第五讲 光敏三极管
光敏三极管
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光敏三极管简介
▪ 光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作
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 补偿和附加控制等作用。
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β 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。
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。
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▪ 通过对半导体二极管和三极管的学习，我了解了
晶体管的基本结构和工作原理，晶体三极管，是 半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是 电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基 片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正 块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部 分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两 种，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极b 发射极e和集电极c。
放大率被放大，其结果流至外部导线 效电路
之光电流即为初段之基极、集极间所
流过之光电流与初段及后段之晶体管
的电流放大率三者之积。
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光电三极管特性曲线：
照度特性曲线
波长特性
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▪ 发射区和基区之间的PN结叫发射ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，集电区和基
光敏三极管
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。
光敏三极管 原理
光敏三极管原理光敏三极管是一种光电转换元件，通过光照射引起内部电流变化，从而实现光信号的电信号转换。
它广泛应用于光控开关、光电自动、通信设备等领域。
光敏三极管的原理是基于内部PN结的光生效应。
它由一个N型半导体和两个P 型半导体组成。
N型区域连接到一个正极（集电极），两个P型区域旁边连接到两个负极（发射极和基极）。
当光照射在PN结的表面时，光子的能量将导致电子从价带跃迁到导带，从而产生电子-空穴对。
这些电子和空穴会在电场作用下分别向发射极和集电极移动。
由于基极正向偏置，电子会被基极吸收，而空穴则会通过P型区域的PN结向发射极移动。
由于光的照射是随机的，光敏三极管的输出电流也是随机的。
因此，在实际应用中，我们需要对光敏三极管的输出进行放大和滤波，以提高信噪比和稳定性。
光敏三极管的工作原理可以通过光敏三极管的电特性曲线来理解。
在光敏三极管中，光照强度与输出电流之间存在着直接的线性关系。
当光照强度增加时，输出电流也随之增加。
这种线性关系可以通过光敏三极管的光电流-光照强度曲线来体现。
光敏三极管的光电流-光照强度曲线呈现出S型曲线，即当光照强度较小时，曲线较平缓，而当光照强度较大时，曲线则变得陡峭。
这是因为在较低的光照强度下，光敏三极管的敏感部分仍然存在着少量的电子和空穴，因此增加光照强度对输出电流的影响相对较小。
而在较高的光照强度下，光敏三极管的敏感部分会产生更多的电子和空穴，从而导致输出电流大幅增加。
光敏三极管还具有快速响应的特点。
当光照结束后，光敏三极管的输出电流会迅速恢复到初始状态。
这种快速响应的特性使光敏三极管在光噪声较高的环境下具有较好的性能。
在实际应用中，我们可以通过调整工作电压和外部电阻来控制光敏三极管的灵敏度。
较高的工作电压和较低的外部电阻可以提高光敏三极管的灵敏度，而较低的工作电压和较高的外部电阻则可以减小灵敏度。
总之，光敏三极管通过光的照射使得内部产生电子和空穴对，从而产生电流，实现光信号转换为电信号。
可见光光敏三极管
可见光光敏三极管
可见光光敏三极管，简称可见光三极管，是一种高灵敏度的光电传感器。
它在夜视仪、安防监控、自动照相机等领域得到广泛应用。
它比
一般的LED灯更加节能，并且可以“看”到人眼无法看到的光源。
可见光三极管的工作原理是利用PN结的光敏效应，当光照射到PN结上时，就会产生一些载流子。
这些载流子就会改变PN结的导电性能，从而改变电流的大小。
通过测量电流的变化，就可以得到光的亮度大小。
可见光三极管与普通三极管的区别在于：它的基极之间加了一个光敏
电阻。
当光照在光敏电阻上时，其阻值发生变化，从而导致管子的工
作状态发生变化，进而导致电流的变化。
具有这种电阻的三极管就是
光敏三极管。
可见光三极管的优点不仅在于内部结构的特殊性能，同时还在于其灵
敏度和稳定性。
此外，它的尺寸也较小，适用于狭小空间中的应用，
例如手机摄像头、车载摄像头等。
但是，可见光三极管也有一些缺点。
一方面，它的响应速度较慢，主
要取决于光敏电阻的表面积，因此响应速度相对于其他光电传感器要
慢一些。
另一方面，由于其灵敏度的特殊性，它现在的市场价格相对较高。
近年来，随着科技的不断发展，人们对传感器的需求也越来越高。
可见光三极管也将在更多的领域得到应用和优化。
未来随着工艺技术的不断改进，更加灵敏和响应更快的新型三极管将会出现。
总之，可见光三极管作为高灵敏度的光电传感器，已经在许多领域得到广泛应用。
