光敏三极管应用电路

二、菲涅尔透镜 使用热释电信息转换器件时， 使用热释电信息转换器件时，一般前面 需安装菲涅尔透镜， 需安装菲涅尔透镜，外来移动的辐射能 量通过菲涅尔透镜断续的聚光于热释电 使热释电输出相应的电信号。同时， 上，使热释电输出相应的电信号。同时， 菲涅尔透镜也能增加热释电的探测距离。 菲涅尔透镜也能增加热释电的探测距离。 每个透镜都有一个不大的视场，而相邻两个透镜的视场不连续， 每个透镜都有一个不大的视场，而相邻两个透镜的视场不连续，也 不重叠，彼此相隔一个微小的盲区。 不重叠，彼此相隔一个微小的盲区。一种典型的菲涅尔透镜外形如 图所示。 图所示。 视场角度范围如图所示。 视场角度范围如图所示。当辐射物在菲涅尔透镜的视场范围内运动 依次地进入某一单元透镜的视场，又离开这一视场， 时，依次地进入某一单元透镜的视场，又离开这一视场，热释电对 运动的辐射一会儿敏感，一会儿又不敏感，这样不断重复， 运动的辐射一会儿敏感，一会儿又不敏感，这样不断重复，于是运 动的辐射不断的改变热释电表面的温度， 动的辐射不断的改变热释电表面的温度，热释电输出一个又一个对 应的信号。不加菲涅尔透镜时，热释电的探测距离为2米左右， 应的信号。不加菲涅尔透镜时，热释电的探测距离为2米左右，加 上菲涅尔透镜后，探测距离可达10米以上。 10米以上 上菲涅尔透镜后，探测距离可达10米以上。
I c = βI Φ
β为三极管的电流放大极管的电流放大作用可从图(c)说明， 光敏三极管的电流放大作用可从图(c)说明，它与普通三极管在偏 (c)说明 流电路中接一个光敏三极管的作用是完全相同的， 流电路中接一个光敏三极管的作用是完全相同的，只是用由 I b 替代了 I Φ 。 光敏三极管的灵敏度比光敏二极管高，是光敏二极管的数十倍， 光敏三极管的灵敏度比光敏二极管高， 是光敏二极管的数十倍 ， 故输出电流要比光敏二极管大得多，一般为毫安级 毫安级。 故输出电流要比光敏二极管大得多 ， 一般为 毫安级 。但其他特性 不如光敏二极管好，在较强的光照下， 不如光敏二极管好， 在较强的光照下， 光电流与照度不成线性关 频率特性和温度特性也变差， 系 。 频率特性和温度特性也变差 ， 故光敏三极管多用作光电开关 或光电逻辑元件。 或光电逻辑元件。 光敏三极管的输出电路如图(a)所示， 光敏三极管的输出电路如图(a)所示，基本上与光敏二极管输出 (a)所示 电路相同，输出电压的计算也同光敏二极管相同，只是灵敏度S 电路相同，输出电压的计算也同光敏二极管相同，只是灵敏度S 要比光敏二极管的灵敏度大些。 要比光敏二极管的灵敏度大些。 注意，光敏三极管的输出脚同光敏二极管相同， 注意，光敏三极管的输出脚同光敏二极管相同，是二只而不 是三只。 是三只。

