光敏三极管基础知识1.docx

光敏三极管基础知识一、 光敏三极管简介光敏三极管(Pho tot ransis tor )和普通三极管相似，也有电流(Current )放大作 用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制 通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿(Tempera ture compensation )和附加控制等作用二、 优越性当具有光敏特性的PN结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射 极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于 0倍的信号电流不同材料制成的光敏三极管具有 不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的 灵敏度三、 光敏晶体管半导体通过添加一部分微量元素会使其特性发生翻天覆地的变化 光敏晶体管就是一种重要 的衍生物视觉是人体最重要的感觉，因此，我觉得通过光来控制电路真是太精妙了，而光敏的二 极管三极管恰好就完成这个任务 因为光敏三极管由于还具有放大作用，因此应用比二极管更加广 泛光敏三极管用于测量光亮度，经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置四、 光敏三极管应用1. 测量光亮度在教室图书馆，很多时候日光灯白天也亮着，在宿舍里面，日光灯经常是昼夜不息，同学们对 这种浪费已经麻木不仁了。

有的同学早晨去教室，虽然教室很明亮但还要开灯，虽然一盏日光灯不 会浪费多少资源，但积少成多，浪费就是很大了因此，我们可以在教室安装一个控制电路，当亮 度达到一定程度的时候，使得教室里面和宿舍里面日光灯将无法启动 我们可以利用光敏三极管附加电磁继电器来完成这个电路采光点的选取是一个关键，因为并不是每一个教室的明亮程度都是 相同的，我们可以采用多点取样来达到这个要求例如在 20个教室中都安放光敏三极管，我们可以设置，如果他们全部或者大部分亮度都很高，那么，日光灯就无法正常启动 ，达到节约能源的目的还有一种情况，就是如果有一天天空布满了乌云，亮度不够，那么日光灯可以开启了但是不 久云开雾散，天气放晴，日光灯不会自动关闭同样造成很大浪费可以在采光点所在的教室外面 再安装一个采光点，当室内外强度的差值缩小到一定范围是，我们可以认为日光灯的作用可以忽略 了，日光灯就会自动关闭另外一种情况，如果教室外面正下雨，教室里面日光灯亮着，此时窗外一个闪电，使得外面很 亮，日光灯就关闭了，这会造成麻烦因此要避免这种问题方法就是在电路中安装计数器，使得 亮度差维持一定时间才可以使日光灯强制关闭综上所述，我们可以利用光敏三极管设计一个电路，使得日光灯无法正常启动或者被强制关闭从而达 到节约能源的目的。

当然，这种方法的可行性从现在看并不是很高，电路要改装费用可能很高都会影响实 施不过我认为的确可以通过光敏三极管的特性来得到节约的目的2•光电隔离光敏三极管的另一个作用是传输信号， 光耦合器(optical coupler，英文缩写为OC )亦称光电隔离器，简称光耦光耦合器以光为媒介传输电信号它对输入、输出电信号有良好的 隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一光耦 合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大输入的电信号驱动发光二极管( LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出这就完成了电—光一电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号 传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力 又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力所以，它在长线传输信息中作为终端隔离 元件可以大大提高信噪比在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件， 可以大大增加计算机工作的可靠性光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输 入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。

光耦合器是70年代发展起 来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡 器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、 仪器仪表、通信设备及微机接口中在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过 调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的3. 非接触测量转速转矩传感器在旋转轴上安装着60条齿缝的测速轮，在传感器外壳上安装的一只由发光二极管 及光敏三极管组成的槽型光电开关架,测速轮的每一个齿将发光二极管的光线遮挡住时，光敏三极 管就输出一个高电平，当光线通过齿缝射到光敏管的窗口时，光敏管就输出一个低电平，旋转轴每 转一圈就可得到60个脉冲，因此，每秒钟检测到的脉冲数恰好等于每分钟的转速值光敏三极管和普通三极管的结构相类似不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的 PN 结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏三极管实质上是一种相当于在基极和集 电极之间接有光敏二极管的普通三极管4. 触摸屏高密度红外线对射控制此类产品主要以发射和接收对射形成交叉网型，接收和发射的安装间距来控制产品的精密度，当手指 触摸到屏幕上，红外线由于被手指挡住后而中断，由此来输出信号控制产品的相关功能。

