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光敏三極體和普通三極體相似,也有電流放大作用,只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制,同時也受光輻射的控制。 通常基極不引出,但一些光敏三極體的基極有引出,用於溫度補償和附加控制等作用。

1簡介

光敏三極體(Phototransistor)和普通三極體相似,也有電流(Current)放大作用,只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制,同時也受光輻射的控制。 通常基極不引出,但一些光敏三極體的基極有引出,用於溫度補償(Temperature compensation)和附加控制等作用。 光敏三極體又稱光電三極體,它是一種光電轉換器件,其基本原理是光照到P-N結上時,吸收光能並轉變為電能。當光敏三極體加上反向電壓時,管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變,光照強度越大,反向電流越大,大多數都工作在這種狀態。
光敏三極體

  光敏三極體

2優越性

當具有光敏特性的PN 結受到光輻射時,形成光電流,由此產生的光生電流由基極進入發射極,從而在集電極迴路中得到一個放大了相當於β倍的信號電流。不同材料製成的光敏三極體具有不同的光譜特性,與光敏二極體相比,具有很大的光電流放大作用,即很高的靈敏度。

3工作原理

光敏三極體和普通三極體的結構相類似。不同之處是光敏三極體必須有一個對光敏感的PN結作為感光面,一般用集電結作為受光結,因此,光敏三極體實質上是一種相當於在基極和集電極之間接有光敏二極體的普通三極體。光敏三極體與普通半導體三極體一樣,是採用半導體製作工藝製成的具有NPN或PNP結構的半導體管。它在結構上與半導體三極體相似,它的引出電極通常只有兩個,也有三個的。為適應光電轉換的要求,它的基區面積做得較大,發射區面積做得較小,入射光主要被基區吸收。和光敏二極體一樣,管子的晶元被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內,當光照射時,光線通過透鏡集中照射在晶元上。

4晶體管

晶體三極體,是半導體基本元器件之一,具有電流放大作用,是電子電路的核心元件。三極體是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的PN結,兩個PN結把正塊半導體分成三部分,中間部分是基區,兩側部分是發射區和集電區,排列方式有PNP和NPN兩種,如圖從三個區引出相應的電極,分別為基極b發射極e和集電極c。
發射區和基區之間的PN結叫發射結,集電區和基區之間的PN結叫集電極。基區很薄,而發射區較厚,雜質濃度大,PNP型三極體發射區"發射"的是空穴,其移動方向與電流方向一致,故發射極箭頭向里;NPN型三極體發射區"發射"的是自由電子,其移動方向與電流方向相反,故發射極箭頭向外。發射極箭頭向外。發射極箭頭指向也是PN結在正向電壓下的導通方向。硅晶體三極體和鍺晶體三極體都有PNP型和NPN型兩種類型。半導體就像一個開關,可以通過導通與截止來控制電路。

5光敏晶體管

半導體通過添加一部分微量元素會使其特性發生翻天覆地的變化。光敏晶體管就是一種重要的衍生物。視覺是人體最重要的感覺,因此,我覺得通過光來控制電路真是太精妙了,而光敏的二極體三極體恰好就完成這個任務。因為光敏三極體由於還具有放大作用,因此應用比二極體更加廣泛。 光敏三極體用於測量光亮度,經常與發光二極體配合使用作為信號接收裝置。

6功能

光電隔離
光敏三極體的另一個作用是傳輸信號,光耦合器(optical coupler,英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器,簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用,所以,它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成:光的發射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發光二極體(LED),使之發出一定波長的光,被光探測器接收而產生光電流,再經過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉換,從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由於光耦合器輸入輸出間互相隔離,電信號傳輸具有單向性等特點,因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由於光耦合器的輸入端屬於電流型工作的低阻元件,因而具有很強的共模抑制能力。所以,它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數字通信及實時控制中作為信號隔離的介面器件,可以大大增加計算機工作的可靠性。