结构、负载、时间常数等有关
大的信号电流－－b/c结大－－电容大－－ 频率响应降低
用上升时间和下降时间表示
高增益＋低输入阻抗的运算放大器，提高频 率响应和信号输出
温度特性
小信号时，温度升高，反向电流增 大，性能下降。
图2-57
光谱响应
由禁带宽度、几何工艺、制作工艺 决定
图2-58
特性参数和选用
注意：测试条件、型号
参数： 暗电流、光电流、电流放大 系 数、光调制截止频率、光谱峰 值波长、击穿电压、热阻、耗散功 率、集电极最大电流、灵敏度、光 谱响应范围、响应时间、使用温度、 结电容、最大使用功率、用途
性能比较和应用选择 接受光信号的方式
存在与否 按一定的频率交替变化 幅度大小 色度差异
光谱响应宽：PMT（偏紫外）和光敏电阻 （CdSe）（偏红外）
应用选择
要求：光电器件与被测信号、光学系统、 电子线路在特性和工作参数上匹配
选择要点： 1.与辐射信号源和光学系统在光谱特性上匹配。 2.光电转换特性与入射辐射能量匹配。
3.与光谱的调制形式、信号频率和波形匹配， 保证频率不失真的波形输出和良好的时间 响应。
预习
热电偶和热电堆原理与参数； 热敏电阻的原理与参数； 热释电探测器件的原理和参数。
性能比较
频率响应和时间响应：PMT和光电二极管 光电特性： PMT、光电二极管和光电池 灵敏度：PMT、雪崩光电二极管、光敏电
阻、光电三极管
输出电流大：大面积光电池、雪崩光电二 极管、光敏电阻、光电三极管
外加电压低：光电二、三极管，光电池无 外加电压
暗电流小：PMT、光电二极管
长期工作稳定性：光电二极管、光电池、 PMT和光电三极管
4.与输入电路在电特性上匹配，以保证有足够 大的转换系数、线性范围、信噪比、快速 的动态响应

光敏二极管和光敏三极管简介及应用光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优。

一、光敏二极管1．结构特点与符号光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线性半导体器件，但在结构上有其特殊的地方。

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。

2. 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。

二、光敏三极管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，光敏二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二极管。

其结构及符号如图Z0130所示。

三、光敏二极管的两种工作状态光敏二极管又称光电二极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。

硅
硅的峰值波长为 900nm，锗的峰值波长为 锗 1500nm 。由于锗管的暗 电流比硅管大，因此锗管 的性能较差。故在可见光 或探测赤热状态物体时， 一般选用硅管；但对红外 入射光 线进行探测时,则采用锗管 16000 较合适。 λ/nm
光电三极管的主要特性——伏安特性
光电三极管的伏安特性曲线如图所示。光电三极管在不同 的照度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的 输出特性一样。因此，只要将入射光照在发射极 e与基极b之间 的PN结附近，所产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极 管看作一般的晶体管。光电三极管能把光信号变成电信号，而 且输出的电信号较大。
I/mA
6 4 2
2500lx 2000lx 1500lx
1000lx
500lx
伏安特性
0
20 40
U/V
60
80
光电三极管的主要特性——光照特性
光电三极管的光照特性如图所示。它给出了光敏三极管的 输出电流 I 和照度之间的关系。它们之间呈现了近似线性关系。 当光照足够大(几klx)时，会出现饱和现象，从而使光电三极管 既可作线性转换元件，也可作开关元件。
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)，为便于了解 起见，请参照左图所示。
光电二极管的工作原理
为了提高光电三极管的频率响应、增益和减小 体积。将光电二极管、三极管制作在一个硅片上构 成集成器件。
达林顿 光电三极管
光电三极管的主要特性——光谱特性
光电三极管的应用
1．亮通光电控制电路 当有光线照射于 光电器件上时，使继 电器有足够的电流而
动作，这种电路称为
亮通光电控制电路， 也叫明通控制电路。 最简单的亮通电路如 图所示。

光耦开关在电子设备中的应用1. 应用背景光耦开关是一种能够实现电气信号与光信号之间转换的器件。

它由发光二极管（LED）和光敏三极管（光敏电阻）组成，通过控制LED的亮灭状态来实现对输出电路的开关控制。

由于光耦开关具有隔离电路的作用，能够有效地解决电路之间的电气隔离问题，因此在电子设备中得到了广泛的应用。

2. 应用过程光耦开关的典型应用电路如下图所示：该电路由光耦开关、负载电阻、输入电压源和输出负载组成。

当输入电压源施加在光耦开关的输入端时，如果输入电压大于光耦开关的触发电压，LED会被点亮，产生光信号。

光信号被光敏电阻接收后，会引起电阻值的变化，从而改变输出电路的电流或电压。

光耦开关的典型应用场景包括： 1. 电气隔离：光耦开关能够实现输入电路与输出电路之间的电气隔离，避免输入信号对输出电路产生干扰或损坏。

2. 开关控制：光耦开关可以作为一个开关，用来控制输出电路的开关状态。

当输入信号满足一定条件时，光耦开关会将输出电路连接或断开。

3. 信号传输：光耦开关可以将输入信号转换为光信号进行传输，光信号具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，适用于长距离信号传输场景。

