలు, ఇవి వాటి p-n సెమీకండక్టర్ జంక్షన్‌ను పారదర్శక కవర్ ద్వారా కాంతికి గురిచేస్తాయి, తద్వారా బాహ్య కాంతి స్పందించి జంక్షన్ ద్వారా విద్యుత్ ప్రసరణను బలవంతం చేస్తుంది.

ఫోటోడియోడ్లు ఎలా పనిచేస్తాయి

ఫోటోడియోడ్ అనేది పి-ఎన్ జంక్షన్‌తో కూడిన సాధారణ సెమీకండక్టర్ డయోడ్ (ఉదాహరణ 1N4148) లాగా ఉంటుంది, అయితే ఇది పారదర్శక శరీరం ద్వారా కాంతికి గురయ్యే ఈ జంక్షన్‌ను కలిగి ఉంటుంది.

దిగువ చూపిన విధంగా సరఫరా మూలం అంతటా రివర్స్ బయాస్డ్ ఫ్యాషన్‌లో అనుసంధానించబడిన ప్రామాణిక సిలికాన్ డయోడ్‌ను by హించడం ద్వారా దీని పనిని అర్థం చేసుకోవచ్చు.

ఈ స్థితిలో, చాలా చిన్న లీకేజ్ కరెంట్ తప్ప డయోడ్ ద్వారా కరెంట్ ప్రవహించదు.

అయినప్పటికీ, మనకు బయటి అపారదర్శక కవర్ స్క్రాప్ చేయబడి లేదా తీసివేయబడి రివర్స్ బయాస్ సరఫరాతో అనుసంధానించబడి అదే డయోడ్ ఉందని అనుకుందాం. ఇది డయోడ్ యొక్క పిఎన్ జంక్షన్‌ను కాంతికి బహిర్గతం చేస్తుంది మరియు సంఘటన కాంతికి ప్రతిస్పందనగా దాని ద్వారా తక్షణ విద్యుత్ ప్రవాహం ఉంటుంది.

ఇది డయోడ్ ద్వారా 1 mA వరకు విద్యుత్తుకు దారితీయవచ్చు, దీనివల్ల R1 అంతటా పెరుగుతున్న వోల్టేజ్ అభివృద్ధి చెందుతుంది.

పై చిత్రంలో ఉన్న ఫోటోడియోడ్ క్రింద చూపిన విధంగా భూమి వైపు కూడా కనెక్ట్ చేయవచ్చు. ఇది వ్యతిరేక ప్రతిస్పందనను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, దీని ఫలితంగా R1 అంతటా వోల్టేజ్ తగ్గుతుంది, ఫోటోడియోడ్ బాహ్య కాంతితో ప్రకాశిస్తుంది.

అన్ని P-N జంక్షన్ ఆధారిత పరికరాల పని సమానంగా ఉంటుంది మరియు కాంతికి గురైనప్పుడు ఫోటో-వాహకతను ప్రదర్శిస్తుంది.

ఫోటోడియోడ్ యొక్క స్కీమాటిక్ చిహ్నం క్రింద చూడవచ్చు.

కాడ్మియం-సల్ఫైడ్ లేదా కాడ్మియం-సెలీనిడ్ ఫోటోసెల్స్‌తో పోలిస్తే LDR లు వంటివి , ఫోటోడియోడ్లు సాధారణంగా కాంతికి తక్కువ సున్నితంగా ఉంటాయి, అయితే కాంతి మార్పులకు వాటి ప్రతిస్పందన చాలా వేగంగా ఉంటుంది.

ఈ కారణంగా, ఎల్‌డిఆర్‌ల వంటి ఫోటోసెల్‌లను సాధారణంగా కనిపించే కాంతిని కలిగి ఉన్న అనువర్తనాల్లో ఉపయోగిస్తారు మరియు ప్రతిస్పందన సమయం త్వరగా అవసరం లేదు. మరోవైపు, పరారుణ ప్రాంతంలో ఎక్కువగా లైట్లను గుర్తించాల్సిన అనువర్తనాల్లో ఫోటోడియోడ్‌లు ప్రత్యేకంగా ఎంపిక చేయబడతాయి.

