Photodiode, Phototransistor - वर्किंग और एप्लिकेशन सर्किट

फोटोडायोड और फोटोट्रांसिस्टर सेमीकंडक्टर डिवाइस हैं जिनके पास पारदर्शी पी के माध्यम से प्रकाश के संपर्क में आने वाला पी-एन सेमीकंडक्टर जंक्शन होता है, ताकि बाहरी प्रकाश जंक्शन के माध्यम से एक विद्युत चालन पर प्रतिक्रिया और बल दे सके।

कैसे काम करता है Photodiodes

एक फोटोडायोड एक नियमित सेमीकंडक्टर डायोड (उदाहरण 1N4148) की तरह है जिसमें एक पी-एन जंक्शन शामिल है, लेकिन इसमें पारदर्शी शरीर के माध्यम से प्रकाश के संपर्क में है।

इसकी कार्यप्रणाली को एक आपूर्ति स्रोत में उल्टे पक्षपाती फैशन से जुड़े एक मानक सिलिकॉन डायोड की कल्पना करके समझा जा सकता है जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

इस हालत में, डायोड के माध्यम से कोई भी करंट प्रवाहित नहीं होता है सिवाय कुछ बहुत छोटे रिसाव करंट के।

हालाँकि, मान लें कि हमारे पास एक ही डायोड है जिसके बाहरी अपारदर्शी कवर को हटा दिया गया है या एक रिवर्स पूर्वाग्रह आपूर्ति के साथ जुड़ा हुआ है। यह डायोड के पीएन जंक्शन को प्रकाश में उजागर करेगा, और घटना प्रकाश के जवाब में, इसके माध्यम से वर्तमान का एक त्वरित प्रवाह होगा।

यह वर्तमान में डायोड के माध्यम से 1 mA जितना हो सकता है, जिससे R1 भर में एक बढ़ती वोल्टेज विकसित हो सकती है।

उपरोक्त आकृति में फोटोडियोड को नीचे दिखाए गए अनुसार जमीन की तरफ से भी जोड़ा जा सकता है। यह एक विपरीत प्रतिक्रिया उत्पन्न करेगा, जिसके परिणामस्वरूप आर 1 में एक घटते वोल्टेज के परिणामस्वरूप, जब फोटोडियोड को बाहरी प्रकाश से रोशन किया जाता है।

सभी पी-एन जंक्शन आधारित उपकरणों का कार्य समान है और प्रकाश के संपर्क में आने पर फोटो-चालकता प्रदर्शित करेगा।

एक फोटोडायोड का योजनाबद्ध प्रतीक नीचे देखा जा सकता है।

कैडमियम-सल्फाइड या कैडमियम-सेलेनाइड फोटोकल्स की तुलना में LDRs की तरह , फोटोडियोड आमतौर पर प्रकाश के प्रति कम संवेदनशील होते हैं, लेकिन प्रकाश परिवर्तनों के प्रति उनकी प्रतिक्रिया बहुत तेज होती है।

इस कारण से, LDRs जैसे फोटोकल्स आमतौर पर उन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जिनमें दृश्य प्रकाश शामिल होता है, और जहां प्रतिक्रिया समय को त्वरित होने की आवश्यकता नहीं होती है। दूसरी ओर, फोटोडियोड को विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में चुना जाता है, जिन्हें ज्यादातर अवरक्त क्षेत्र में रोशनी का तेजी से पता लगाने की आवश्यकता होती है।

जैसे सिस्टम में आपको फोटोडायोड मिल जाएंगे अवरक्त रिमोट कंट्रोल सर्किट , बीम रुकावट रिले और घुसपैठिए अलार्म सर्किट ।

फोटोडायोड का एक और संस्करण है जो सीसा-सल्फ़ाइड (PbS) का उपयोग करता है और वहाँ काम करने की विशेषता LDRs के समान है लेकिन केवल इन्फ्रारेड रेंज लाइट्स पर प्रतिक्रिया देने के लिए डिज़ाइन की गई हैं।