3. 应用效果光耦开关在电子设备中的应用具有以下效果： 1. 电气隔离效果：光耦开关能够实现输入信号与输出信号之间的电气隔离，有效地避免了输入信号对输出电路的干扰，提高了电子设备的稳定性和可靠性。

2. 信号传输效果：光耦开关将输入信号转换为光信号进行传输，光信号具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，可以有效地解决长距离信号传输的问题。

3. 开关控制效果：光耦开关可以作为一个开关，用来控制输出电路的开关状态。

通过控制输入信号的变化，可以实现对输出电路的精确控制。

4. 光耦开关的其他应用除了上述典型应用场景外，光耦开关还可以在以下方面得到应用： 1. 电源控制：光耦开关可以用来控制电源的开关，实现对电源的远程控制和管理，提高电源的效率和可靠性。

光敏三极管经典电路
光敏三极管是一种常用于光电传感器中的元件，其内部结构与普通三极管类似，但其基区和集电区之间存在一层光敏材料，使其可以对光线的变化做出响应。

光敏三极管经典电路是指将光敏三极管与其他元件组合起来，用于测量光线的强度或检测光线的存在。

其中最常见的电路是基本放大电路和比较电路。

基本放大电路使用光敏三极管作为信号源，将其连接到一个共射极放大器中，通过调节电路的增益和偏置来达到期望的电压输出。

这种电路通常用于光电传感器和光电开关中，可以精确地测量光线的强度并作出响应。

比较电路则是将两个光敏三极管连接到一个比较器中，通过比较两个光敏三极管的电压信号来检测光线的存在与否。

这种电路常用于光电门和自动光控制系统中，可以实现对光线的自动检测和控制。

光敏三极管经典电路具有结构简单、响应速度快、稳定可靠等优点，在光电传感器、自动控制、光学通信等领域得到广泛应用。

- 1 -。

光电阻、光敏二极管和光敏三极管是电子领域中常见的光敏元件，它们在光控制电路中起着重要的作用。

光电阻又称光敏电阻，是一种导电材料，它的电阻值随光强度的变化而变化。

光敏二极管和光敏三极管则是半导体器件，它们能够将光信号转换成电信号。

在本文中，我们将一起来探讨这三种光敏元件的电路符号及其应用。

1. 光电阻的电路符号是一个类似变阻器的图案，但在其中还有一个箭头指向光敏元件，表示这是一个受光控制的电阻元件。

光电阻常用于光敏电路中，如光控开关、光敏控制器等。

当光照强度增加时，光电阻的电阻值减小；当光照强度减小时，光电阻的电阻值增加。

这种特性使得光电阻在光控制电路中具有很大的应用空间。

2. 光敏二极管的电路符号类似于普通二极管，但在箭头处有一个光线的符号，表示这是一个受光控制的二极管。

光敏二极管是一种能够将光信号转换成电信号的器件，它的工作原理是基于内部光电效应。

当有光照射到光敏二极管时，它的导通电阻会明显减小，从而使得电路中的电流增大。

光敏二极管常用于光电传感器、光电开关等领域。

3. 光敏三极管的电路符号也类似于普通三极管，但在箭头处同样有一个光线的符号，表示这是一种受光控制的三极管。

光敏三极管也是一种能够将光信号转换成电信号的器件，它具有较高的光敏度和响应速度。

在实际电路中，光敏三极管常用于光电开关、光电传感器、光控制器等领域。

在实际应用中，光电阻、光敏二极管和光敏三极管常常需要与其他元件配合使用，以构成完整的光控制电路。

可以将光敏元件与运算放大器、比较器等元件结合起来，实现光控制电路对环境光强度的监测和控制。

光敏元件还可以与单片机或其他数字电路相连，实现数字化的光控制功能。

总结回顾：通过本文的介绍，我们了解了光电阻、光敏二极管和光敏三极管的电路符号及其应用。

在现代电子技术中，光敏元件在光控制领域有着广泛的应用，它们为光控制电路的设计和实现提供了重要的支持。

希望本文能够帮助您更全面、深刻和灵活地理解光敏元件及其在电子领域中的作用。