వంటి వ్యవస్థలలో మీరు ఫోటోడియోడ్లను కనుగొంటారు పరారుణ రిమోట్ కంట్రోల్ సర్క్యూట్లు , బీమ్ అంతరాయ రిలేలు మరియు చొరబాటు అలారం సర్క్యూట్లు .

లీడ్-సల్ఫైడ్ (పిబిఎస్) ను ఉపయోగించే ఫోటోడియోడ్ యొక్క మరొక వేరియంట్ ఉంది మరియు అక్కడ పనిచేసే లక్షణం ఎల్‌డిఆర్‌ల మాదిరిగానే ఉంటుంది, కానీ పరారుణ శ్రేణి లైట్లకు మాత్రమే స్పందించేలా రూపొందించబడింది.

ఫోటోట్రాన్సిస్టర్లు

కింది చిత్రం ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ యొక్క స్కీమాటిక్ చిహ్నాన్ని చూపిస్తుంది

ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ సాధారణంగా బైపోలార్ ఎన్‌పిఎన్ సిలికాన్ ట్రాన్సిస్టర్ రూపంలో పారదర్శక ఓపెనింగ్‌తో కవర్‌లో కప్పబడి ఉంటుంది.

పారదర్శక ఓపెనింగ్ ద్వారా పరికరం యొక్క పిఎన్ జంక్షన్ చేరుకోవడానికి కాంతిని అనుమతించడం ద్వారా ఇది పనిచేస్తుంది. కాంతి పరికరం యొక్క బహిర్గత PN జంక్షన్‌తో ప్రతిస్పందిస్తుంది, ఫోటోకాండక్టివిటీ చర్యను ప్రారంభిస్తుంది.

కింది రెండు సర్క్యూట్లలో చూపిన విధంగా ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ ఎక్కువగా దాని బేస్ పిన్‌తో అనుసంధానించబడలేదు.

ఎడమ వైపు బొమ్మలో కనెక్షన్ సమర్థవంతంగా ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ రివర్స్ బయాస్ పరిస్థితిలో ఉండటానికి కారణమవుతుంది, ఇది ఇప్పుడు ఫోటోడియోడ్ లాగా పనిచేస్తుంది.

ఇక్కడ, పరికరం యొక్క బేస్ కలెక్టర్ టెర్మినల్స్ అంతటా కాంతి కారణంగా ఉత్పన్నమయ్యే కరెంట్ నేరుగా పరికరం యొక్క బేస్కు తిరిగి ఇవ్వబడుతుంది, దీని ఫలితంగా సాధారణ కరెంట్ యాంప్లిఫికేషన్ మరియు పరికరం యొక్క కలెక్టర్ టెర్మినల్ నుండి అవుట్పుట్ వలె ప్రవహిస్తుంది.

ఈ విస్తరించిన ప్రవాహం రెసిస్టర్ R1 అంతటా అనులోమానుపాతంలో వోల్టేజ్ అభివృద్ధి చెందుతుంది.

ఫోటోట్రాన్సిస్టర్లు ఓపెన్ బేస్ కనెక్షన్ కారణంగా వారి కలెక్టర్ మరియు ఉద్గారిణి పిన్‌ల వద్ద ఒకే రకమైన కరెంట్‌ను చూపవచ్చు మరియు ఇది పరికరాన్ని ప్రతికూల అభిప్రాయం నుండి నిరోధిస్తుంది.

ఈ లక్షణం కారణంగా, ఉద్గారిణి మరియు భూమి అంతటా R1 తో పై బొమ్మ యొక్క కుడి వైపున చూపిన విధంగా ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ కనెక్ట్ చేయబడితే, ఫలితం ఎడమ వైపు కాన్ఫిగరేషన్ కోసం ఉన్నట్లుగానే సమానంగా ఉంటుంది. రెండు కాన్ఫిగరేషన్‌లకు అర్థం, ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ ప్రసరణ కారణంగా R1 అంతటా అభివృద్ధి చెందిన వోల్టేజ్ సమానంగా ఉంటుంది.

