Como Funciona um Fototransistor: Amplificação de Corrente Controlada por Luz

Um fototransistor é um transistor de junção bipolar (BJT) sensível à luz onde a corrente de base é gerada por fótons incidentes em vez de uma conexão elétrica. Combina um fotodiodo (luz-para-corrente) com um transistor (ganho de corrente) em uma única estrutura.

Estrutura

• Junção Coletor-Base: Grande área, polarizada reversamente — o coletor de luz.
• Região da Base: Fina, levemente dopada — zona de absorção de fótons.
• Emissor: Fortemente dopado — injeta portadores majoritários.
• Sem Terminal de Base Externo (geralmente): 2 terminais (Coletor, Emissor) ou 3 terminais (base acessível para controle de polarização).

Sequência de Operação

1. Absorção de Fótons: Luz (λ compatível com bandgap) atinge a região de depleção base-coletor (ou base).
2. Geração de Pares Elétron-Buraco: Cada fóton com \(E > E_g\) cria um par e-h.
3. Separação pelo Campo Embutido: Campo de polarização reversa varre elétrons para o coletor, buracos para a base.
4. Corrente de Base (\(I_{ph}\)): Buracos acumulados na base constituem uma fotocorrente \(I_{ph} \propto \text{Intensidade Luminosa}\).
5. Ganho do Transistor: \(I_C = \beta \times I_{ph}\) (β = 100–1000+). Pequena corrente de luz → grande corrente de coletor.
6. Saída: \(I_C\) flui através de resistor de carga externo → tensão de saída \(V_{out} = V_{CC} - I_C R_L\).

Características Principais

• Resposta Espectral: Pico ~800–950 nm (Si). Controles remoto IR (940 nm) combinam bem.
• Responsividade: 0,1–1 A/W (× β vs. 0,5 A/W do fotodiodo).
• Velocidade: Mais lento que fotodiodos (capacitância da base × β). Typical \(t_r/t_f\): 2–10 µs. Não para comunicações de alta velocidade.
• Corrente de Escuro: Vazamento na ausência de luz; dobra a cada ~8–10°C.

Aplicações Típicas

• Receptores de Controle Remoto IR (38 kHz modulado — usa IC integrado de filtro/demod, não fototransistor bruto).
• Opto-interruptores (sensores de fenda): Objeto interrompe feixe → sinal lógico.
• Chaves ativadas por luz, controle de iluminação pública.
• Feedback isolado em fontes chaveadas (optocouplers usam saída fototransistor).
• Codificação de posição/velocidade (discos de encoder).

Fototransistor vs. Fotodiodo

Característica	Fototransistor	Fotodiodo (Fotovoltaico/Fotocondutivo)
Ganho	Alto (β)	Unidade (1)
Velocidade	Lenta (µs)	Rápida (ns)
Ruído	Maior (shot + térmico amplificados)	Menor
Linearidade	Moderada (β varia)	Excelente
Caso de Uso	Liga/Desliga, analógico baixa velocidade, isolamento	Medição de precisão, comunicações alta velocidade

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