บทที่ 5 โฟโตทรานซิสเตอร์

บทที่ 5

โฟโตทรานซิสเตอร์

5.1 โฟโต้ทรานซิสเตอร์

          ดังที่ทราบกันอยู่แล้วว่าซิลิกอนทรานซิสเตอร์นั้นถูกสร้างจากรอยต่อพี-เอ็น จึงไม่แปลกเลยที่ทรานซิสเตอร์ จะมีความไวต่อแสงด้วย ซึ่งอยู่ในรูปแบบของโฟโต้ทรานซิสเตอร์นั่นเอง สัญลักษณ์ของโฟโต้ทรานซิสเตอร์แสดงใน รูปที่ 5.1

รูปที่ 5.1 สัญลักษณ์ของโฟโต้ทรานซิสเตอร์

5.2 การใช้งานโฟโต้ทรานซิสเตอร์

          การใช้งานโฟโต้ทรานซิสเตอร์พื้นฐานมีอยู่ 3 แบบด้วยกัน ดังแสดงในรูปที่ 18 จากรูปจะเห็นว่า ในแต่ละกรณีรอยต่อเบส-คอลเล็กเตอร์ของทรานซิสเตอร์ จะต่อในลักษณะได้รับไบแอสกลับ เช่นเดียวกับโฟโต้ไดโอด ในรูปที่ 17 (ก) ขาเบสของทรานซิสเตอร์ถูกต่อลงกราวด์ ดังนั้น ทรานซิสเตอร์จะทำงานเหมือนกับโฟโต้ไดโอดทุกประการ ส่วนรูปที่ 17 (ข) และ 17 (ค) ขาเบสของทรานซิสเตอร์ถูกปล่อยลอยไว้ และเมื่อใดที่ทรานซิสเตอร์ได้รับแสง ก็จะมีกระแสไหลผ่านรอยต่อเบส - คอลเล็กเตอร์ ไปยังขาเบสของทรานซิสเตอร์ ซึ่งจะทำให้กระแสที่ผ่านจากคอลเล้กเตอร์มายังอิมิตเตอร์ ของทรานซิสเตอร์มีปริมาณเพิ่มขึ้นอย่างมาก กระแสนี้จะทำให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่ตกคร่อมตัวต้านทาน R1 ที่ต่ออนุกรมอยู่มีค่าเพิ่มขึ้น

รูปที่ 5.2 การใช้งานโฟโต้ทรานซิสเตอร์ในลักษณะต่าง ๆ

          การใช้งานโฟโต้ทรานซิสเตอร์พื้นฐานมีอยู่ 3 แบบด้วยกัน ดังแสดงในรูปที่ 5.2 จากรูปจะเห็นว่า ในแต่ละกรณีรอยต่อเบส-คอลเล็กเตอร์ของทรานซิสเตอร์ จะต่อในลักษณะได้รับไบแอสกลับ เช่นเดียวกับโฟโต้ไดโอด ในรูปที่ 5.2 (ก) ขาเบสของทรานซิสเตอร์ถูกต่อลงกราวด์ ดังนั้น ทรานซิสเตอร์จะทำงานเหมือนกับโฟโต้ไดโอดทุกประการ ส่วนรูปที่ 5.2 (ข) และ 5.2 (ค) ขาเบสของทรานซิสเตอร์ถูกปล่อยลอยไว้ และเมื่อใดที่ทรานซิสเตอร์ได้รับแสง ก็จะมีกระแสไหลผ่านรอยต่อเบส - คอลเล็กเตอร์ ไปยังขาเบสของทรานซิสเตอร์ ซึ่งจะทำให้กระแสที่ผ่านจากคอลเล้กเตอร์มายังอิมิตเตอร์ ของทรานซิสเตอร์มีปริมาณเพิ่มขึ้นอย่างมาก กระแสนี้จะทำให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่ตกคร่อมตัวต้านทาน R1 ที่ต่ออนุกรมอยู่มีค่าเพิ่มขึ้น