设计时一般采用 肪冲电流的变化来控制，由于脉冲功率可以使用较高电压工作，提高产品发射的功率，提高较强的穿透率， 达到较远的发射距离而在接收端，一般会选用灵敏度高，过滤可见光的产品来增加接收的距离及灵敏度 同时要考虑到安装的需要及角度大小对产品精准度的要求来选择合适的产品使用上按触摸屏的尺寸大小要求，安装不同规格和数量的接收、发射对管，再通过脉冲电流的大小配 合线路的处理来决定屏的精准度，因产品对射的精准度，发射功率，接收距离要求都是越高越好！在选材 时结合成本因素和产品的实际需求来选择合适的型号市面上常用的为F3mm, 5mm小角度接收发射，也 有一些用大角度的扁平墓碑型的产品五、光敏三极管的原理光敏三极管一般在基极开放状态使用(外部导线有两条线的情形比较多)，而将电压施加至射极、集极之 两个端子，以便将逆偏压施至集极接合部在此状态下，光线入射于基极之表面时，受到反偏压之基极、集电 极间即有光电流(I久流过，发射极接地之晶体管的情形也一样，电流以晶体管之电流放大率(hfe )被放大而成为流至外部端子之光电流(IC)，参照图2所示纟射極IcsUhFE六、光敏二极管的在电路中的使用光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。

七、光敏二极管、三极管光电转换原理根据 PN 结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态此时，如果无光 照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗 电流当有光照射 PN 结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过 PN 结的电 流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光 敏二极管的不同区域被吸收形成光电流被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域， 因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面，就会在结电场作用下，被拉向 N 区，形成部 分光电流；彼长较长的红光，将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子 也会在结电场作用下，分别到达N区和P区，形成光电流波长更长的红外光，将透过P型层和耗尽层， 直接被N区吸收在N区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用 下被拉向P区，形成光电流因此，光照射时，流过PN结的光电流应是三部分光电流之和八、 光敏三极管与普通三极管的区别光敏三极管和普通三极管的结构相类似。

不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感 光面，一般用集电结作为受光结当人射光子在基区及集电区被吸收而产生电子一空穴对时，便形成光生电压由此产生的光生电流由基 极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了0倍的信号电流因此，光敏三极管是一种相当干将 基极、集电极光敏二极管的电流加以放大的普通晶体管放大九、 光敏三极管与光敏二极管的区别1. 光电流（亮电流）光敏二极管的光电流一般只有几个微安到几百微安 光敏三极管的光电流一般都在几毫安以上至少也在几百微安2. 暗电流光敏二极管与光敏三极管的暗电流相差不大，而且一般都不会超过luA,大多在0.51UA以下3. 响应时间光敏二极管的响应时间一般都在百纳秒以下PN结和雪崩型的响应时间还要小光敏三极管的响应时间却长达5-10微秒，复合型光敏三极管的响应时间还要长，因此在调制光信号 和光脉冲时工作的光敏三极管要慎重选择4. 输出特性光敏二极管在很宽的入射光照度范围内，都具有线性的光电流 光敏三极管的输出线性度却较差，且在低照度时灵敏度低，而在高照度中光电流又有饱和趋势，只 在照度适中时有一个线性区不同光敏三极管的光电流特性的线性区范围不同，即使是同类型的管子的特 性也有差异。

但光敏二极则不然，一般都有很好的线性特性十、光敏三极管的光电特性光敏三极管的光电特性反映了当外加电压恒定时，光电流几与光照度之间的关系图给出了光敏三 极管的光电特性曲线光敏三极管的光电特性曲线的线性度不如光敏二极管好，且在弱光时光电流增加较慢一、光敏二极管与光敏三极管的使用注意事项1.工作电性参数 光敏二极管与光敏三极管与其它一般半导体器件一样，都不能超过其工作时的最大值如：电压、集 电极电流和最在充许功耗2. 光谱响应范围所选光敏管的光谱响应范围必须与入射光的光谱范围特性匹配例如：硅光敏三极管的光谱响应范围为04-l.lnM，因此选用GaAS红外发光二极管或白炽灯、太阳光作光源 比较合适，但不宜用荧光灯3. 安装注意事项 安装时必须使入射光路与管子受光面垂直，以获得最佳响应特性；此外还应避免管子受外界散光 的干扰，特别是当被接收光信号是恒定光源时4. 入射光源选取 入射光源强度必须适当，过弱的光可能会被噪声淹没；过强的光，则可能会因吸收光源的辐射热，而使管子受光面温度上升，从而影响工作稳定5. 使用环境温度 使用用环境温度不能能过高如果使用环境温度低，可以选用砷化铟、锑化铟等光敏电阻。

6. 管型选择必须正确选择管型通常光敏三极管的使用电路在形上可以和光敏二极管应用电路完全相同，但 是由于两元件存在许多的差别，所以其应用电路差别很大此外在选择管型时，还应考虑其它因素：A、 如果要求灵敏高，则应考虑光敏三极管，而且优先选用复合型B、 如果求做出的探测器噪声低、温底变化影响小，则应选用光敏二极管C、 探测弱光时一定要选用暗电流小的管子，一般探测10 - 3LUX弱光必须选用暗电流小于O.OlnA 的管子实际上暗电流小于O.lnA的光敏三极管只要照度行性好，有较高的灵敏度也可以用于探测10 - 3LUX 光源暗电流为O.lnA的光敏二极管和暗电流为10nA的光敏三极管、只能用于大于10 - 1nA0。