实验三光电三极管特性测试及其变换电路实验目的、学习掌握光电三极管的工作原理2、学习掌握光电三杨管的基本特性掌掘光电三极管特性测试的方法4、了解光电三极管的基本应用二、实验内容1、光电三极管光电流测试实验2、光电三极管伏安特性测试实验3、光电三极管光电特性测试实验4、光电三极管时间特性测试实验5、光电三极管光谱特性测试实验三、实验仪器1、光电器件和光电技术综合设计平台1台2、光源驱动模块1个3、负载模块1个1、光通路组件1套5、光电三极管及封装组件1套6、2#迭插头对(红色，50cm) 10根7、2#迭插头对(黑色，50cm) 10根8、示波器1台四、实验原理光电三极管与光电二极管的工作原理基本相同，工作原理都是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体PN结上，PN结参与了光电转换过程。

光敏三极管有两个PN结，因而可以获得电流增益，它比光敏二极管具有更高的灵敏度。

其结构如图3-1 (a)所示。

当光敏三极管按图3-1 (b) 所示的电路连接时，它的集电结反向偏置，发射结正向偏置，无光照时仅有很小的穿透电流流过，当光线通过透明窗口照射集电结时，和光敏二极管的情况相似，将使流过集电结的反向电流增大，这就造成基区中正电荷的空穴的积累，发射区中的多数载流子(电子)将大量注人基区，由于基区很薄，只有一小部分从发射区注入的电子与基区的空穴复合，而大部分电子将穿过基区流向与电源正极相接的集电极，形成集电极电流。

这个过程与普通三极管的电流放大作用相似，它使集电极电流是原始光电流的(1+B )倍。

这样集电极电流将随入射光照度的改变而更加明显地变化。

在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用了晶体三极管的电流放大作用，用Ge 或Si单晶体制造NPN或PNP型光敏三极管。

其结构使用电路及等效电路如图4所示。

光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个-般晶体管基极和集电极并联:集电极基极产生的电流，输入到三极管的基极再放大。

三极管放大时管子内部的工作原理1、发射区向基区发射电子电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。

同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。

2、基区中电子的扩散与复合电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。

也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。

3、集电区收集电子由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。

另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。

硅光电三极管是用N型硅单晶做成N—P—N结构的。

管芯基区面积做得较大，发射区面积却做得较小，入射光线主要被基区吸收。

与光电二极管一样，入射光在基区中激发出电子与空穴。

在基区漂移场的作用下，电子被拉向集电区，而空穴被积聚在靠近发射区的一边。

由于空穴的积累而引起发射区势垒的降低，其结果相当于在发射区两端加上一个正向电压，从而引起了倍率为β+1(相当于三极管共发射极电路中的电流增益)的电子注入，这就是硅光电三极管的工作原理。

光敏三极管(光电三极管)基础知识什么叫光敏三极管以接受光的信号而将其变换为电气信号为目的而制成之晶体管称为光敏三极管,也叫光电三极管,英文名是Photo Transister。

