光敏晶体管

光敏晶体管

机械工程及其自动化

摘要：光敏晶体管，是指在有光照射时，能输出放大的电信号，当元光照射时便处于截止状态的三极管。该种管子的最大特点是它不但有光电转换作用，而且还能对光信号进行放大。

常用的光敏晶体管有：3DUl1、3DUl2、3DUl3、3DU2l、2DU22、3DU23、3DU31-3DU33、3DU51、3DU52、3DU53、3DU54、3DUll1一3DUl13、3DUl21一3DUl23、3DU3l1。3DU333、3DU411-3DU433、3DUl31、3DUl32、3DU133、3DU912等。

光敏晶体管在电路申的文字符号与普通三极管相同，用"V"或"VT"表示。光敏晶体管的封装形式有塑封、金属封装、环氧树脂封装和陶瓷封装等。

光敏晶体管的引脚多数为两个，少数光敏晶体管为三个引脚，一般只有E、C两引脚。

光敏晶体管主要用于光电自动控制电路、光潮合电路、光探测电路、激光接收电路、编码、译码电路等。

关键字：光敏 晶体管 原理

工作原理：

光敏晶体管工作原理,这里介绍的是晶体管二极管三极管的工作原理。

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。

光敏二极管在电路中的符号如图Z0129 所示。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、光敏三极管工作原理

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。它具有两种工作状态：

（1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。

（2）光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。这种工作状态，一般作光电检测器。

光敏二极管分有P-N结型、PIN结型、雪崩型和肖特基结型，其中用得最多的是P-N结型，价格便宜。

主要性能指标：

光谱特性

在入射光照度一定时，光敏晶体管的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光敏晶体管只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光敏晶体管的光谱特性，见图7-1-13。

伏安特性 光敏三极管在不同照度下的伏安特性，就象普通三极管在不同基极电流下的输出特性一样，如图7-1-13所示。在这里改变光照就相当于改变一般三极管的基极电流，从而得到这样一簇曲线。

光电特性

它指外加偏置电压一定时，光敏晶体管的输出电流和光照度的关系。一般说来，光敏二极管光电特性的线性较好，而光敏三极管在照度小时，光电流随照度增加较小，并且在光照足够大时，输出电流有饱和现象。这是由于光敏三极管的电流放大倍数在小电流和大电流时都下降的缘故.

光敏晶体管应用电路:

图4-12列出单个光敏晶体管应用电路实例。图4-12(a)是发射极输出电路，负载接在光敏晶体管的发射极，从发射极输出信号。输出信号一般较小．高温时暗电流较大，输出信号与输人信号同相位，后一级可以接NPN晶体管，适用于脉冲光检测电路。

图4-12(b)是集电极输出电路，负载接在晶体管的集电极，其输出电压可以达到VCE（sat）

输出信号与输入信号相位相反，输出信号一般较大，高温时暗电流大，适用于脉冲入射光电路。

图4-12(c)是暗电流补偿型电路，它是用于基极接有晶体管的温度补偿电路实例。温度补偿方法有多种，此电路是采用分压器方式的倔置电路．直流工作点的热稳定性好．采用基极电流减小暗电流的办法，适用于模拟光信号的测量。

图4-13列出光敏晶体管与普通晶体管组合应用实例。团4-13(a)是发射极输出形式的达林顿结构电路，在电路中光敏晶体管VT1的发射极接一个NPN晶体管VT2，VT2的发射极接负载电阻R1。整个电路接成射极跟随器形式，可以直接驱动10mA左右的小型继电器J，如图4-13(b)所示。晶体管的光电流IPT经外接晶体管放大hFE倍．输出电压V0≈IPT(1十hFE)RL。

图4-13(c)是集电极输出型达林顿结构电路，电路中也是在光敏晶体管VT1的发射极接

一个NPN晶体管VT2，而负载电阻R1接在集电极，构成集电极跟随器。输出电压比图4-13(a)所示电路大，输出电压信号与输入信号相位相反。

图4-13(d)是一种倒置的光电达林顿电路．它是在光敏晶体管VT1的集电极接一个PNP

晶体管VT2构成的发射极跟随器。图4-13(e)是其改进型，从NPN晶体管VT2获取输出信号。两种电路非常类似，但图4-13(e)所示电路的结构是光敏晶体管VT1的发射极接地的形式，输出电压大于图4-13(d)所示电路。