ఫోటోడియోడ్ మరియు ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ మధ్య వ్యత్యాసం

పని సూత్రం రెండు ప్రతిరూపాలకు సమానంగా ఉన్నప్పటికీ, వాటి మధ్య కొన్ని గుర్తించదగిన తేడాలు ఉన్నాయి.

కొన్ని వందల కిలోహెర్ట్జ్‌కు మాత్రమే పరిమితం చేయబడిన ఫోటోట్రాన్సిస్టర్‌కు విరుద్ధంగా, ఒక ఫోటోడియోడ్ పదుల మెగాహెర్ట్జ్ పరిధిలో ఎక్కువ పౌన encies పున్యాలతో పనిచేయడానికి రేట్ చేయవచ్చు.

ఫోటోట్రాన్సిస్టర్‌లో బేస్ టెర్మినల్ ఉండటం ఫోటోడియోడ్‌తో పోలిస్తే మరింత ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.

క్రింద చూపిన విధంగా ఫోటోట్రాన్సిస్టర్‌ను దాని బేస్ను భూమితో అనుసంధానించడం ద్వారా ఫోటోడియోడ్ లాగా పని చేయవచ్చు, అయితే ఫోటోడియోడ్‌కు ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ లాగా పని చేసే సామర్థ్యం ఉండకపోవచ్చు.

బేస్ టెర్మినల్ యొక్క మరొక ప్రయోజనం ఏమిటంటే, కింది చిత్రంలో చూపిన విధంగా పరికరం యొక్క బేస్ ఉద్గారిణి అంతటా పొటెన్షియోమీటర్‌ను ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ యొక్క సున్నితత్వాన్ని వేరియబుల్ చేయవచ్చు.

పై అమరికలో పరికరం వేరియబుల్ సెన్సిటివిటీ ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ లాగా పనిచేస్తుంది, కానీ పాట్ R2 కనెక్షన్లు తొలగించబడితే, పరికరం సాధారణ ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ లాగా పనిచేస్తుంది, మరియు R2 భూమికి చిన్నదిగా ఉంటే, అప్పుడు పరికరం ఫోటోడియోడ్గా మారుతుంది.

బయాసింగ్ రెసిస్టర్‌ను ఎంచుకోవడం

R1 విలువ ఎంపిక పైన చూపిన అన్ని సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రాలలో సాధారణంగా వోల్టేజ్ లాభం మరియు పరికరం యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్ ప్రతిస్పందన మధ్య సమతుల్యం ఉంటుంది.

R1 యొక్క విలువ పెరిగినప్పుడు వోల్టేజ్ లాభం పెరుగుతుంది కాని ఉపయోగకరమైన ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్విడ్త్ పరిధి తగ్గుతుంది మరియు దీనికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది.

ఇంకా, R1 యొక్క విలువ పరికరాలు వాటి సరళ ప్రాంతంలో పనిచేయవలసి వస్తుంది. ఇది కొంత ట్రయల్ మరియు లోపంతో చేయవచ్చు.

ఆచరణాత్మకంగా 5V మరియు 12V నుండి వోల్టేజ్‌లను ఆపరేట్ చేయడానికి 1K మరియు 10K మధ్య ఏదైనా విలువ సాధారణంగా R1 గా సరిపోతుంది.

డార్లింగ్టన్ ఫోటోట్రాన్సిస్టర్లు

ఇవి సాధారణమైనవి డార్లింగ్టన్ ట్రాన్సిస్టర్ వారి అంతర్గత నిర్మాణంతో. కింది స్కీమాటిక్ చిహ్నంలో చూపిన విధంగా అంతర్గతంగా ఇవి రెండు ట్రాన్సిస్టర్‌లను ఉపయోగించి ఒకదానితో ఒకటి నిర్మించబడతాయి.

ఫోటోడార్లింగ్టన్ ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క సున్నితత్వ లక్షణాలు సాధారణ ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ కంటే సుమారు 10 రెట్లు ఎక్కువగా ఉండవచ్చు. ఏదేమైనా, ఈ యూనిట్ల పని పౌన frequency పున్యం సాధారణ రకాల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఇది కేవలం 10 కిలోహెర్ట్జ్‌కు మాత్రమే పరిమితం కావచ్చు.