光敏三极管的原理及作用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。

红外线光电传感器 OPTO INTERRUPTER
透射式光电传感器是将砷化镓红外发光管和硅光敏三极管等，以相对的方向装在中间带槽的支架上。当槽内无物体时，砷化镓发光管发出的光直接照在硅光敏三极管的窗口上，从而产生一定大的电流输出，当有物体经过槽内时则挡住光线，光敏管无输出，以此可识别物体的有无。适用于光电控制、光电计量等电路中，可检测物体的有无、运动方向、转速等方面。
目前的光电三极管是采用硅材料制作而成的。这是由于硅元件较锗元件有小得多的暗电流和较小的温度系数。硅光电三极管是用N型硅单晶做成N—P—N结构的。管芯基区面积做得较大，发射区面积却做得较小，入射光线主要被基区吸收。与光电二极管一样，入射光在基区中激发出电子与空穴。在基区漂移场的作用下，电子被拉向集电区，而空穴被积聚在靠近发射区的一边。由于空穴的积累而引起发射区势垒的降低，其结果相当于在发射区两端加上一个正向电压，从而引起了倍率为β+1(相当于三极管共发射极电路中的电流增益)的电子注入，这就是硅光电三极管的工作原理。
常见的硅光电三极管有金属壳封装的，也有环氧平头式的，还有微型的。怎样识别其管脚呢?
对于金属壳封装的，金属下面有一个凸块，与凸块最近的那只脚为发射极e。如果该管仅有两只脚，那么剩下的那条脚则是光电三极管的集电极c；假若该管有三只脚，那么与e脚最近的则是基极b，离e脚远者则是集电极c。对环氧平头式、微型光电三极管的管脚识别方法是这样的：由于这两种管子的两只脚不一样，所以识别最容易——长脚为发射极e，短脚为集电极C 。
光电IC
光电IC是把受光元件和信号处理电路集成在一个芯片中的器件。有的检出入射光的有无而以“L”和“H”二值输出数字信号，也有的输出与入射光量成比例的模拟信号。广泛应用于光量测定、检测可视信息和位置信息的传感器及光通信接收器等方面光电集成电路传感器爱外界杂散光的影响小,即使在移动环镜下也可以稳定工作,因此十分适合打印机、复印机等办公设备使用。其中PDIC集成了内置放大器，用于激光探测器中，具有很小的噪声，适用于CD/VCD/DVD光头。复位芯片具有电压比较机能，用以CPU的复位，在复位电路设计上具有卓越的性价比。

光敏三极管的特性研究一、光照特性二、伏安特性三、光谱响应特性◆实验目的掌握光敏三极管的结构、原理及光照特性、伏安特性和光响应特性◆实验仪器用具CSY-2000G主机箱、发光二极管、滤色片、光电器件实模板、光敏三极管、光照度探头；◆实验原理在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用晶体三管的电流放大效应制造光敏三极管，光敏三极管可以等效一个光电二极管与一个晶体管基极集电极并联。

实验原理图等效电路图◆光敏三极管的光照特性就是当光敏三极管的测量电压为+5V时，光敏三极管的光电流随着光照强度的变化而变化，即调节照度，测量对应的电流◆实验数据照度04080120160200LX00.110.220.390.56 1.11电流mA光照特性曲线图◆实验结论◆由图可以看出，光敏三极管的光照特性曲线不是严格线性的，其流过三极管的电流随着照度的增加而增大，且增大的速率也越来越快。

◆光敏三极管的伏安特性就是在一定的光照强度下，光电流随外加电压的变化而变化，即当照度一定时，调节电压，测量电流大小◆实验数据电压U1.32345照度（ＬＸ）100电流mA0.270.280.280.290.29200电流mA0.870.880.900.910.92◆100Lx 光电三极管伏安特性曲线图◆200Lx光电三极管伏安特性曲线图◆光电三极管伏安特性曲线图◆实验结论：随照度增加，光敏三极管的伏安特性曲线逐渐变密，且电压对光电流的影响没有照度那么大◆光电三极管的光谱响应特性◆光敏三极管对不同波长的光的接收灵敏度不一样，它有一个峰值响应波长，当入射光的波长大于响应波长时，相对灵敏度就会下降，光子能量太小，不足以激发电子空穴对，当入射光的波长小于波长时，相对灵敏度也会下降，由于光子在半导体表面附近就被吸收◆光谱响应特性：光敏三极管的灵敏度与辐射波长的关系，即当照度一定时，测量不同波长的光对光电流的影响◆实验数据波长nm400480530570610660照度（LX 10电流mA00.020.010.010.020.03 50电流00.130.080.090.110.18光敏三极管光谱响应特性曲线图实验结论：照度越大，光敏三极管对波长的灵敏度就越明显谢谢观赏Company Logo。