图4-13(f)也是倒置光电达林顿结构的电路，它是在光敏晶体管VT1的集电极按一个NPN晶体管VT2构成集电极跟随器形式。

光电达林顿电路把光敏晶体管的光电流IPT放大hFE倍，因此，入射光量即使很微弱，也可以获得极大的光电流IP，但时间常数也放大了hFE倍，响应特性较差，暗电流也较大，因此．只限于在低速光开关电路中使用。

光敏晶体管本身虽有放大作用，但它与IC组合使用时性能会有极大改善。图4-14是光敏晶体管与IC组合应用电路实例，其中图4-14(a)是光敏晶体管VT与IC反相器组合应用电

路。它是由二个反相器H1和H2构成的施密特电路。施密持电路具有陡削上升的特性，因此，抗干扰能力强，广泛用于各种数字电路的接口。

图4-14(b)是光敏晶体管VT与施密特电路A组合应用．与图4-14(a)类似。图4-14(c)是用光敏晶体管VT作为光敏二极管使用的电路，它与运放A组合使用，最适用作线性光敏传感器．响应特性极佳，输出电压V0＝Ip×Rf，式中Rf为反馈电阻，输出信号与输入信号相位相反。

图4—l 4(d)是光敏晶体管VT与运放A组合电路，用运放放大光敏晶体管的发射极电压，电路增益由输入电阻RB与反馈电阻Rf之比决定。

国内厂商的产品与价格：

上海韩申电子有限公司 供应红外接收管st-1cl3h 元/个

深圳市东宝电子有限公司 光敏接收管 rpm-20pb 个

无锡固电半导体股份有限公司 bdw94晶体管 4/个

常用光敏晶体管应用：

1. 高灵敏大电流硅光敏晶体管 它具有灵敏度高, 光电流大等特点, 在弱光强下便有很大的光电流。譬如,

用两节电池的手电筒作光源, 在距离1 . 5 米时, 光照射到光敏管( 光强约3 0

勒克司) , 在4 伏电压下就有20 m A 以上的光电流; 电筒距光敏管2 . 2米时,

也有十毫安以上的光电流输出。光电流之大是目前其他品种的光敏管所不及的,

由于光电流极大, 无需放求不高, 给使用者带来极大的便利。在光电自动控制大便可直接带动继电器; 此外, 由于所需的光强较低, 因而对光源的要、光强测量及无触点开关等等方面, 将得到广泛的应用.

2. InGaAs/Si雪崩光电二极管

采用Si/InP低温晶片键合技术,设计并制作了InGaAs/Si雪崩光电二极管。器件利用InGaAs做吸收层,Si做增益层,光敏面大小50μm×70μm;测试结果表明器件有正常的光响应特性,击穿电压为41V,暗电流为99nA,此时光电流比暗电流高3个数量级。

3. PIN光敏二极管和NPN平面光敏三极管

Vishay Intertechnology,Inc.推出通过AEC-Q101认证的新款VEMD25x0X01高速硅PIN光敏二极管和VEMT25x0X01 NPN平面光敏三极管,扩充其光电子产品组合。器件采用 mm的鸥翼式和倒鸥翼式表面贴装封装,光探测器可检测到可见光和近红外辐射,采用 mm× mm× mm的紧凑占位。所发布的器件针对仪表、汽车和打印机应用中的光幕、微型开关、编码器和光遮挡器进行了优化,探测器可在接近探测应用中探测可见光和红外发射源。

参考文献：

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Phototransistor

Abstract:The phototransistor is the light

irradiation,

can output the amplified signal, the transistor is in the

OFF

state when the Meta-rays. The

biggest

characteristic of the tube is that it not only

photoelectric

conversion, and optical