光耦合器

主要優點是:信號單向傳輸,輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離隔離,輸出信號對輸入端無影響,抗干擾能力強,工作穩定,無觸點,使用壽命長,傳輸效率高。光耦合器是70年代發展起來產新型器件,現已廣泛用於電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈衝放大電路、數字儀錶、遠距離信號傳輸、脈衝放大、固態繼電器(SSR)、儀器儀錶、通信設備及微機介面中。在單片開關電源中,利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路,通過調節控制端電流來改變占空比,達到精密穩壓目的。
工作原理
用於傳遞模擬信號的光耦合器的發光器件為二極體、光接收器為光敏三極體。當有電流通過發光二極體時,便形成一個光源,該光源照射到光敏三極體表面上,使光敏三極體產生集電極電流,該電流的大小與光照的強弱,亦即流過二極體的正向電流的大小成正比。由於光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號來傳輸,因而兩部分之間在電氣上完全隔離,沒有電信號的反饋和干擾,故性能穩定,抗干擾能力強。發光管和光敏管之間的耦合電容小(2pf左右)、耐壓高(2.5KV左右),故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決於兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外,因其輸入電阻小(約10Ω),對高內阻源的雜訊相當於被短接。因此,由光耦合器構成的模擬信號隔離電路具有優良的電氣性能。
非接觸測量轉速
轉矩感測器在旋轉軸上安裝著60條齒縫的測速輪,在感測器外殼上安裝的一隻由發光二極體及光敏三極體組成的槽型光電開關架,測速輪的每一個齒將發光二極體的光線遮擋住時,光敏三極體就輸出一個高電平,當光線通過齒縫射到光敏管的窗口時,光敏管就輸出一個低電平,旋轉軸每轉一圈就可得到60個脈衝,因此,每秒鐘檢測到的脈衝數恰好等於每分鐘的轉速值。

7內部結構

光敏三極體與光敏二極體不同的是有兩個背對相接的PN結。與普通三極體相似的是,它也有電流增益。需要指出的是,因光敏三極體無須電參量控制,所以一般沒有基極引出線,只有集電極C和發射極e兩個引腳,而且外形和光敏二極體極為相似,很難區別開,需認真看清管殼外緣標註的型號,以免混淆。

8技術參數

1、光譜特性
光敏三極體由於使用的材料不同,分為鍺光敏三極體和硅光敏三極體,使用較多的是硅光敏三極體。光敏三極體的光譜特性與光敏二極體是相同的。
2、伏安特性
光敏三極體的伏安特性是指在給定的光照度下光敏三極體上的電壓與光電流的關係。
3、光電特性
光敏三極體的光電特性反映了當外加電壓恆定時,光電流IL與光照度之間的關係。下圖給出了光敏三極體的光電特性曲線光敏三極體的光電特性曲線的線性度不如光敏二極體好,且在弱光時光電流增加較慢。
4、溫度特性
溫度對光敏三極體的暗電流及光電流都有影響。由於光電流比暗電流大得多,在一定溫度範圍內溫度對光電流的影響比對暗電流的影響要小。下兩圖中分別給出了光敏三極體的溫度特性曲線及光敏三極體相對靈敏度和溫度的關係曲線。
5、暗電流ID
在無光照的情況下,集電極與發射極間的電壓為規定值時,流過集電極的反向漏電流稱為光敏三極體的暗電流。
6、光電流IL
在規定光照下,當施加規定的工作電壓時,流過光敏三極體的電流稱為光電流,光電流越大,說明光敏三極體的靈敏度越高。
7、集電極一發射極擊穿電壓VCE
在無光照下,集電極電流IC為規定值時,集電極與發射極之間的電壓降稱為集電極一發射極擊穿電壓。
8、 最高工作電壓VRM
在無光照下,集電極電流Ie 為規定的允許值時,集電極與發射極之間的電壓降稱為最高工作電壓。
9、最大功率PM
最大功率指光敏三極體在規定條件下能承受的最大功率。
10、峰值波長λp
當光敏三極體的光譜響應為最大時對應的波長叫做峰值波長。
11、光電靈敏度
在給定波長的入射光輸入單位為光功率時,光敏三極體管芯單位面積輸出光電流的強度稱為光電靈敏度。
12、響應時間
響應時間指光敏三極體對入射光信號的反應速度,一般為1 X 10-3 --- 1 X 10-7S 。
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