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。

例如，探测10-3勒克斯的弱光，光敏三极管的暗电流必须小于0.1nA。

光电三极管特性曲线：
照度特性曲线
波长特性
光电流/正电压特性
光电三极管符号
部分国产光敏三极管参数：
型号允许功耗
mW
最高工作电压
U CEM/V
暗电流
ID/μA
光电流mA
峰值响应波长μm
测试条件
I CE=I D U CE=U CEM
1000IX
U CE=10V
3D
U1
1
70≥10≤0.30.5 ~ 10.88
3D
U1
2
50 ≥30
3D
U1
3
100 ≥50 3D
U1
4
100 ≥100 ≤0.2 0.5 ~ 1 3D
U2
1
30 ≥10 ≤0.3 1 ~ 2 3D
U2
2
50 ≥30 3D
U2
3
100 ≥50 3D
U3
1
70 ≥10 ≤0.3 ≥2 3D
U3
2
50 ≥30 3D
U3
3
100 ≥50 3D
U5
1 30 ≥10 ≤0.
2 ≥0.5
应用：
光电耦合器，固态继电器，光遮断器，反射型转速传感器等等。

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光敏三极管
百科名片
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。

目录[隐藏]
光敏三极管简介
1光敏三极管功能一测量光亮度
1二光电隔离
1三非接触测量转速
[编辑本段]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。

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。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

发射极箭头向外。

发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。

硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和
NPN型两种类型。

虽然重点学习了晶体管的放大作用，但是我对晶体管的开关作用更感兴趣。

半导体就像一个开关，可以通过导通与截止来控制电路。

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。

[编辑本段]光敏三极管功能
一测量光亮度
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。

二光电隔离
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—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。

光耦合器工作原理
用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。

当有电流通过发光二极管时，便形成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。

由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因而两部分之间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能稳定，抗干扰能力强。

发光管和光敏管之间的耦合电容小（2pf左右）、耐压高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。

输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。

此外，因其输入电阻小（约10Ω），对高内阻源的噪声相当于被短接。

因此，由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。

三非接触测量转速
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。

光敏三极管的主要技术特性及参数有哪些?
1、光谱特性
光敏三极管由于使用的材料不同，分为错光敏三极管和硅光敏三极管，使用较多的是硅光敏三极管。

光敏三极管的光谱特性与光敏二极管是相同的。

2、伏安特性
光敏三极管的伏安特性是指在给定的光照度下光敏三极管上的电压与光电流的关系。

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IL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ID
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IL
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。

7、集电极一发射极击穿电压VCE
在无光照下，集电极电流IC为规定值时，集电极与发射极之间的电压降称为集电极一发射极击穿电压。

8、最高工作电压VRM
在无光照下，集电极电流Ie 为规定的允许值时，集电极与发射极之间的电压降称为最高工作电压。

9、最大功率PM
最大功率指光敏三极管在规定条件下能承受的最大功率。

10、峰值波长λp
当光敏三极管的光谱响应为最大时对应的波长叫做峰值波长。

11、光电灵敏度
在给定波长的入射光输入单位为光功率时，光敏三极管管芯单位面积输出光电流的强度称为光电灵敏度。

12、响应时间
响应时间指光敏三极管对入射光信号的反应速度，一般为1 X 10-3 --- 1 X 10-7S 。

13、开关时间
1.脉冲上升时间tτ:光敏三极管在规定工作条件下调节输入的脉冲光，使光敏三极管输出相应的脉冲电流至规定值，以输出脉冲前沿幅度的10% - 90% 所需的时间。

2.脉冲下降时间tt :以输出脉冲后沿幅度的90% - 10% 所需的时间。

3.脉冲延迟时间td :从输入光脉冲开始到输出电脉冲前沿的10% 所需的时间。

4.脉冲储存时间ts:当输入光脉冲结束后，输出电脉冲下降到脉冲幅度的90% 所需的时间。

光敏二极管和光敏三极管
作者：chinking 发布时间：2009-10-05 15:25:26 浏览次数：338
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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1 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2所示。

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β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。

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。

三、光敏二极管和光敏三极管的作用：
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—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。

光耦合器工作原理
用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。

当有电流通过发光二极管时，便形成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。

由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因而两部分之间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能稳定，抗干扰能力强。

发光管和光敏管之间的耦合电容小（2pf左右）、耐压高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。

输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。

此外，因其输入电阻小（约10Ω），对高内阻源的噪声相
当于被短接。

因此，由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。

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。

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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。

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。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

发射极箭头向外。

发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。

硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

虽然重点学习了晶体管的放大作用，但是我对晶体管的开关作用更感兴趣。

半导体就像一个开关，可以通过导通与截止来控制电路。

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。