อุปกรณ์โฟโต้ (Photo device)

อุปกรณ์โฟโต้ (Photo Device)    เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำไวแสงชนิดหนึ่ง   มีหลายชนิดเช่นโฟโต้ไดโอด โฟโต้ทรานซิสเตอร์ โฟโต้ดาลิงตันทรานซิสเตอร์    โฟโต้ไดโอดจะเป็นตัวรับแสงเมื่อมีแสงตกกระทบมาก กระแสจะไหลมาก โดยโฟโตไดโอดจะต้องได้รับไบอัสตรงด้วย แต่กระแสที่ไหลมีปริมาณน้อยเมื่อเทียบกับแสง จึงจะต้องมีการขยายด้วยทรานซิสเตอร์ก่อนก็จะกลายเป็นโฟโต้ทรานซิสเตอร์ หรือโฟโต้ดาลิงตันทรานซิสเตอร์  ซึ่งมีกระแสไหลมากกว่า  

1. โฟโต้ไดโอด(Photo Diode) 1. โฟโต้ไดโอด(Photo Diode) โฟโต้ไดโอด (Photo Diode) เป็นอุปกรณ์เชิงแสงชนิดหนึ่ง ที่ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และสารกึ่งตัวนำชนิด N รอยต่อจะถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุที่แสงผ่านได้ เช่น กระจกใส โฟโต้ไดโอดจะมีอยู่ 2 แบบ คือแบบที่ตอบสนองต่อแสงที่เรามองเห็น และแบบที่ตอบสนองต่อแสงในย่านอินฟาเรด ในการรับใช้งานจะต้องต่อโฟโต้ไดโอดในลักษณะไบอัสกลับ

โฟโต้ไดโอด (Photo Diode) จะยอมให้กระแสไหลผ่านได้มากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณความเข้มของแสง เมื่อโฟโต้ไดโอดได้รับไบอัสกลับ (Reverse Bias) ด้วยแรงดันค่าหนึ่งและมีแสงมาตกกระทบที่บริเวณรอยต่อ ถ้าแสงที่มาตกกระทบมีความยาวคลื่นหรือแลมด้าที่เหมาะสมจะมีกระแสไหลในวงจร โดยกระแสที่ไหลในวงจร จะแปรผกผันกับความเข้มของแสงที่มาตกกระทบ ลักษณะทั่วไปขณะไบอัสตรง (Forward Bias ) จะยังคงเหมือนกับไดโอดธรรมดาคือยอมให้กระแสไหลผ่านได้

รูปที่ 1 แสดงสัญลักษณ์ และการไบอัสใช้งาน

โฟโต้ไดโอดเมื่อเทียบกับ LDR (ตัวต้านทานที่แปรค่าตามแสง) แล้วโฟโต้ไดโอดมีการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานเร็วกว่า LDR มาก จึงนิยมนำไปประยุกต์งานในวงจรที่ต้องการความเร็วสูง เช่น เครื่องนับสิ่งของ, ตัวรับรีโมทคอนโทรล, วงจรกันขโมยอินฟาเรดเป็นต้น เนื่องจากโฟโต้ไดโอดให้ค่าการเปลี่ยนแปลงของกระแสต่อแสงต่ำ คืออยู่ในช่วง 1-10 A เท่านั้น ดังนั้นการใช้งานโฟโต้ไดโอดจึงต้องมีตัวขยายกระแสเพิ่มเติม ผู้ผลิตจึงหันมาใช้ทรานซิสเตอร์เป็นตัวขยายกระแสเพิ่มเติมอยู่ในตัวถังเดียวกัน ซึ่งเรียก ว่าโฟโต้ทรานซิสเตอร์(Photo Transistor)

