第三章之光电三极管

光电三极管的工作原理光电三极管，也称为光电二极管，是一种电子元件，其工作原理基于光电效应。

其基本原理如下：1.光电效应：当光照射到半导体材料上时，光子会与半导体中的电子发生相互作用。

高能的光子能够将半导体中的某些电子从价带上解离，形成自由的电子和空穴对。

2.pn结：光电三极管的基本结构是由一个n型半导体和一个p型半导体组成的pn结。

当没有光照射时，pn结两侧形成一个内建电场，使得n区电子向p区移动而形成正电荷的空穴流。

3.光电三极管的结构：光电三极管的pn结能带差可决定了其工作方式。

通常，其外界接电极被称为阳极（A），与n区相连的接电极被称为阴极（K），与p区相连的接电极被称为阳极（C）。

4.工作原理：-暗电流：当光电三极管处于没有光照射的状态时，其阴极到阳极之间的电流被称为暗电流，主要由于热电子的扩散和漂移形成。

-光照射下的电流：当光照射到光电三极管的pn结时，光子能量被转化为电子能量，光子能够克服pn结的电场，使电子-空穴对通过电场，从而形成光电流。

该光电流会导致光电三极管的阴极到阳极之间的电流增加。

总结起来，光电三极管的工作原理就是利用光照射到半导体材料上时，光子与半导体中的电子相互作用，从而形成光电流。

通过控制光照射的强度，可以调节光电三极管的电流输出。

光电三极管在光电探测、光电转换等领域中有广泛应用。

光电三极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件，其工作原理基于光电效应。

光电效应是指当光束照射到物质表面时，光子与物质中的电子相互作用，使电子从原子或分子中脱离并产生电流的现象。

光电三极管的结构一般由两个pn结组成，也就是一个npn型的晶体管。

其中，中间的n区被光照射，当光子能量大于半导体的带隙能量时，光子能够打破束缚在原子中的电子，使其成为自由电子。

在光照射下，n区释放出的电子和空穴会在pn结的内建电场影响下发生漂移和扩散运动。

正电荷的空穴由p区向n 区移动，而负电荷的电子由n区向p区移动。

光电三极管的工作原理光电三极管是一种基于半导体材料制成的光电器件，它能够将光信号转化为电信号，并且具有高灵敏度、低噪声、高带宽等优点。

其工作原理可以简单地分为以下几个步骤：吸收光：光电三极管的第一层是光敏层，用于吸收光线并产生光生电荷。

这一层通常由半导体材料（如硅或锗）制成。

当光照射到光敏层时，光子将被吸收并激发出电子，产生自由电子和空穴对。

传输电荷：产生的自由电子和空穴对将受到电场的作用，向相反方向运动。

在光电三极管的第二层，通常是一层薄的反向偏置的PN 结，它能够进一步分离和加速这些电荷。

这样，电荷将被传输到下一层。

放大信号：光电三极管的第三层是具有高电流密度的集电极层，用于收集传输过来的电荷。

在这里，电荷将通过电路产生电流，并且由于集电极层的高电流密度，这个电流将比初始的电荷大得多。

输出信号：最后，光电三极管可以通过连接负载电阻或直接连接到放大电路来输出信号。

负载电阻将电流转换为电压信号，而放大电路则可以将信号进一步放大和调节，以便最终使用。

在实际应用中，光电三极管通常需要与其他电子元件一起构成一个完整的电路，以实现特定的功能。