4. 烟雾报警器电路
烟雾报警器
光敏三极管是烟雾报警器中的光传感器。它是利用起火时产生的烟雾能 够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。根据烟粒子对光线的吸收和散 射作用。光电感烟探测器又分为遮光型和散光型两种。
下图为遮光型报警器。平时发光二极管发出的光被不透明挡板挡住，当 有烟雾时，烟雾对光有散射作用，光电三极管接收到散射光，电阻变小，使 报警电路工作。
4. 烟雾报警器电路
烟雾报警器
散光型烟雾报警器：在烟雾报警器内部有一道 光和传感器，二者成90度角放置，如下所示：
在正常情况下，左侧的光源发出 的光会直接射出，不经过传感器。但是 当有烟雾进入腔体时，烟雾微粒会使光 线散开，一部分光会射到传感器，然后 传感器会启动烟雾报警器中的喇叭。
4. 烟雾报警器电路
课程内容 Course Contents
1 . 光控开关电路 2. 光控语音报警电路 3. 红外检测器电路 4. 烟雾报警器电路
1. 光控开关电路
当光敏三极管3DU5上有光照射时，它被导通，从而使继 电器K通电工作。当光敏三极管3DU5上无光照射时，电路 被断开，3 DK7 、3 DK9 均不工作，也无电流输出，继电器 不动作。因此通过有无光照射到光敏管3 DU5 上即可控制 继电器的工作状态，从而控制与继电器连接的工作电路。
无烟雾时，红外发光二极管VD1 发光并被光敏三极管VT1 接收，其内阻减小， 最终使得VT2 导通，VT3 截止，报警器不工作。
的光通量减小，内 阻增大，最终使得VT2截止，VT3导通，报警器工作。
THANK YOU
3. 红外检测器电路
当红外遥控发射装置发出的红外光照射到光 敏三极管VT1 时，其内阻减小，驱动VT2导通， 使发光二极管VD1 随着人射光的节奏被点亮。 由于发光二极管VD1 的亮度取决于照射到光 敏三极管VT1 的红外光的强度，因此根据发光 二极管VD1 的发光亮度，可以估计出红外发 射装置上的电池是否还可以继续使用。

光敏三极管的应用
Application of phototransistors
课程内容 Course Contents
1. 光控开关电路 2. 光控语音报警电路 3. 红外检测器电路 4. 烟雾报三极管3DU5上有光照射时，它被导通，从而使继 电器K通电工作。当光敏三极管3DU5上无光照射时，电路 被断开，3DK7、3DK9均不工作，也无电流输出，继电器 不动作。因此通过有无光照射到光敏管3DU5上即可控制 继电器的工作状态，从而控制与继电器连接的工作电路。
无烟雾时，红外发光二极管VD1发光并被光敏三极管VT1接收，其内阻减小， 最终使得VT2导通，VT3截止，报警器不工作。 有烟雾时，空气透光性变差，此时光敏三极管VT1接收到的光通量减小，内 阻增大，最终使得VT2截止，VT3导通，报警器工作。
THANK YOU
3. 红外检测器电路
当红外遥控发射装置发出的红外光照射到光
敏三极管VT1时，其内阻减小，驱动VT2导通，
使发光二极管VD1随着人射光的节奏被点亮。 由于发光二极管VD1的亮度取决于照射到光敏
三极管VT1的红外光的强度，因此根据发光二
极管VD1的发光亮度，可以估计出红外发射装 置上的电池是否还可以继续使用。
4. 烟雾报警器电路
烟雾报警器
光敏三极管是烟雾报警器中的光传感器。它是利用起火时产生的烟雾能 够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。根据烟粒子对光线的吸收和散 射作用。光电感烟探测器又分为遮光型和散光型两种。 下图为遮光型报警器。平时发光二极管发出的光被不透明挡板挡住，当 有烟雾时，烟雾对光有散射作用，光电三极管接收到散射光，电阻变小，使 报警电路工作。
4. 烟雾报警器电路
烟雾报警器
散光型烟雾报警器：在烟雾报警器内部有一道 光和传感器，二者成90度角放置，如下所示： 在正常情况下，左侧的光源发出 的光会直接射出，不经过传感器。但是 当有烟雾进入腔体时，烟雾微粒会使光 线散开，一部分光会射到传感器，然后 传感器会启动烟雾报警器中的喇叭。