फोटोट्रांसिस्टर्स

निम्न छवि एक फोटोट्रांसिस्टर के योजनाबद्ध प्रतीक को दिखाती है

फोटोट्रांसिस्टर आमतौर पर एक द्विध्रुवीय एनपीएन सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के रूप में होता है, जो एक पारदर्शी उद्घाटन के साथ कवर में समझाया जाता है।

यह पारदर्शी उद्घाटन के माध्यम से प्रकाश को डिवाइस के पीएन जंक्शन तक पहुंचने की अनुमति देकर काम करता है। प्रकाश डिवाइस के उजागर पीएन जंक्शन के साथ प्रतिक्रिया करता है, फोटोकंडक्टिविटी कार्रवाई शुरू करता है।

एक फोटोट्रांसिस्टर ज्यादातर अपने बेस पिन के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है जैसा कि निम्नलिखित दो सर्किटों में दिखाया गया है।

बाईं ओर की आकृति में कनेक्शन प्रभावी रूप से फोटोट्रांसिस्टर को रिवर्स पूर्वाग्रह की स्थिति में लाने का कारण बनता है, जैसे कि अब यह फोटोडायोड की तरह काम करता है।

यहां, डिवाइस के बेस कलेक्टर टर्मिनलों में प्रकाश के कारण उत्पन्न धारा को सीधे डिवाइस के आधार पर वापस फीड किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सामान्य वर्तमान प्रवर्धन होता है और डिवाइस के कलेक्टर टर्मिनल से आउटपुट के रूप में बहता है।

यह प्रवर्धित प्रवाह प्रतिरोधक R1 के पार विकसित करने के लिए वोल्टेज की एक आनुपातिक मात्रा का कारण बनता है।

फोटोट्रांसिस्टर्स एक खुले आधार कनेक्शन के कारण अपने कलेक्टर और एमिटर पिन पर समान मात्रा में वर्तमान दिखा सकते हैं, और यह डिवाइस को नकारात्मक प्रतिक्रिया से बचाता है।

इस सुविधा के कारण, यदि फोटोट्रांसिस्टर को उपरोक्त आकृति के दाईं ओर दिखाया गया है जैसा कि एमिटर और ग्राउंड में आर 1 के साथ है, तो परिणाम बिल्कुल वैसा ही है जैसा कि बाईं ओर के कॉन्फ़िगरेशन के लिए था। दोनों विन्यासों के लिए अर्थ, फोटोट्रांसिस्टर चालन के कारण R1 में विकसित वोल्टेज समान है।

Photodiode और Phototransistor के बीच अंतर

यद्यपि कार्य सिद्धांत दो समकक्षों के लिए समान है, उनके बीच कुछ ध्यान देने योग्य अंतर हैं।

एक फोटोडियोड को मेगाहर्ट्ज़ के दसियों रेंज में बहुत अधिक आवृत्तियों के साथ काम करने के लिए रेट किया जा सकता है, क्योंकि एक फोटोट्रांसिस्टर के विपरीत जो केवल कुछ सौ किलोहर्ट्ज़ तक सीमित है।

एक फोटोट्रांसिस्टर में आधार टर्मिनल की उपस्थिति एक फोटोडायोड की तुलना में इसे अधिक लाभप्रद बनाती है।

एक फोटोट्रांसिस्टर को अपने आधार को जमीन के साथ जोड़कर एक फोटोडायोड्रोड की तरह काम करने के लिए परिवर्तित किया जा सकता है, लेकिन एक फोटोड्रायोड में फोटोट्रांसिस्टर की तरह काम करने की क्षमता नहीं हो सकती है।

बेस टर्मिनल का एक और फायदा यह है कि एक फोटोट्रांसिस्टर की संवेदनशीलता को डिवाइस के बेस एमिटर के पार एक पोटेंशियोमीटर को प्रस्तुत करके परिवर्तनशील बनाया जा सकता है, जैसा कि निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है।

उपरोक्त व्यवस्था में डिवाइस एक चर संवेदनशीलता वाले फोटोट्रांसिस्टर की तरह काम करता है, लेकिन अगर पॉट आर 2 कनेक्शन हटा दिए जाते हैं, तो डिवाइस एक सामान्य फोटोट्रांसिस्टर की तरह काम करता है, और अगर आर 2 को जमीन पर छोटा किया जाता है, तो डिवाइस एक फोटोडायोड में बदल जाता है।