ఫోటోడియోడ్ ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ అప్లికేషన్స్

ఫోటోడియోడ్ మరియు ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ అప్లికేషన్ యొక్క ఉత్తమ ఉదాహరణ ఫీల్డ్‌లో ఉండవచ్చు లైట్వేవ్ సిగ్నల్ రిసీవర్లు లేదా ఫైబర్ ఆప్టిక్ ట్రాన్స్మిషన్ లైన్లలోని డిటెక్టర్లు.

ఆప్టికల్ ఫైబర్ గుండా వెళుతున్న లైట్వేవ్ అనలాగ్ లేదా డిజిటల్ పద్ధతుల ద్వారా సమర్థవంతంగా మాడ్యులేట్ చేయవచ్చు.

డిటెక్టర్ల దశలను రూపొందించడానికి ఫోటోడియోడ్లు మరియు ఫోటోట్రాన్సిస్టర్లు కూడా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి ఆప్టోకపులర్లు మరియు పరారుణ కాంతి పుంజం అంతరాయ పరికరాలు మరియు చొరబాటు అలారం గాడ్జెట్లు.

ఈ సర్క్యూట్లను రూపకల్పన చేసేటప్పుడు సమస్య ఏమిటంటే, ఫోటో సున్నితమైన పరికరాల్లో పడే కాంతి యొక్క తీవ్రత చాలా బలంగా లేదా బలహీనంగా ఉండవచ్చు మరియు ఇవి యాదృచ్ఛిక కనిపించే లైట్ల రూపంలో లేదా పరారుణ జోక్యం రూపంలో బాహ్య అవాంతరాలను ఎదుర్కొనవచ్చు.

ఈ సమస్యలను ఎదుర్కోవటానికి, ఈ అప్లికేషన్ సర్క్యూట్లు సాధారణంగా నిర్దిష్ట ఇన్ఫ్రారెడ్ క్యారియర్ ఫ్రీక్వెన్సీని కలిగి ఉన్న ఆప్టికల్ లింక్‌లతో నిర్వహించబడతాయి. అంతేకాకుండా రిసీవర్ యొక్క ఇన్పుట్ వైపు ప్రీఅంప్లిఫైయర్తో బలోపేతం అవుతుంది, తద్వారా ఆప్టికల్ లింకింగ్ సిగ్నల్స్ యొక్క బలహీనమైనవి కూడా హాయిగా కనుగొనబడతాయి, దీని వలన వ్యవస్థ విస్తృత శ్రేణి సున్నితత్వంతో అనుమతిస్తుంది.

కింది రెండు అనువర్తనాల సర్క్యూట్లు ఎలా చూపించాయి ఫూల్ప్రూఫ్ అమలు 30 kHz క్యారియర్ మాడ్యులేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీ ద్వారా ఫోటోడియోడ్లను ఉపయోగించి చేయవచ్చు.

ఇవి సెలెక్టివ్ ప్రీయాంప్లిఫైయర్ ఆధారిత ఫోటోడియోడ్ అలారం సర్క్యూట్లు , మరియు సిస్టమ్ యొక్క ఫూల్ప్రూఫ్ ఆపరేషన్ను నిర్ధారిస్తూ, ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క నిర్దిష్ట బ్యాండ్కు ప్రతిస్పందిస్తుంది.

ఎగువ రూపకల్పనలో, పరారుణ ఆప్టికల్ లింక్ నుండి ఉద్దేశించిన 30 Hz పౌన frequency పున్యం మినహా అన్ని ఇతర పౌన encies పున్యాలను L1, C1 మరియు C2 ఫిల్టర్ చేస్తాయి. ఇది కనుగొనబడిన వెంటనే ఇది Q1 చేత మరింత విస్తరించబడుతుంది మరియు అలారం వ్యవస్థను ధ్వనించడానికి దాని అవుట్పుట్ చురుకుగా మారుతుంది.