《传感器与检测技术》教案项目七光电式传感器的应用一、教学目标1.了解光电效应。

2.了解各类光电元件。

3.掌握各类光电式传感器的工作原理。

4.掌握光电式传感器测量转速的方法。

二、课时分配本项目共2个任务，本项目安排4课时。

其中理论课时2课时，实践课时2课时。

三、教学重点通过本项目的学习，让学生理解能正确识别各类光电式传感器能根据任务要求，正确安装光电式传感器，正确完成光电式传感器测量转速的电路接线，正确测量转速并且读数正确。

的相关知识。

通过本项目的学习，新旧知识得以重新整合，使学生对传感器的认识更完整，更清晰。

四、教学难点1.能识别各类光电式传感器。

2.能根据任务要求，正确安装光电式传感器。

3.正确完成光电式传感器测量转速的电路接线。

4.正确测量转速并且读数正确。

五、教学内容任务一光电式传感器在转速检测中的应用知识链接一、光电效应用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串具有能量（每个光子能量的大小等于普朗克常数h乘以光的频率γ，即E=hγ）的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。

由于被光照射的物体材料不同，所产生的光电效应也不同，通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为：外光电效应、内光电效应、光生伏特效应。

1.外光电效应在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。

2.内光电效应半导体材料受到光照时，使其导电性能增强，光线越强，阻值越低，这种光照后电阻率发生变化的现象,称为内光电效应。

基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。

3.光生伏特效应在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动势的现象，称为光生伏特效应。

具有光生伏特效应的光电器件有硅、硒、砷化镓、氧化铜、锗等材料做成的光电池。

二、光电元件1.基于外光电效应的光电元件（1）光电管光电管是基于外光电效应原理工作的光电元件。

光电三极管也称光敏三极管，它的电流受外部光照控制。

是一种半导体光电器件。

比光电二极管灵敏得多，光照集中电结附近区域。

利用雪崩倍增效应可获得具有内增益的半导体光电二极管（APD）,而采用一般晶体管放大原理，可得到另一种具有电流内增益的光伏探测器，即光电三极管。

它的普通双极晶体管十分相似，都是由两个十分靠近的p-n结-------发射结和集电结构成，并均具有电流发大作用。

为了充分吸收光子，光电三极管则需要一个较大的受光面，所以，它的响应频率远低于光电二极管。

[1]2.1机构与工作原理光电三极管是一种相当于在基极和集电极之间接有光电二极管的普通三极管，因此，结构与一般晶体管类似，但也有其特殊地方。

如图2.1.1所示。

图中e.b.c分别表示光电三极管的发射极.基极和集电极。

正常工作时保证基极--集电极结（b—c结）为反偏正状态，并作为受光结（即基区为光照区）。

光电三极管通常有npn和pnp型两种结构。

常用的材料有硅和锗。

例如用硅材料制作的npn结构有3DU型，pnp型有3GU型。

采用硅的npn型光电三极管其暗电流比锗光电三极管小，且受温度变化影响小，所以得到了广泛应用。

[2]光电三极管的工作有两个过程，一是光电转换;二是光电流放大。

光电转换过程是在集---基结内进行，它与一般光电二极管相同。

[3]当集电极加上相对于发射极为正向电压而基极开路时（见图2.1.1（b）），则b--c结处于反向偏压状态。

无光照时，由于热激发而产生的少数载流子，电子从基极进入集电极，空穴则从集电极移向基极，在外电路中有电流（即暗电流）流过。

当光照射基区时，在该区产生电子---空穴对，光生电子在内电场作用下漂移到集电极，形成光电流，这一过程类似于光电二极管。

于此同时，空穴则留在基区，使基极的电位升高，发射极便有大量电子经基极流向集电极，总的集电极电流为IC=IP +βI P=（1+β）IP2.1.1图2.1.1光电三极管结构及工作原理（a）结构示意图（b）光电变换原理（c）电流放大作用式中β为共发射极电流放大倍数。