例如，可以将光电三极管与比较器、滤波器等组合使用，以实现光信号的检测、滤波、整形等功能。

光电三极管的特性参数包括灵敏度、响应速度、噪声等。

灵敏度指的是光电三极管对光信号的感应能力，响应速度则反映了光电三极管对光信号的反应速度，噪声则影响了光电三极管的精度和稳定性。

这些特性参数对于不同的应用场景有不同的要求，需要根据实际需要进行选择和使用。

总之，光电三极管作为一种高灵敏度、低噪声、高带宽的光电器件，在光学通信、图像处理、测量等领域有着广泛的应用前景。

了解其工作原理和特性参数，对于正确选择和使用光电三极管具有重要意义。

光电三极管参数
光电三极管（PhotoelectricTransistor）是一种能将光信号转换为电信号的器件。

它由一个PNP或NPN型晶体管与敏感光电二极管组成。

以下是光电三极管的一些参数解释：
1.最大漏极电压（Vceo）：光电三极管允许的最大电压跨越漏极和发射极之间的值。

2.最大光电流（Icmax）：光电三极管在最大光照条件下，可承受的最大光电流。

3.放大倍数（β）：光电三极管的放大倍数是指负载电流与基极电流之间的比率。

它衡量了光电三极管的放大效果。

4.光电电流（Iph）：在光照条件下，从光电二极管产生的电流。

5.光照强度光流特性曲线（ILIF）：表示光电三极管在不同光照强度下接收到的光照强度与光电流之间的关系。

6.相关噪声等参数：与其他传感器一样，光电三极管也会受到一些噪声的影响。

这些噪声包括热噪声和光热噪声等。

在选择光电三极管时，需要考虑这些噪声参数。

需要注意的是，光电三极管的具体参数可能因不同的厂家和型号而有所不同。

在选择和使用光电三极管时，需要根据具体的应用需求和技术要求仔细考虑这些参数。

3.3.4 光电三极管（光电晶体管）一. 工作原理光电三极管的工作原理分为两个过程：一是光电转换；二是光电流放大。

集电极输出的电流为：为提高光电三极管的增益，减小体积，常将光电二极管或光电三极管及三极管制作到一个硅片上构成集成光电器件。

二. 光电三极管特性1.伏安特性光电三极管在偏置电压为零时，无论光照度有多强，集电极电流都为零。

偏置电压要保证光电三极管的发射结处于正向偏置，而集电结处于反向偏置。

随着偏置电压的增高伏安特性曲线趋于平坦。

光电三极管的伏安特性曲线向上偏斜，间距增大。

这是因为光电三极管除具有光电灵敏度外，还具有电流增益β，并且，β值随光电流的增大而增大。

2.时间响应（频率特性）光电三极管的时间响应由以下四部分组成：① 光生载流子对发射结电容C be 和集电结电容C bc 的充放电时间； ② 光生载流子渡越基区所需要的时间；③ 光生载流子被收集到集电极的时间；④ 输出电路的等效负载电阻R L 与等效电容C ce 所构成的RC 时间。

总时间为上述四项和。

比光电二极管的时间响应长。

通常，硅光电二极管的时间常数一般在0.1µs 以内，PIN 和雪崩光电二极管为ns 数量级，硅光电三极管长达5～10µs。

3.温度特性硅光电二极管和硅光电三极管的暗电流I d 和光电流I L 均随温度而变化，由于硅光电三极管具有电流放大功能，所以硅光电三极管的暗电流I d 和亮电流I L 受温度的影响要比硅光电二极管大得多。