并且，它具有优越的稳定性和灵敏度，是科技技术不断发展与改进的重要组成部分。
光敏二极管和光敏三极管
光敏二极管和光敏三极管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。
光敏三极管的主要技术特性及参数
3、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I L与光照度之间的关系。
下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。
4、温度特性
温度对光敏三极管的暗电流及光电流都有影响。
由于光电流比暗电流大得多，在一定温度范围内温度对光电流的影响比对暗电流的影响要小。
下两图中分别给出了光敏三极管的温度特性曲线及光敏三极管相对灵敏度和温度的关系曲线。
5、暗电流I D
在无光照的情况下，集电极与发射极间的电压为规定值时，流过集电极的反向漏电流称为光敏三极管的暗电流。
6、光电流I L
在规定光照下，当施加规定的工作电压时，流过光敏三极管的电流称为光电流，光电流越大，说明光敏三极管的灵敏度越高。
点击下载光敏三极管的主要技术特性及参数。
光敏三极管
光电三极管原理时间：2009-01-18 18:57:53 来源：资料室作者：集成电路光敏三极管(光电三极管)(Photo Transister)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。
最普遍的外形如图1 所示。
罐形封闭(Can seal)之光敏三极管多半将半导体晶方装定在TO-18或TO-5封装引脚座后，利用附有玻璃之凸透镜及单纯之玻璃窗口之金属罩封闭成密不透气状态。
罐封闭型(玻璃窗口) 罐封闭型(玻璃透镜)树脂封入型(平导线透型) 树脂封入型(单端窗)图1作用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(Iλ)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)，为便于了解起见，请参照图2所示。
图2 光敏三极管的等效电路达林顿晶体管工作情况；电流再经过次段之晶体管的电流放大率被放大，其结果流至外部导线之光电流即为初段之基极、集极间所流过之光电流与初段及后段之晶体管的电流放大率三者之积。
种类由外观上如图1所示，可以区分为罐封闭型与树脂封入型，而各型又可分别分为附有透镜之型式及单纯附有窗口之型式。
就半导体晶方言之，材料有硅(Si)与锗(Ge)，大部份为硅。
在晶方构造方面，可分为普通晶体管型与达林顿晶体管型。
再从用途加以分类时，可以分为以交换动作为目的之光敏三极管与需要直线性之光敏三极管，但光敏三极管的主流为交换组件，需要直线性时，通常使用光二极管。
在实际选用光敏三极管时，应注意按参数要求选择管型。
如要求灵敏度高，可选用达林顿型光敏三极管；如要求响应时间快，对温度敏感性小，就不选用光敏三极管而选用光敏二极管。
探测暗光一定要选择暗电流小的管子，同时可考虑有基极引出线的光敏三极管，通过偏置取得合适的工作点，提高光电流的放大系数。
光敏三极管结构
光敏三极管结构光敏三极管（Phototransistor）是一种光敏元件，具有普通三极管的结构，但其发射极与基极之间没有PN结，而是通过光敏电阻连接。
光敏三极管可将光信号转化为电流信号，广泛应用于光电转换、光电控制等领域。
光敏三极管的结构主要包括发射极、基极和集电极。
其中，发射极和集电极是通过P型半导体材料形成PN结，而基极则是N型半导体材料。
光敏三极管的结构与普通三极管相似，但其基区较宽，以便增加光敏电流的产生。
光敏三极管的工作原理是基于内建电场的作用。
当光照射到光敏三极管的PN结上时，光子的能量会激发PN结上的电子跃迁，从而产生电子空穴对。
电子会被内建电场推向集电极，形成光电流；而空穴则会被内建电场推向发射极，形成光电流的补偿电流。
因此，光敏三极管的集电电流与光照强度成正比。
光敏三极管的特点是具有高灵敏度、快速响应和良好的线性特性。
由于其结构与普通三极管相似，因此可以与普通三极管相同的电路进行连接。
光敏三极管可用作光电转换器，将光信号转化为电信号，如光电耦合器、光电隔离器等。
此外，光敏三极管还可用于光电控制，如光敏开关、光敏电阻等。
在实际应用中，光敏三极管需要注意其工作条件。
首先，光敏三极管对光照强度非常敏感，因此应尽量避免直接阳光照射，以免产生过大的光电流。
其次，光敏三极管的结构较为脆弱，需要注意防护，避免机械损坏。
此外，光敏三极管的工作温度范围也需要注意，过高或过低的温度都会影响其性能。
在光敏三极管的选型中，需要考虑其特性参数。
例如，光敏三极管的光敏电流和光照强度的线性关系、响应时间、频率响应范围等。
根据具体应用需求，选择合适的光敏三极管。
总结一下，光敏三极管是一种光敏元件，具有普通三极管的结构，但其发射极与基极之间通过光敏电阻连接。
光敏三极管利用内建电场的作用，将光信号转化为电流信号。
它具有高灵敏度、快速响应和良好的线性特性，广泛应用于光电转换、光电控制等领域。
在选型和使用过程中，需要考虑其特性参数和工作条件，以确保其正常工作和稳定性能。
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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
5.选择好规格和使用的环境条件，保证长期的 可靠性
热电检测器件的原理
电检测器件热的原理
器件吸收入射辐射产生温升引 起材料物理性质的变化，输出 电信号。
作业
1. 解释一种型号的光电三极管的特 性参数。
2. 光电检测器件的应用选择要点 是什么？
第五讲
光敏三极管 性能比较和应用选择 热电检测器件的原理
光敏三极管
结构和原理 特性 特性参数和选用
结构
hν
e
b
N
N
P c
原理
图2-50 (b) 图2-51 图2-52 图2-53
特性
光照特性 零偏时，无信号电流 入射光强的增加，集电极电流有饱和的趋势 低电压下，光电流与所加电压成非线性关系