2. โฟโต้ทรานซิสเตอร์ (Photo Transistor)                 โฟโต้ทรานซิสเตอร์ (Photo Transistor) จะประกอบด้วยโฟโต้ไดโอดซึ่งจะต่ออยู่ระหว่างขาเบสกับคอลเลคเตอร์ ของทรานซิสเตอร์ ดังรูป 2  กระแสที่เกิดขึ้นจากาการเปลี่ยนแปลงของแสงจะถูกขยายด้วยทรานซิสเตอร์ (Transistor)  ในการใช้งานโฟโต้ทรานซิสเตอร์ รอยต่อระหว่างเบส-อิมิตเตอร์ (Base-Emitter) จะต่อไบอัสกลับ (Reverse Bias) ที่รอยต่อนี้เองเป็นส่วนที่ทำให้เกิดการแปลงค่ากระแสที่ขึ้นอยู่กับความเข้มแสง  

รูปที่ 2 แสดงสัญลักษณ์ โครงสร้าง และวงจรสมมูล ของโฟโต้ทรานซิสเตอร์  

ถ้าให้ IP = กระแสที่เกิดขึ้นเนื่องจากแสง IB = กระแสเบสที่มาจากภายนอก เมื่อไบอัสกลับ (Reverse Bias) ที่รอยต่อระหว่างเบสกับคอลเลคเตอร์ (Base-Collecter) และมีแสงตกกระทบที่บริเวณรอยต่อ กระแสอันเนื่องจากแสง (IP) จะถูกขยายด้วยอัตราขยายของทรานซิสเตอร์เป็นกระแสอิมิตเตอร์ (IE) และถ้าไบอัสตรงที่ขาเบสด้วยกระแสเบส (IB) จากภายนอกก็จะถูกขยายรวมกับกระแสเนื่องจากแสง (IP) ด้วย   ถ้าให้      IP   =   กระแสที่เกิดขึ้นเนื่องจากแสง                 IB   =   กระแสเบสที่มาจากภายนอก                 IE   =   กระแสอิมิตเตอร์                 hfe  =   อัตราขยายของทรานซิสเตอร์

จากสมการของทรานซิสเตอร์คือ                 IC   =   hfeIB และ               IE  =  IC + ( IB  IP ) จะได้             IE  =  IC + ( IB  IP ) hfe + I                  

จะเห็นได้ว่ากระแส IE  เปลี่ยนแปลงตามกระแส IP  ด้วยอัตราขยายถึง hfe+1 เท่าซึ่งถ้า IP มีค่าเปลี่ยนแปลงจาก 1-10 A และทำให้ hfe  มีค่าประมาณ 100 จะได้ค่า IE  เปลี่ยนแปลงจาก 100 A ถึง  1mA อัตราขยายกระแสยิ่งสูงจะทำให้ผลตอบสนองต่อแสงจะไวขึ้น ค่า hfe สูงๆ จะต้องทำให้รอยต่อระหว่างเบสกับคอลเล็กเตอร์มีพื้นที่มาก แต่ก็ทำให้กระแสรั่วไหลสูงขึ้นด้วย เพราะรอยต่อจะถูกไบอัสกลับ (Revese Bias)

3. โฟโต้ดาร์ลิงตันทรานซิสเตอร์ (Photo DaringtonTransistor)       โฟโต้ดาร์ลิงตันทรานซิสเตอร์ (Photo DaringtonTransistor) คือโฟโต้ทรานซิสเตอร์ 2 ตัวต่อร่วมกันในลักษณะวงจรดาร์ลิงตัน คือต่อในลักษณะขาอิมิตเตอร์(Emitter) ของตัวหนึ่งจะต่อเข้ากับเบส (Base) ของตัวถัดไป ลักษณะการต่อเช่นนี้จะทำให้ทรานซิสเตอร์มีอัตราการขยายสูงขึ้นอีกมาก

 รูปที่ 3 แสดงสัญลักษณ์ และโครงสร้างของโฟโต้ดาร์ลิงตันทรานซิสเตอร์

จบการนำเสนอ