Unterschied Fotodioden und Fototransistoren

[OliverG]

Hallo,

ich habe mal eine Frage:

Ich verstehe nicht so ganz den Unterschied zwischen einer Fotodiode und einem Fototransistor.

Vielleicht verstehe ich auch die Funktionsweise nicht richtig:

Bei einer Fotodiode werden durch Lichteinfall auf die Sperrschicht Elektronen und Löcher erzeugt. Hierdurch kommt es dann zu einem Stromfluss von der p-Schicht zur n-Schicht.

Ein Fototransistor ist ja im Grunde ein "normaler" Fototransistor, bei dem der Basis-Anschluss (in der Regel) durch Licht ersetzt wird. Licht im quassi der Basis-Anschluss und steuert den Fototransistor.
Bei Lichteinfall findet dann zwischen dem Kollektor-Anschluss und dem Emitter-Anschluss ein Stromfluss statt. Also fließt ein Strom von der n-Schicht über die p-Schicht. Dadurch wird die zweite n-Schicht leitet und es fließt eine Strom zum Plus-Pol.

Wo liegt dann hier der Unterschied?

In beiden Bauteilen "schaltet" Licht die "Leitung" zwischen n- und p-Schichten, so dass ein Strom fließen kann. Da im "lichtlosen" Zustand die Schichten sperren. Bei der Fotodiode wird diese ja in Sperr-Richtigung betrieben und beim Fototransistor sperren sich die n- und p-Schichten sich erst mal gegenseitig.

Kann mir jemand den Unterschied erklären?

Ciao Oliver

[anders]

Bei Lichteinfall findet dann zwischen dem Kollektor-Anschluss und dem Emitter-Anschluss ein Stromfluss statt.

Nicht ganz so schnell!
Durch die Belichtung bilden sich in der Kollektorsperrschicht Ladungsträger, die dann einen Basisstrom bewirken und dieser wiederum wird um den Stromverstärkungsfaktor des Transistors verstärkt.

Das Resultat ist eine wesentlich höhere Empfindlichkeit als bei der Photodiode, aber auch schlechtere Linearität und langsameres Ansprechverhalten.

[OliverG]

Sorry, ich habe den Vorgang wohl etwas zu stark zusammengefasst.

Das der Fototransistor eine höhere Empfindlichkeit hat, dafür aber langsamer im Ansprechnen und nicht so linear ist, leuchtet mir ja ein.

Aber für mich war ein Transistor bisher immer eher ein Schalter, mit dem ich mit einem kleinen Basis-Strom einen Storm schalten kann. Das der Transistor den Basis-Strom durch den Kollektor-Strom verstärkt, ist mir klar.

Aber mit beiden Bauteilen kann ich doch mit Licht einen Strom "steuern". Je mehr Licht einfällt, um so mehr Strom fließt. Und dies in beiden Bauteilen dadurch, dass durch LIcht Ladungsträger in der Sperrschicht gebildet werden.

Ist dann, bis auf die Eigenschaften bezüglich Empfindlichkeit, Ansprechverhalten und das lineare Verhalten (was schon große Unterscheidungs-Punkte sind, dass der Strom bei der Fotodiode max. der Strom ist, der von der Stromquelle geliefert werden kann und auch fließen würde, wenn hier eine direkte Verbindung bestehen würde? Und bei Fotoransistor der Strom max. der Stromquellen-Strom plus der Basis-Strom ist?

Ciao Oliver

[anders]

mit beiden Bauteilen kann ich doch mit Licht einen Strom "steuern". Je mehr Licht einfällt, um so mehr Strom fließt. Und dies in beiden Bauteilen dadurch, dass durch LIcht Ladungsträger in der Sperrschicht gebildet werden

Korrekt.

Ist dann, bis auf die Eigenschaften bezüglich Empfindlichkeit, Ansprechverhalten und das lineare Verhalten (was schon große Unterscheidungs-Punkte sind, dass der Strom bei der Fotodiode max. der Strom ist, der von der Stromquelle geliefert werden kann und auch fließen würde, wenn hier eine direkte Verbindung bestehen würde?

