基本介紹
- 中文名：光敏三極體
- 外文名：Photosensitive transistor
- 作用：放大電流，傳輸信號
- 控制方式：基極電路和電流，光輻射
- 又名：光電三極體
- 優點：具有很高的靈敏度
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簡介
光敏三極體, 也稱光電三極體或光電電晶體, 它是作為光感測器的敏感部分, 已在光的檢測、信息的接受、傳輸、隔離等方面獲得廣泛的套用, 成為各行各業自動控制必不可少的器件。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（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。
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。
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，管子的晶片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片上。
電晶體介紹
晶體三極體
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。矽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。
光敏電晶體
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。光敏電晶體就是一種重要的衍生物。視覺是人體最重要的感覺，因此，通過光來控制電路十分精妙，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，因此套用比二極體更加廣泛。 光敏三極體還可用於測量光亮度，經常與發光二極體配合使用作為信號接收裝置。
套用
測光亮度
在教室圖書館，很多時候日光燈白天也亮著，在宿舍裡面，日光燈經常是晝夜不息，同學們對這種浪費已經習以為常了。有的同學早晨去教室，雖然教室很明亮但還要開燈，雖然一盞日光燈不會浪費多少資源，但積少成多，浪費就是很大了。因此，我們可以在教室安裝一個控制電路，當亮度達到一定程度的時候，使得教室裡面和宿舍裡面日光燈將無法啟動。我們可以利用光敏三極體附加電磁繼電器來完成這個電路。採光點的選取是一個關鍵，因為並不是每一個教室的明亮程度都是相同的，我們可以採用多點取樣來達到這個要求。例如在教室中安放20個光敏三極體，我們可以設定，如果他們全部或者大部分亮度都很高，那么，日光燈就無法正常啟動 ，達到節約能源的目的。
還有一種情況，就是如果有一天天空布滿了烏雲，亮度不夠，那么日光燈可以開啟了。但是不久雲開霧散，天氣放晴，日光燈不會自動關閉。同樣造成很大浪費。可以在採光點所在的教室外面再安裝一個採光點，當室內外強度的差值縮小到一定範圍時，我們可以認為日光燈的作用可以忽略了，日光燈就會自動關閉。
另外一種情況，如果教室外面正下雨，教室裡面日光燈亮著，此時窗外一個閃電，使得外面很亮，日光燈就關閉了，這會造成麻煩。因此要避免這種問題。方法就是在電路中安裝計數器，使得亮度差維持一定時間才可以使日光燈強制關閉。
綜上所述，我們可以利用光敏三極體設計一個電路，使得日光燈無法正常啟動或者被強制關閉從而達到節約能源的目的。
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套用。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，再經過進一步放大後輸出。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接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。
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。
技術參數
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矽光敏三極體，使用較多的是矽光敏三極體。光敏三極體的光譜特性與光敏二極體是相同的。
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。
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。
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。
溫度特性
溫度特性暗電流
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ID。
光電流
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IL，光電流越大，說明光敏三極體的靈敏度越高。
集電極一發射極擊穿電壓
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。
最高工作電壓
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VRM
最大功率
最大功率指光敏三極體在規定條件下能承受的最大功率PM。
峰值波長
當光敏三極體的光譜回響為最大時對應的波長叫做峰值波長λp
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。
回響時間
回響時間指光敏三極體對入射光信號的反應速度，一般為1×10-3— 1×10-7S 。