4.光谱响应光电二极管与硅光电三极管具有相同的光谱响应。

图所示为典型的硅光电三极管3DU3的光谱响应特性曲线，它的响应范围为0.4~1.0μm ，峰值波长为0.85μm 。

对于光电二极管，减薄PN 结的厚度可以使短波段波长的光谱响应得到提高，因为PN 结的厚度减薄后，短波段的光谱容易被减薄的PN 结吸收（扩散长度减小）。

因此，可以制造出具有不同光谱响应的光伏器件，例如蓝敏器件和色敏器件等。

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。

光电管型号及参数详解光电管是一种能够将光信号转换成电信号的器件，常用于光通信、光电测量、光谱分析等领域。

下面我们将详细介绍几种常见光电管的型号和参数。

1.光电三极管光电三极管是一种采用硫化镉或硒化铅等材料制成的光敏材料的光电管。

它的参数包括灵敏度、功率响应范围、噪声系数等。

常见型号有1N23A、1N914等。

灵敏度是光电三极管对入射光的响应能力，一般用电流增益表示。

功率响应范围是指光电三极管能够接受的入射光功率范围，过大或过小都会影响其工作。

噪声系数是指在光电三极管输出信号中所含有的噪声成分的大小，一般用电压或电流表示。

2.管状光电倍增管管状光电倍增管是一种由光电荧光材料制成的管状结构的光电器件。

它的参数包括放大倍数、漏电流、阴极反应时间等。

常见型号有XP2262、XP2266等。

放大倍数是指管状光电倍增管能够将入射光电子转化为输出光子的倍数。

漏电流是指在正常工作条件下，管状光电倍增管在阴极处漏掉的电流。

阴极反应时间是指管状光电倍增管从阴极接收到光信号后，转化为输出信号所需的时间。

3.光电二极管光电二极管是一种常用的光电管，由硅或锗等材料制成。

它的参数包括响应波长、暗电流、响应时间等。

常见型号有BPW34、SD1052等。

响应波长是指光电二极管的最佳工作波长范围，超过或低于该范围的光信号将无法被光电二极管接收。

暗电流是指在光电二极管无光照射时产生的漏电流。

响应时间是指光电二极管从接收到光信号到输出信号达到稳定所需的时间。

4.光电四极管光电四极管是一种具有四个电极的光电管，在光电测量和光谱分析中广泛应用。

它的参数包括响应波长范围、插入损耗、干扰抑制比等。

常见型号有HH-E4、OEM650等。

响应波长范围是指光电四极管在其中一波长范围内的响应能力，超出该范围的光信号将无法被光电四极管接收。

插入损耗是指光信号通过光电四极管时的功率损耗。

干扰抑制比是指光电四极管对外界干扰信号的抵抗能力，一般用分贝表示。

第三节三极管的开关作用和光电管应用一、参考模电书本P51-53，了解三极管开关状态。

二、使用三极管的开关状态点亮发光二极管电路图参考P52页图2.2.3，电阻R B选用22KΩ，电阻Rc选用1KΩ，三极管选用S9013（NPN型号），输入Vp-p峰峰值为5V的一个电平信号，电源电压5V。

考察学生内容：1）测量U BE和U CE电压；2）观察发光二极管的变化。

3）当输入端接地时再观测以上数据一次。

三、三极管的开关电路的传输特性电路图参考P52页图2.2.5，电阻R B选用22KΩ，电阻Rc待定，三极管选用S9013（NPN型号）放大倍数β为100，输入方波频率为10Hz、Vp-p峰峰值为3.6V。

考察学生内容：1）在示波器上观察输入与输出波形。

2）三极管有几种工作模式？3）计算Rc的阻值，确定Rc在什么范围内，能让三极管处于开关状态下？4）输入的波形与输出波形为什么会成反向，从电路的角度解释？四、光敏三极管电路1）光电耦合器件的作用及应用实验参考电路如下，电源电压可用5V，R1和R2用大约小于1K的电阻，开关可用导线替代。

附：芯片管脚顺序判断，观测芯片表面，有圆圈对应的管脚为管脚1。

2）暗光点亮控制电路电路图连接如下，使用元器件有：光敏三极管（3DU5C型号），三极管S9013（NPN型号），继电器（5V驱动），二极管，发光三极管，电阻（22KΩ、200Ω）。

考察学生内容：1）继电器的工作原理？2）继电器两端的二极管有什么用？3）查找光敏三极管的工作原理。

4）下图为暗光电路（即，在暗光处点亮发光二极管），如果要把该设计改为亮光电路（即，在光亮处可以点亮发光二极管），该如何设计？5）测量各种状态下的U BE 和U CE电压，从管脚电压判断光电三极管和三极管处于哪一种工作状态？附：光敏三极管管脚分辨方法：光敏三极管的圆帽处有凸出的点，该凸出的点对应的管脚为发射极，例外一角为集电极。

光电二极管及光电三极管的工作原理及用途可得工贸的光电二极管和光电三极管具有低功耗、响应速度快、抗干扰性能强等特点，可得公司是一家专业从事研发, 生产,销售LED和红外光电器件的高新技术企业：其中光敏二极管、850nm/940nm红外发射管，LED数码管，数码模块，以及发光二极管等产品以良好的品质受到市场的认可。

