知識(shí)點(diǎn)光電三極管教學(xué)文稿

電工電子技術(shù)主講：韓振花項(xiàng)目六：常用半導(dǎo)體器件光電三極管明確任務(wù)：光電三極管知識(shí)準(zhǔn)備：光電三極管的工作原理知識(shí)深化：光電三極管的應(yīng)用歸納總結(jié)（一）光電三極管

大家都熟悉路燈在天亮的時(shí)候會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，天黑的時(shí)候會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

首先來(lái)認(rèn)識(shí)一下新的元器件，光電三極管。一、明確任務(wù)（一）光電三極管的結(jié)構(gòu)與外形

以接受光的信號(hào)而將其變換為電氣信號(hào)為目的而制成之晶體管稱為光敏三極管,也叫光電三極管,英文名是PhotoTransister。光電三極管外型及符號(hào)如圖2所示。二、知識(shí)準(zhǔn)備圖2光電三極管外型及符號(hào)（二）光電三極管的基本知識(shí)光電晶體管和普通晶體管類似，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的電流控制，也可以受光的控制。光電晶體管的外形，有光窗、集電極引出線、發(fā)射極引出線和基極引出線（有的沒(méi)有）。制作材料一般為半導(dǎo)體硅，管型為NPN型，國(guó)產(chǎn)器件稱為3DU系列。二、知識(shí)準(zhǔn)備（二）光電三極管的基本知識(shí)光電晶體管的靈敏度比光電二極管高，輸出電流也比光電二極管大，多為毫安級(jí)。但它的光電特性不如光電二極管好，在較強(qiáng)的光照下，光電流與照度不成線性關(guān)系。所以光電晶體管多用來(lái)作光電開(kāi)關(guān)元件或光電邏輯元件。二、知識(shí)準(zhǔn)備（二）光電三極管的基本知識(shí)正常運(yùn)用時(shí)，集電極加正電壓。因此，集電結(jié)為反偏置，發(fā)射結(jié)為正偏置，集電結(jié)為光電結(jié)。基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積卻做得較小，入射光線主要被基區(qū)吸收。與光電二極管一樣，入射光在基區(qū)中激發(fā)出電子與空穴。在基區(qū)漂移場(chǎng)的作用下，電子被拉向集電區(qū)，而空穴被積聚在靠近發(fā)射區(qū)的一邊。二、知識(shí)準(zhǔn)備（二）光電三極管的基本知識(shí)由于空穴的積累而引起發(fā)射區(qū)勢(shì)壘的降低，其結(jié)果相當(dāng)于在發(fā)射區(qū)兩端加上一個(gè)正向電壓，從而引起了倍率為β+1(相當(dāng)于三極管共發(fā)射極電路中的電流增益)的電子注入，這就是硅光電三極管的工作原理。Ic＝Ie＝（1＋β）Ip，β為電流放大倍數(shù)。因此，光電晶體管的電流放大作用與普通晶體管在上偏流電路中接一個(gè)光電二極管的作用是完全相同的。二、知識(shí)準(zhǔn)備（三）光電三極管的工作原理

光敏三極管一般在基極開(kāi)放狀態(tài)使用(外部導(dǎo)線有兩條線的情形比較多)，而將電壓施加至射極、集極之兩個(gè)端子，以便將逆偏壓施至集極接合部。在此狀態(tài)下，光線入射于基極之表面時(shí)，受到反偏壓之基極、集電極間即有光電流(Iλ)流過(guò)，發(fā)射極接地之晶體管的情形也一樣，電流以晶體管之電流放大率(hfe)被放大而成為流至外部端子之光電流(Ic)。達(dá)林頓晶體管工作情況；電流再經(jīng)過(guò)次段之晶體管的電流放大率被放大，其結(jié)果流至外部導(dǎo)線之光電流即為初段之基極、集極間所流過(guò)之光電流與初段及后段之晶體管的電流放大率三者之積。二、知識(shí)準(zhǔn)備（四）光電三極管的特性曲線

（1）光譜特性

光電三極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng)。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降。因?yàn)楣庾幽芰刻。蛔阋约ぐl(fā)電子空穴對(duì)。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)縮短時(shí)，相對(duì)靈敏度也下降，這是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收，并且在表面激發(fā)的電子空穴對(duì)不能到達(dá)PN結(jié)，因而使相對(duì)靈敏度下降。二、知識(shí)準(zhǔn)備（四）光電三極管的特性曲線

（2）伏安特性

光電三極管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶體管在不同的基極電流時(shí)的輸出特性一樣。因此，只要將產(chǎn)生的光電流看作基極電流，就可將光敏三極管看作一般的晶體管。光電三極管能把光信號(hào)變成電信號(hào)，而且輸出的電信號(hào)較大。二、知識(shí)準(zhǔn)備（四）光電三極管的特性曲線（3）溫度特性

光電三極管的溫度特性曲線反映的是光電三極管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。溫度變化對(duì)光電流的影響很小，而對(duì)暗電流的影響很大．所以電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。二、知識(shí)準(zhǔn)備（四）光電三極管的特性曲線（4）頻率特性

光電三極管的頻率特性受負(fù)載電阻的影響，減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，光電三極管的頻率響應(yīng)比光電二極管差。對(duì)于鍺管，入射光的調(diào)制頻率要求在5kHz以下。硅管的頻率響應(yīng)要比鍺管好。二、知識(shí)準(zhǔn)備（五）光電三極管的選用

在實(shí)際選用光敏三極管時(shí)，應(yīng)注意按參數(shù)要求選擇管型。如要求靈敏度高，可選用達(dá)林頓型光敏三極管；如要求響應(yīng)時(shí)間快，對(duì)溫度敏感性小，就不選用光敏三極管而選用光敏二極管。探測(cè)暗光一定要選擇暗電流小的管子，同時(shí)可考慮有基極引出線的光敏三極管，通過(guò)偏置取得合適的工作點(diǎn)，提高光電流的放大系數(shù)。例如，探測(cè)10-3勒克斯的弱光，光敏三極管的暗電流必須小于0.1nA。二、知識(shí)準(zhǔn)備（一）光電三極管的應(yīng)用1.亮通光電控制電路

當(dāng)有光線照射于光電器件上時(shí)，使繼電器有足夠的電流而動(dòng)作，這種電路稱為亮通光電控制電路，也叫明通控制電路。最簡(jiǎn)單的亮通電路如圖9所示。

三、知識(shí)深化圖9亮通光電控制電路（一）光電三極管的應(yīng)用2.暗通光電控制電路

如果光電繼電器不受光照時(shí)能使繼電器動(dòng)作，而受光照時(shí)繼電器釋放，則稱它為暗通控制電路。另一種方法是在亮通電路的基礎(chǔ)上加一級(jí)倒相器，也可完成暗通電路的作用。

三、知識(shí)深化圖10暗通光電控制電路光電三極管