知识点光电三极管教学文稿

电工电子技术主讲：韩振花项目六：常用半导体器件光电三极管明确任务：光电三极管知识准备：光电三极管的工作原理知识深化：光电三极管的应用归纳总结（一）光电三极管

大家都熟悉路灯在天亮的时候会自动关闭，天黑的时候会自动开启。这是如何实现的呢？

首先来认识一下新的元器件，光电三极管。一、明确任务（一）光电三极管的结构与外形

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,也叫光电三极管,英文名是PhotoTransister。光电三极管外型及符号如图2所示。二、知识准备图2光电三极管外型及符号（二）光电三极管的基本知识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。二、知识准备（二）光电三极管的基本知识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。二、知识准备（二）光电三极管的基本知识正常运用时，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。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。二、知识准备（二）光电三极管的基本知识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。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。二、知识准备（三）光电三极管的工作原理

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)。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。二、知识准备（四）光电三极管的特性曲线

（1）光谱特性

光电三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光的波长缩短时，相对灵敏度也下降，这是由于光子在半导体表面附近就被吸收，并且在表面激发的电子空穴对不能到达PN结，因而使相对灵敏度下降。二、知识准备（四）光电三极管的特性曲线

（2）伏安特性

光电三极管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。因此，只要将产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极管看作一般的晶体管。光电三极管能把光信号变成电信号，而且输出的电信号较大。二、知识准备（四）光电三极管的特性曲线（3）温度特性

光电三极管的温度特性曲线反映的是光电三极管的暗电流及光电流与温度的关系。温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的影响很大．所以电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。二、知识准备（四）光电三极管的特性曲线（4）频率特性

光电三极管的频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说，光电三极管的频率响应比光电二极管差。对于锗管，入射光的调制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。二、知识准备（五）光电三极管的选用

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。二、知识准备（一）光电三极管的应用1.亮通光电控制电路

当有光线照射于光电器件上时，使继电器有足够的电流而动作，这种电路称为亮通光电控制电路，也叫明通控制电路。最简单的亮通电路如图9所示。

三、知识深化图9亮通光电控制电路（一）光电三极管的应用2.暗通光电控制电路

如果光电继电器不受光照时能使继电器动作，而受光照时继电器释放，则称它为暗通控制电路。另一种方法是在亮通电路的基础上加一级倒相器，也可完成暗通电路的作用。

三、知识深化图10暗通光电控制电路光电三极管