Dieser Satz kein Verb.
...und deshalb verstehe ich ihn nicht.

Und bei Fotoransistor der Strom max. der Stromquellen-Strom plus der Basis-Strom ist?

Das Ersatzschaltbild eines Fototransistors ist ein gewöhnlicher npn-Transistor, zu dessen Kollektor-Basis-Strecke eine Photodiode parallelgeschaltet ist.

Technisch verwendete Photodioden sind meist sehr spezialisiert:
-Allseits bekannt sind ja die Fotovoltaik-Anwendungen, bei denen grosse bis riesige Fotodioden zur Energiegewinnung eingesetzt werden.
Logischerweise wird hier normalerweise überhaupt keine Sperrspannung angelegt.
Allerdings kann das passieren, wenn bei einer Reihenschaltung zur Erzielung höherer Spannung ein Element abgeschattet wird.
Damit dann nicht die Spannung der ganzen Anlage zusammenbricht oder das Modul durch die Sperrspannung beschädigt wird, schaltet man oft noch gruppenweise gewöhnliche Siliziumdioden parallel, die dann den Rückstrom aufnehmen aber normalerweise sperren.
Diese Fotodioden werden hauptsächlich auf maximale Wattzahl/Euro optimiert.
Sperrschichtkapazität und Zeitverhalten interessiert hier nicht.

- Der Bildaufnehmer einer jeden Digitalkamera besteht aus Millionen von Fotodioden.

- Wenn man zwischen p- und n- Schicht noch eine i-Schicht einbaut, wird die Diode dicker und es steigt die Chance, dass ein Photon auch Ladungsträger erzeugt.
Ausserdem sinkt dabei die Sperrschichtkapazität, was der Geschwindigkeit zugute kommt.
Derartige pin-Dioden bilden den Grossteil der verwendeten Fotodioden und sind bis zu etlichen MHz einsetzbar.

- Manche Fotodioden, im Prinzip sind das auch pin-Dioden, sind so dotiert, dass ein einzelnes Photon eine Ladungsträgerlawine auslöst, wenn sie mit sehr hohen Sperrspannungen, knapp unterhalb der Durchbruchsspannung, betrieben werden.
Durch diese innere Verstärkung sind diese APDs (Avalanche Photo Detector) hochempfindliche Detektoren, mit denen man sogar Photonen zählen kann.
Ausserdem sind sie sehr schnell und bis zu einigen hundert MHz verwendbar.

- Als Empfänger in Glasfaserverbindungen können sie mit vielen GHZ moduliertes Licht detektieren. Wegen der Wellenlänge um 1500nm werden dort dann auch andere Materialien als Silizium verwendet.

Das sind nur einige der Anwendungen, für die es spezialisierte Fotodioden gibt.
Verglichen damit ist der Fototransistor -auch preislich- ein armer Verwandter.
Da viele der Optimierungen nicht mit der Transistorfunktion kompatibel sind, muss man beim Fototransistor Kompromisse eingehen. Er ist in vielen Punkten nicht wirklich gut, aber auch nicht ganz schlecht.
In Lichtschranken z.B. schlägt er sich ganz wacker und liefert ein ordentliches Ausgangssignal, aber schon für die 36 kHz einer IR-Fernbedienung nimmt man besser eine Fotodiode.

[OliverG]

Hallo,

kann man dann grob sagen:

Fotodiode benutzt man dann, wenn es genau sein soll und schnell. Z.b. wenn das Licht selbst gemessen werden soll.
Fototransistor benutzt man dann, wenn es nur darum geht, ob Licht an oder aus. Z.b. wenn nur etwas geschaltet werden soll und es hier nicht darauf ankommt, ob alles oder nur ein Teil vom Licht ankommt, z.b. Lichtschranke. Denn hier zählt ja nur das Ereignis, ob der Lichtstrahl unterbrochen oder ununterbrochen ist.

Ciao

Oliver

[anders]

So könnte man das zusammenfassen.