Что такое фототиристор?
Фототиристор — это особая разновидность тиристора, полупроводникового прибора, который переключается в проводящее состояние под воздействием светового потока, а не электрического сигнала. Это делает его ключевым элементом в оптоэлектронных системах.
Принцип действия
Работа устройства основана на внутреннем фотоэффекте. Когда свет падает на кристалл фототиристора, в полупроводниковом материале генерируются парные носители заряда — электроны и дырки. Электрическое поле, существующее в области p-n-p-n переходов, разделяет эти заряды, что приводит к возникновению управляющих токов. Эти токи, по сути, и запускают процесс переключения тиристора в состояние с высокой проводимостью.
Конструктивные особенности
Конструктивно фототиристор представляет собой светочувствительный монокристалл, чаще всего кремниевый, со сложной четырёхслойной структурой (p-n-p-n). Кристалл обычно размещён на медном основании, обеспечивающем хороший теплоотвод, и герметично закрыт корпусом. В крышке корпуса имеется специальное окно, пропускающее свет к активной зоне прибора. Наиболее распространены две схемы освещения: через базу или через n-эмиттер, что влияет на характеристики управления.
Источники управления и чувствительность
Для управления фототиристором могут использоваться различные источники оптического излучения: от традиционных импульсных ламп и ламп накаливания до современных светодиодов и даже квантовых генераторов (лазеров). Чувствительность прибора, то есть минимальный световой поток, необходимый для его переключения, зависит от целого ряда факторов. К ним относятся спектр падающего излучения, оптические свойства самого кристалла (коэффициенты поглощения и отражения), а также электрические параметры, такие как скорость нарастания напряжения и напряжение переключения.
Технические характеристики и сфера применения
Современные фототиристоры выпускаются в широком диапазоне мощностей: рабочий ток может составлять от нескольких миллиампер до 500 ампер, а допустимое напряжение — от десятков вольт до 3 киловольт. Для их управления требуется относительно небольшая оптическая мощность — примерно от 1 до 100 милливатт. Благодаря гальванической развязке между цепью управления (оптической) и силовой цепью, фототиристоры нашли широкое применение. Их используют в системах релейной защиты, устройствах автоматики, а также в качестве ключевых элементов в мощных высоковольтных преобразователях и инверторах.