รูปที่ 5.3 วงจรโฟโต้ทรานซิสเตอร์ที่สามารถปรับความไวในการตอบสนองต่อแสงได้

         เมื่อเปรียบเทียบกับโฟโต้ไดโอดโฟโต้ทรานซิสเตอร์จะมีความไวต่อแสงมากกว่าประมาณ 100 เท่า แต่ในด้านความถี่ใช้งานสูงสุด สำหรับโฟโต้ทรานซิสเตอร์ (ประมาณ 200-300 กิโลเฮิรตช์) จะใช้งานได้ที่ความถี่ต่ำกว่าโฟโต้ไดโอด หลายสิบเมกะเฮิรตซ์ ในการใช้งาน อาจจะต่อตัวต้านทานปรับค่าได้ระหว่างขาเบสและอิมิตเตอร์ของโฟโต้ทรานซิสเตอร์ด้วยก็ได้ ดังรูปที่ 5.3 เพื่อให้สามารถเลือกได้ว่าต้องการใช้กับงานที่มีความไวต่อแสงมาก ๆ หรือต้องการใช้กับงานที่มีความถี่สูง ๆ โดยเมื่อ VR1 เปิดวงจรก็จะทำหน้าที่เป็นโฟโต้ทรานซิสเตอร์ และเมื่อ VR1 ลัดวงจร ก็จะทำหน้าที่เป็นโฟโต้ไดโอด
          ในการใช้งานวงจรที่เกี่ยวข้องกับ นั้นจะต้องเลือกใช้ตัวต้านทานโหลด R1 ที่มีค่ามากหรือน้อยจนเกินไปด้วย เพราะถ้าใช้ตัวต้านทาน R1 ที่มีค่ามาก ๆ ถึงแม้จะทำให้อัตราขยายแรงดัน ของวงจรเพิ่มขึ้น แต่ก็จะทำให้ช่วงความถี่ของการใช้งานลดลงด้วยและค่าของ R1 จะต้องเป็นค่าที่ทำให้โฟโต้ไดโอด หรือโฟโต้ทรานซิสเตอร์ ทำงานในช่วงที่เป็นเชิงเส้นด้วย



5.3 โฟโต้ดาร์ลิงตันทรานซิสเตอร์

          โฟโต้ดาร์ลิงตันทรานซิสเตอร์ (Photo DaringtonTransistor) คือโฟโต้ทรานซิสเตอร์ 2 ตัวต่อร่วมกันในลักษณะวงจรดาร์ลิงตัน คือต่อในลักษณะขาอิมิตเตอร์(Emitter) ของตัวหนึ่งจะต่อเข้ากับเบส (Base) ของตัวถัดไป ลักษณะการต่อเช่นนี้จะทำให้ทรานซิสเตอร์มีอัตราการขยายสูงขึ้นอีกมาก
           โฟโตทรานซิสเตอร์ และโฟโตดาร์ลิงตัน ถูกนำไปใช้งานอย่างแพร่หลายในงานต่างๆ เช่น สวิตซ์ทำงานด้วยแสง เครื่องควบคุมระยะไกล อุปกรณ์สื่อสารทางแสง และเครื่องตรวจจับการเคลื่อนไหว เป็นต้น           ด้วยข้อดีของโฟโตทรานซิสเตอร์ที่สามารถทำการขยายสัญญาณแสงให้แรงขึ้นก่อนนำไปใช้งานทำให้โฟโตทรานซิสเตอร์สามารถทำงานและควบคุมการทำงานได้ด้วยตัวเอง หรืออาจนำไปประกอบร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆได้ด้วย

รูปที่ 5.4 การต่อทรานซิสเตอร์

5.4 การประยุกต์ใช้งานโฟโตทรานซิสเตอร์

         โฟโตทรานซิสเตอร์ และโฟโตดาร์ลิงตัน ถูกนำไปใช้งานอย่างแพร่หลายในงานต่างๆ เช่น สวิตซ์ทำงานด้วยแสง เครื่องควบคุมระยะไกล อุปกรณ์สื่อสารทางแสง และเครื่องตรวจจับการเคลื่อนไหว เป็นต้น           ด้วยข้อดีของโฟโตทรานซิสเตอร์ที่สามารถทำการขยายสัญญาณแสงให้แรงขึ้นก่อนนำไปใช้งานทำให้โฟโตทรานซิสเตอร์สามารถทำงานและควบคุมการทำงานได้ด้วยตัวเอง หรืออาจนำไปประกอบร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆได้ด้วย