15 оптоэлектронные приборы

3.4 Фотоприемники на основе фототиристоров

Фототиристор – полупроводниковый приемник излучения, содержащий структуру тиристора, которая обеспечивает переключающие свойства прибора.

Прибор представляет собой четырехслойную p-n-p-n структуру, содержащую соответственно, три p-n перехода, из которых средний называют коллекторным, а два крайних – эмиттерными. Внешние области называются эмиттерами, внутренние – базами. Тиристор включается так, чтобы коллекторный переход был включен в обратном направлении, а оба эмиттерных – в прямом. При таком включении переходов, как было рассмотрено в разделе 2, тиристор можно представить в виде двух последовательно включенных транзисторов p-n-p и n-p-n с положительной обратной связью через общие базы и коллекторы. Сильная положительная обратная связь является причиной появления на вольтамперной характеристике прибора участка с отрицательным динамическим сопротивлением.
Т
иристор может находиться в одном из двух устойчивых состояний, закрытом высокоомном и открытом низкоомном (рис. 8). Переход из одного устойчивого состояния в другое происходит скачком (на отрицательном участке ВАХ состояние прибора неустойчиво), когда напряжение на управляющем электроде (для обычного тиристора) или освещенность (для фототиристора) превышают некоторое пороговое значение. При этом переходе сопротивление тиристора и ток через него изменяются в 10⁶ -10⁷ раз: примерно от 10⁸ Ом в закрытом состоянии до 10^-1 Ом – в открытом. Таким образом, фототиристор имеет очень высокий коэффициент усиления по току и по мощности.
Излучение в фототиристоре поглощается в обеих базах: с ростом освещенности увеличиваются токи эмиттеров, происходит накопление положительных и отрицательных зарядов, необходимых для перевода во включенное состояние.
С ростом освещенности напряжение переключения уменьшается. Таким образом, свет играет роль управляющего электрического сигнала у тиристора с третьим выводом (от базы) и позволяет бесконтактным способом управлять токами в различных электрических цепях.
Выключить фототиристор можно сняв с него выходное напряжение, что легко реализуется при переключении цепей переменного тока.
Главным достоинством фототиристоров как фотоприемников с ВАХ S-типа является внутреннее усиление фототока, что значительно увеличивает фоточувствительность. По сравнению с фототранзисторами фототиристоры обеспечивают большое значение коммутируемых токов и напряжений, более высокое по сравнению с составными фототранзисторами быстродействие (10-30 мкс). Фототиристоры используются для управления большими токами в «силовой» оптоэлектронике.