光电三极管（半导体光电器件）

光电三极管（半导体光电器件）

光电三极管 （半导体光电器件） 次浏览 | 2022.10.13 15:16:19 更新 来源 ：互联网 精选百科 本文由作者推荐 光电三极管半导体光电器件

光电三极管也是一种晶体管，它有三个电极。当光照强弱变化时，电极之间的电阻会随之变化。光电三极管的时间响应常和PN结的结构及偏置电路等参数有关。光电三极管是在光电二极管的基础上发展起来的光电器件，它本身具有放大功能。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。光电三极管主要应用于开关控制电路及逻辑电路。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。光电三极管的伏安特性曲线向上偏斜，间距增大。

中文名

光电三极管

制作材料

半导体硅

管型

NPN型

国产器件名称

3DU系列

所属

半导体光电器件

简述

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。光电三极管是一种相当于在三极管的基极和集电极之间接入一只光电二极管的三极管，光电二极管的电流相当于二极管的基极电流。因为具有电流放大作用，光电三极管比光电二极管灵敏得多，在集电极可以输出很大的光电流。

光电三极管有塑封、金属封装(顶部为玻璃镜窗口)、陶瓷、树脂等多种封装结构，引脚分为两脚和三脚型。一般两个管脚的光电三极管，管脚分别为集电极和发射极，而光窗口则为基极。

在无光照射时，光电三极管处于截止状态，无电信号输出。当光信号照射光电三极管的基极时，光电三极管导通，首先通过光电二极管实现光电转换，再经由三极管实现光电流的放大，从发射极或集电极输出放大后的电信号。[1]

基本结构

光电晶体管和普通晶体管类似，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的电流控制，也可以受光的控制。

光电晶体管的外形，有光窗、集电极引出线、发射极引出线和基极引出线（有的没有）。

制作材料一般为半导体硅，管型为NPN型，

国产器件称为3DU系列。

光电晶体管的灵敏度比光电二极管高，输出电流也比光电二极管大，多为毫安级。

但它的光电特性不如光电二极管好，在较强的光照下，光电流与照度不成线性关系。

所以光电晶体管多用来作光电开关元件或光电逻辑元件。

正常运用时，集电极加正电压。因此，集电结为反偏置，发射结为正偏置，集电结为光电结。

当光照到集电结上时，集电结即产生光电流Ip向基区注入，同时在集电极电路即产生了一个被放大的电流Ic（=Ie=（1+β）Ip）β为电流放大倍数。

因此，光电晶体管的电流放大作用与普通晶体管在上偏流电路中接一个光电二极管的作用是完全相同的。

工作原理

光电三极管是在光电二极管的基础上发展起来的光电器件，它本身具有放大功能。

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。

光电三极管的应用电路

光电三极管主要应用于开关控制电路及逻辑电路。

测试方法

(1)电阻测量法(指针式万用表1kΩ挡)。黑表笔接c极，红表笔接e极，无光照时指针微动(接近∞)，随着光照的增强电阻变小，光线较强时其阻值可降到几kΩ～1kΩ以下。再将黑表笔接e极，红表笔接c极，有无光照指针均为∞(或微动)，这管子就是好的。

(2)测电流法。工作电压5V，电流表串接在电路中，c极接正，e极接负。无光照时小于0?3μA；光照增加时电流增加，可达2～5mA。

若用数字式万用表20kΩ挡测试，红表笔接c极，黑表笔接e极，完全黑暗时显示1，光线增强时阻值随之降低，最小可达1kΩ左右。

基本特性伏安曲线

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。

时间响应

光电三极管的时间响应常和PN结的结构及偏置电路等参数有关。

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Cbe和集电结电容Cbc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RL和等效电容Cce所构成的RC时间；

总时间常数为上述四项和。比光电二极管的时间响应长。

温度影响

硅光电二极管和硅光电三极管的暗电流Id和光电流IL均随温度而变化，由于硅光电三极管具有电流放大作用，所以硅光电三极管的暗电流Id和亮电流IL受温度的影响要比硅光电二极管大得多。

光谱响应

光电二极管和光电三极管具有相同的光谱响应。它的响应范围为0.4~1.1μm，峰值波长为0.85μm。

种类选择

由外观上,可以区分为罐封闭型和树脂封入型,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)和锗(Ge),大部份为硅.在晶方构造方面,可分为普通晶体管型和达林顿晶体管型.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和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.

参考资料