（5）烟雾报警器电路 Nhomakorabea 烟雾报警器
光敏三极管是烟雾报警器中的光传感器。它是利用起火时产生的 烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。根据烟粒子对光 线的吸收和散射作用。光电感烟探测器又分为遮光型和散光型两种。
下图为遮光型报警器。平时发光二极管发出的光被不透明挡板挡 住，当有烟雾时，烟雾对光有散射作用，光电三极管接收到散射光， 电阻变小，使报警电路工作。
烟雾报警器
散光型烟雾报警器：在烟雾报警器内部有一道光和传感器，二者成90 度角放置，如下所示：
在正常情况下，左侧的光源发出的光会直接射出，不经过传感器。 但是当有烟雾进入腔体时，烟雾微粒会使光线散开，一部分光会射到 传感器，然后传感器会启动烟雾报警器中的喇叭。
光敏三极管的应用
梁召峰 副教授
（1）光控开关电路 （2）光控语音报警电路 （3）红外接收机电路 （4）红外检测器电路 （5）烟雾报警器电路
（1）光控开关电路
光敏三极管3DU5的暗电阻大于1兆欧，光电阻约为2千欧。开关管3DK7 和3DK9共同作为光敏三极管3DU5的负载。当3DU5上有光照射时，它被导 通，从而在开关管3DK7的基极上产生信号，使3DK7处于工作状态；3DK7则 给3DK9基极上加一信号使3DK9进入工作状态，并输出约25毫安的电流，使 继电器K通电工作，即它的常闭触点断开，常开触点导通。当光敏管3DU5上 无光照射时，电路被断开，3DK7、3DK9均不工作，也无电流输出，继电器 不动作，即常闭触点导通，常开触点断开。因此通过有无光照射到光敏管 3DU5上即可控制继电器的工作状态，从而控制与继电器连接的工作电路。
（3）红外接收机电路
由一只能对调幅的红外敏感的光敏三极管VT1和一个三级高增益 音频放大器组成的，该接收机的输出阻抗可以与当前的低阻头戴式耳 机相匹配，接收效果好，使用方便。

I/mA
6
2500lx
伏安特性
4
2
0
20
2000lx 1500lx 1000lx 500lx
40
60
U/V
80
光电三极管的主要特性——光照特性
光电三极管的光照特性如图所示。它给出了光敏三极管的输
出电流 I 和照度之间的关系。它们之间呈现了近似线性关系。
当光照足够大(几klx)时，会出现饱和现象，从而使光电三极管 既可作线性转换元件，也可作开关元件。
光电三极管的主要特性——伏安特性
光电三极管的伏安特性曲线如图所示。光电三极管在不同的 照度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的输 出特性一样。因此，只要将入射光照在发射极e与基极b之间的 PN结附近，所产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极管 看作一般的晶体管。光电三极管能把光信号变成电信号，而且 输出的电信号较大。
暗电流/mA
光电流/mA
50 25 0
10 20 30 40 50 60 70 T /ºC
400
300 200
100 0
10 20 30 40 50 60 70 80 T/ºC
光电三极管的温度特性
光电三极管的主要特性——频率特性
光电三极管的频率特性曲线如图所示。光电三极管的频率特性 受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说， 光电三极管的频率响应比光电二极管差。对于锗管，入射光的调
光电二极管的工作原理
为了提高光电三极管的频率响应、增益和减小 体积。将光电二极管、三极管制作在一个硅片上构 成集成器件。
达林顿 光电三极管
光电三极管的主要特性——光谱特性
光电三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。当入射光的波长 增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电 子空穴对。当入射光的波长缩短时，相对灵敏度也下降，这是由 于光子在半导体表面附近就被吸收，并且在表面激发的电子空穴 对不能到达PN结，因而使相对灵敏度下降。