在红外遥制系统中，光电二极管(也称光敏二极管)及光电三极管(也称光敏三极管)均为红外线接收管，它把接收到的红外线变成电信号，经过放大及信号处理后用于各种控制。

除广泛用于红外线遥控外，还可用于光纤通信、光纤传感器、工业测量、自动控制、火灾报警器、防盗报警器、光电读出装置(纸带读出器、条形码读出器等)及光电耦合器等方面。

不同用途的光电二极管有不同的外形及封装，但用于红外遥控的光电二极管一般都是树脂封装的。

为减少可见光的干扰常采用黑色树脂，可以滤掉700nm波长以下的光线。

常见的几种光电二极管外形。

对方形或长方形的管子，往往做出标记角，指示受光面的方向。

一般如引脚长短不一样，长者为正极。

光电三极管可以等效为一个光电二极管与一只晶体三极管的组合，所以它具有电流放大作用。

其等效电路、外形及电路符号，光电三极管一般仅引出集电极及发射极两个引脚，外形与一般发光二极管一样，常用透明树脂封装。

光电二极管及光电三极管的管芯主要用硅材料制作。

光电二极管的两种工作状态当光电二极管加上反压时，管子的反向电流将随光照强度的变化而变化如同一个光敏电阻，光照强度越大电阻越小，反向电流越大。

大多数情况都工作于这种状态。

光电二极管上不加电压，利用P?N结受光照射时产生正向电压的原理，可看作微型光电池。

这种工作状态一般用作光电检测器。

光电二极管的工作电压VR ，允许的最高反向电压一般不超过10V，最高的可达50V。

暗电流ID及光电流IL ，无光照时，加一定反压时的反向漏电流称为暗电流ID，一般ID小于100nA ???。

加一定反压并受到光照时流过管子的电流称为光电流 IL，一般光电流IL为几十微安 ???，并且与照度成线性关系。

光电三极管的原理今天咱们来唠唠光电三极管这个超有趣的小玩意儿。

光电三极管呀，就像是一个小小的光侦探。

你想啊，普通的三极管是用来放大电信号的，而光电三极管呢，它对光特别敏感，光就像是它的神秘指令。

光电三极管里面有个半导体结构哦。

当没有光照的时候，它就像个在打瞌睡的小懒虫，电流在里面的流动是比较微弱的，就像小溪里缓缓流淌的细流。

但是呢，一旦有光照射到它身上，就像给这个小懒虫打了一针兴奋剂。

光的能量被半导体吸收了，这一吸收可不得了，就像打开了一个隐藏的大门。

半导体里的电子就开始变得活跃起来，就像一群被叫醒的小精灵，它们开始欢快地奔跑，形成了更多的载流子。

这些载流子就像是一群勤劳的小蚂蚁，开始努力地搬运电流，让电流变得更大了。

你可以把光电三极管想象成一个小小的光能量转换站。

光就像是送来的原材料，这个转换站把光的能量转化成了电信号的增强。

比如说，在一些小的光控玩具里，光电三极管就发挥着超级大的作用。

那些可爱的小玩具，像会根据光线亮暗做出反应的小玩偶之类的，光电三极管就像是它们的小眼睛，感受到光线的变化，然后告诉玩具的其他部分该怎么做。

再说说它的结构吧。

它有不同的类型呢，就像不同性格的小伙伴。

有的光电三极管是NPN型的，有的是PNP型的。

这两种类型就像是有着不同做事风格的小团队。

NPN 型的光电三极管，当光照射的时候，电子从发射极出发，经过基极这个小关卡，然后欢快地冲向集电极，就像一群勇敢的小士兵朝着目标前进。

而PNP型的呢，空穴就像是小队长，带领着队伍朝着相反的方向行进。

在实际的应用场景里呀，光电三极管可真是无处不在。

在自动路灯系统里，它就是那个默默工作的小英雄。

白天的时候，阳光充足，光电三极管感受到强烈的光线，就告诉路灯控制系统：“现在很亮，不需要开灯啦。

”到了晚上，光线暗下来了，光电三极管又像个小机灵鬼一样，马上通知系统：“天黑了，快开灯吧。

”还有在一些电子设备的光线感应部分，光电三极管也在兢兢业业地工作着。