phototransistor

Un phototransistor est un semi-conducteur qui agit à la fois comme détecteur de lumière et comme amplificateur dans un seul composant. Lorsque des photons frappent sa jonction, ils génèrent des paires électron-trou qui déclenchent un courant de base ; la structure du transistor amplifie ensuite ce courant par un facteur de 100 à 1000 ou plus. Ce gain intégré rend les phototransistors beaucoup plus sensibles que les photodiodes pour le même flux de photons, et plus utiles dans les applications de détection de faible luminosité.

Le dispositif est généralement un transistor bipolaire à jonction (BJT) dont la région de base est exposée ou très légèrement dopée. Dans l'obscurité, il a un courant de collecteur quasi nul. À mesure que l'intensité lumineuse augmente, le photocourant dans la base se multiplie grâce au gain en courant du transistor, produisant un courant de collecteur proportionnellement plus important. La réponse en longueur d'onde dépend du matériau semi-conducteur : les phototransistors au silicium atteignent leur pic autour de 800 à 950 nanomètres dans le proche infrarouge ; le germanium étend la réponse plus loin dans l'infrarouge mais avec un courant d'obscurité plus élevé et une vitesse plus faible.

Configurations courantes et limitations

Les phototransistors sont disponibles en boîtiers à deux bornes (émetteur et collecteur) ou à trois bornes (avec base accessible). La version à trois bornes permet un réglage manuel de la sensibilité via la polarisation de base, mais est moins courante en production. Le temps de réponse est généralement de 10 à 100 microsecondes selon la résistance de charge et le type de transistor ; c'est beaucoup plus lent qu'une photodiode seule, un réel inconvénient pour la commutation ou la modulation à grande vitesse. Le courant d'obscurité augmente fortement avec la température, ce qui rend la compensation de température nécessaire dans les circuits de précision.

Le compromis entre sensibilité et vitesse, associé à la non-linéarité à des niveaux de lumière élevés, limite l'utilisation aux tâches de détection de faible luminosité et à vitesse modérée. Les applications courantes incluent les récepteurs infrarouges à distance, les barrières de comptage d'objets et les capteurs de lumière ambiante dans l'électronique grand public. Pour les récepteurs à fibre optique à grande vitesse ou les travaux analogiques de précision, les ingénieurs choisissent souvent une photodiode associée à un amplificateur à transimpédance séparé, échangeant le nombre de composants contre de meilleures performances.