Optosensoren und Optokoppler

Zusammenfassung

Fototransistoren sind lichtempfindliche Transistoren. Ihrer hohen Empfindlichkeit wegen bei relativ kleinem Bauvolumen sind sie heute die meistgebrauchten Optosensoren. Es gibt sowohl bipolare als auch unipolare Ausführungen. Die letzteren, normalerweise als Foto-FET bzeeichnet, haben bis heute nur eine sehr geringe Bedeutung erlangt¹). Bipolare Fototransistoren dagegen sind sehr verbreitet und zwar praktisch ausschließlich als npn-Transistoren. Bild 1 zeigt zwei verschiedene Ausführungsformen, nämlich mit und ohne Basisanschluß. Von normalen Bipolartransistoren unterscheiden sie sich eigentlich nur dadurch, daß sie ein Fenster besitzen, durch das Licht auf die Kollektor-Basis-Sperrschicht treffen kann. Diese Sperrschicht wirkt dabei als Fotodiode mit einem durch das Licht steuerbaren Fotostrom, der seinerseits im Transistor mit der Stromverstärkung B_N verstärkt wird. Bild lb macht die Verhältnisse deutlich mit einem Ersatzbild²). Parallel zu der Stromquelle entsprechend dem hauptsächlich thermisch erzeugten Sperrstrom I_CBO tritt eine weitere Stromquelle entsprechend dem zusätzlich überlagerten Fotostrom I_p. Der Fotostrom I_p und der Störstrom I_CBO haben also die gleiche Wirkung. Gemäß Bild lb erscheinen sie zusammen am Kollektor, vervielfacht um den Faktor B_N + 1. Im Dunkelzustand ist dort bei offener Basis nur die Komponente I_CBO ∙ (B_N + 1) vorhanden. Bei zusätzlicher Basissteuerung kommt noch der verstärkte Basisstrom hinzu. Praktisch ergeben sich die gleichen Verhältnisse wie bei einem normalen Transistor, dem man eine Fotodiode zwischen Kollektor und Basis extern vorschaltet. Die statischen I_C-U_CE-Kennlinien haben bei reiner Fotosteuerung die im Bild lc angegebene Form. Das Maximum der spektralen Fotoempfindlichkeit liegt überlicherweise im nahen Infrarotbereich.