Biasing Resistor का चयन करना

R1 मान के चयन के ऊपर दिखाए गए सभी सर्किट आरेखों में आमतौर पर वोल्टेज लाभ और डिवाइस की बैंडविड्थ प्रतिक्रिया के बीच एक संतुलन होता है।

आर 1 का मान बढ़ने पर वोल्टेज लाभ बढ़ता है लेकिन उपयोगी ऑपरेटिंग बैंडविड्थ रेंज घट जाती है, और इसके विपरीत।

इसके अलावा, आर 1 का मूल्य ऐसा होना चाहिए कि उपकरण अपने रैखिक क्षेत्र में काम करने के लिए मजबूर हों। यह कुछ परीक्षण और त्रुटि के साथ किया जा सकता है।

व्यावहारिक रूप से 5 वी और 12 वी से परिचालन वोल्टेज के लिए 1K और 10K के बीच कोई भी मूल्य आमतौर पर R1 के रूप में पर्याप्त है।

डार्लिंगटन फोटोट्रांसिस्टर्स

ये एक सामान्य के समान हैं डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर उनकी आंतरिक संरचना के साथ। आंतरिक रूप से ये दो ट्रांजिस्टर का उपयोग करके एक दूसरे के साथ मिलकर बनाए गए हैं जैसा कि निम्नलिखित योजनाबद्ध प्रतीक में दिखाया गया है।

एक फोटोडर्लिंगटन ट्रांजिस्टर की संवेदनशीलता विनिर्देश सामान्य फोटोट्रांसिस्टर की तुलना में लगभग 10 गुना अधिक हो सकते हैं। हालांकि, इन इकाइयों की कार्य आवृत्ति सामान्य प्रकारों से कम है, और केवल कुछ 10 किलोहर्ट्ज़ तक सीमित हो सकती है।

Photodiode Phototransistor Applications

फोटोडायोड और फोटोट्रांसिस्टर एप्लिकेशन का सबसे अच्छा उदाहरण क्षेत्र के क्षेत्र में हो सकता है lightwave सिग्नल रिसीवर्स या फाइबर ऑप्टिक ट्रांसमिशन लाइनों में डिटेक्टर।

ऑप्टिकल फाइबर से गुजरने वाले लाइटवेव को एनालॉग या डिजिटल तकनीकों के माध्यम से प्रभावी रूप से संशोधित किया जा सकता है।

Photodiodes और phototransistors भी व्यापक रूप से डिटेक्टरों चरणों में बनाने के लिए उपयोग किया जाता है Optocouplers और अवरक्त प्रकाश किरण रुकावट उपकरणों और घुसपैठिए अलार्म गैजेट्स।

इन सर्किटों को डिजाइन करते समय समस्या यह है कि, फोटो संवेदनशील उपकरणों पर गिरने वाली प्रकाश की तीव्रता बहुत मजबूत या कमजोर हो सकती है, और ये भी यादृच्छिक दृश्यमान रोशनी, या अवरक्त हस्तक्षेप के रूप में बाहरी गड़बड़ी का सामना कर सकते हैं।

इन मुद्दों का मुकाबला करने के लिए, ये एप्लिकेशन सर्किट आम ​​तौर पर एक विशिष्ट अवरक्त वाहक आवृत्ति वाले ऑप्टिकल लिंक के साथ संचालित होते हैं। इसके अलावा रिसीवर के इनपुट पक्ष को एक preamplifier के साथ प्रबलित किया जाता है ताकि ऑप्टिकल लिंकिंग संकेतों में से सबसे कमजोर को भी आराम से पता चल सके, जिससे सिस्टम संवेदनशीलता की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ सक्षम हो।

निम्नलिखित दो अनुप्रयोग सर्किट दिखाते हैं कि कैसे मूर्खतापूर्ण कार्यान्वयन 30 kHz वाहक मॉड्यूलेशन आवृत्ति के माध्यम से फोटोडियोड का उपयोग करके किया जा सकता है।