ప్రత్యామ్నాయంగా, ఆప్టికల్ లింక్ కత్తిరించబడినప్పుడు అలారంను సక్రియం చేయడానికి సిస్టమ్‌ను ఉపయోగించవచ్చు. ఈ సందర్భంలో, ఫోటోట్రాన్సిస్టర్‌పై 30 Hz IR ఫోకస్ ద్వారా ట్రాన్సిస్టర్‌ను శాశ్వతంగా చురుకుగా ఉంచవచ్చు, తరువాత, ట్రాన్సిస్టర్ నుండి అవుట్‌పుట్ మరొక NPN దశను ఉపయోగించి విలోమం చేయవచ్చు, తద్వారా, 30 Hz IR పుంజంలో అంతరాయం, Q1 ఆఫ్ అవుతుంది, మరియు రెండవ NPN ట్రాన్సిస్టర్‌ను ఆన్ చేస్తుంది. ఈ రెండవ ట్రాన్సిస్టర్ ఎగువ సర్క్యూట్లోని Q2 యొక్క కలెక్టర్ నుండి 10uF కెపాసిటర్ ద్వారా విలీనం చేయబడాలి.

దిగువ సర్క్యూట్ పనితీరు ఈ అనువర్తనం కోసం 20 kHz ఉన్న ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధి మినహా ట్రాన్సిస్టరైజ్డ్ వెర్షన్‌తో సమానంగా ఉంటుంది. ఇది 20 kHz మాడ్యులేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీని కలిగి ఉన్న IR సంకేతాలను గుర్తించడానికి ట్యూన్ చేయబడిన సెలెక్టివ్ ప్రీయాంప్లిఫైయర్ డిటెక్షన్ సిస్టమ్.

20 kHz వద్ద ట్యూన్ చేయబడిన IR పుంజం ఫోటోడియోడ్ పై కేంద్రీకృతమై ఉన్నంత వరకు, ఇది op amp యొక్క విలోమ ఇన్పుట్ పిన్ 2 పై అధిక సామర్థ్యాన్ని సృష్టిస్తుంది, ఇది op amp యొక్క నాన్-ఇన్వర్టింగ్ పిన్ వద్ద సంభావ్య డివైడర్ అవుట్పుట్ను మించిపోతుంది. ఇది op amp నుండి అవుట్పుట్ RMS సున్నాకి దగ్గరగా ఉంటుంది.

ఏదేమైనా, పుంజం అంతరాయం కలిగించిన క్షణం, పిన్ 2 వద్ద అకస్మాత్తుగా సంభావ్యత తగ్గుతుంది మరియు పిన్ 3 వద్ద సంభావ్యత పెరుగుతుంది. ఇది కనెక్ట్ చేయబడిన సక్రియం చేసే op amp యొక్క అవుట్పుట్ వద్ద RMS వోల్టేజ్ను తక్షణమే పెంచుతుంది అలారం వ్యవస్థ .

ఏదైనా అవాంఛిత సిగ్నల్‌ను భూమికి దాటవేయడానికి సి 1 మరియు ఆర్ 1 ని ఉపయోగిస్తారు.

రెండు ఫోటో డయోడ్లు D1 మరియు D2 ఉపయోగించబడతాయి, తద్వారా D1 మరియు D2 లలో ఒకేసారి IR సిగ్నల్స్ అంతరాయం కలిగించినప్పుడు మాత్రమే సిస్టమ్ సక్రియం అవుతుంది. మానవుల వంటి పొడవైన నిలువు లక్ష్యాలను మాత్రమే గ్రహించాల్సిన ప్రదేశాలలో ఈ ఆలోచనను ఉపయోగించవచ్చు, జంతువుల వంటి చిన్న లక్ష్యాలను స్వేచ్ఛగా దాటడానికి అనుమతించవచ్చు.

ఈ D1 మరియు D2 ను అమలు చేయడానికి ఒకదానికొకటి నిలువుగా మరియు సమాంతరంగా వ్యవస్థాపించబడాలి, దీనిలో D1 భూమికి ఒక అడుగు, మరియు D2 ను D1 పైన 3 అడుగుల సరళ రేఖలో ఉంచవచ్చు.