ये चयनात्मक preamplifier आधारित फोटोडायोड अलार्म सर्किट , और सिस्टम के एक फुलप्रूफ ऑपरेशन को सुनिश्चित करते हुए, आवृत्ति के एक विशिष्ट बैंड का जवाब देगा।

ऊपरी डिजाइन में, L1, C1 और C2 एक अवरक्त ऑप्टिकल लिंक से इच्छित 30 हर्ट्ज आवृत्ति को छोड़कर अन्य सभी आवृत्तियों को फ़िल्टर करते हैं। जैसे ही यह पता चलता है कि इसे Q1 द्वारा और अधिक प्रवर्धित किया गया है, और इसका उत्पादन अलार्म सिस्टम की ध्वनि के लिए सक्रिय हो जाता है।

वैकल्पिक रूप से, सिस्टम का उपयोग अलार्म को सक्रिय करने के लिए किया जा सकता है जब ऑप्टिकल लिंक काट दिया जाता है। इस मामले में ट्रांजिस्टर को फोटोट्रांसिस्टर पर 30 हर्ट्ज आईआर फोकस के माध्यम से स्थायी रूप से सक्रिय रखा जा सकता है। अगला, ट्रांजिस्टर से उत्पादन को दूसरे एनपीएन चरण का उपयोग करके उलटा किया जा सकता है ताकि, 30 हर्ट्ज आईआर बीम में एक रुकावट बंद हो जाए, Q1 और दूसरा NPN ट्रांजिस्टर चालू करता है। यह दूसरा ट्रांजिस्टर ऊपरी सर्किट में Q2 के कलेक्टर से 10uF संधारित्र के माध्यम से एकीकृत होना चाहिए।

निचला सर्किट कामकाज आवृत्ति रेंज को छोड़कर ट्रांजिस्टराइज़ किए गए संस्करण के समान है जो इस एप्लिकेशन के लिए 20 kHz है। यह एक चयनात्मक preamplifier का पता लगाने वाला सिस्टम है जो IR संकेतों का पता लगाने के लिए 20 kHz की मॉड्यूलेशन आवृत्ति का पता लगाने के लिए तैयार है।

जब तक 20 kHz पर एक IR बीम ट्यून की जाती है, फोटोडियोड पर केंद्रित रहती है, तो यह op amp के इनवर्टिंग इनपुट pin2 पर एक उच्च क्षमता बनाता है, जो op amp के गैर-इनवर्टिंग पिन पर संभावित विभक्त आउटपुट से अधिक होता है। यह op amp से आउटपुट RMS को शून्य के पास होने का कारण बनता है।

हालांकि, जिस क्षण बीम बाधित होता है, वह पिन 2 पर अचानक संभावित गिरावट और पिन 3 पर संभावित वृद्धि का कारण बनता है। यह तुरंत कनेक्ट किए गए सेशन amp के आउटपुट पर RMS वोल्टेज को बढ़ाता है अलार्म व्यवस्था ।

C1 और R1 को किसी भी अवांछित सिग्नल को बाईपास करने के लिए नियोजित किया जाता है।

दो फोटो डायोड डी 1 और डी 2 का उपयोग किया जाता है ताकि सिस्टम केवल तभी सक्रिय हो जब आईआर सिग्नल डी 1 और डी 2 के पार एक साथ बाधित हो। इस विचार का उपयोग उन स्थानों पर किया जा सकता है, जहाँ मनुष्यों जैसे केवल लम्बे लम्बे लक्ष्यों को होश में लाने की आवश्यकता होती है, जबकि जानवरों जैसे छोटे लक्ष्यों को स्वतंत्र रूप से पारित करने की अनुमति दी जा सकती है।

इस डी 1 को लागू करने के लिए और डी 2 को एक दूसरे के समानांतर और समानांतर स्थापित किया जाना चाहिए, जिसमें डी 1 को जमीन से एक फीट ऊपर रखा जा सकता है, और डी 2 को डी 1 से 3 फीट ऊपर एक सीधी रेखा में रखा जा सकता है।