光電三極管

光電三極管

半導體光電器件
光電三極管也是一種晶體管,它有三個電極。當光照強弱變化時,電極之間的電阻會随之變化。光電三極管的時間響應常和PN結的結構及偏置電路等參數有關。光電三極管是在光電二極管的基礎上發展起來的光電器件,它本身具有放大功能。由于空穴的積累而引起發射區勢壘的降低,其結果相當于在發射區兩端加上一個正向電壓,從而引起了倍率為β+1(相當于三極管共發射極電路中的電流增益)的電子注入,這就是矽光電三極管的工作原理。光電三極管主要應用于開關控制電路及邏輯電路。光電三極管在偏置電壓為零時,無論光照度有多強,集電極電流都為零。光電三極管的伏安特性曲線向上偏斜,間距增大。
    中文名:光電三極管 外文名: 别名: 制作材料:半導體矽 管型:NPN型 國産器件名稱:3DU系列 所屬:半導體光電器件

簡述

光電三極管也稱光敏三極管,它的電流受外部光照控制,是一種半導體光電器件。光電三極管是一種相當于在三極管的基極和集電極之間接入一隻光電二極管的三極管,光電二極管的電流相當于二極管的基極電流。因為具有電流放大作用,光電三極管比光電二極管靈敏得多,在集電極可以輸出很大的光電流。n

光電三極管有塑封、金屬封裝(頂部為玻璃鏡窗口)、陶瓷、樹脂等多種封裝結構,引腳分為兩腳和三腳型。一般兩個管腳的光電三極管,管腳分别為集電極和發射極,而光窗口則為基極。n

在無光照射時,光電三極管處于截止狀态,無電信号輸出。當光信号照射光電三極管的基極時,光電三極管導通,首先通過光電二極管實現光電轉換,再經由三極管實現光電流的放大,從發射極或集電極輸出放大後的電信号。

基本結構

光電晶體管和普通晶體管類似,也有電流放大作用。隻是它的集電極電流不隻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、發射極引出線和基極引出線(有的沒有)。

制作材料一般為半導體矽,管型為NPN型,

國産器件稱為3DU系列。

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。

但它的光電特性不如光電二極管好,在較強的光照下,光電流與照度不成線性關系。

所以光電晶體管多用來作光電開關元件或光電邏輯元件。

正常運用時,集電極加正電壓。因此,集電結為反偏置,發射結為正偏置,集電結為光電結。

當光照到集電結上時,集電結即産生光電流Ip向基區注入,同時在集電極電路即産生了一個被放大的電流Ic(=Ie=(1+β)Ip)β為電流放大倍數。

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光電二極管的作用是完全相同的。

工作原理

光電三極管是在光電二極管的基礎上發展起來的光電器件,它本身具有放大功能。

目前的光電三極管是采用矽材料制作而成的。這是由于矽元件較鍺元件有小得多的暗電流和較小的溫度系數。矽光電三極管是用N型矽單晶做成N—P—N結構的。管芯基區面積做得較大,發射區面積卻做得較小,入射光線主要被基區吸收。與光電二極管一樣,入射光在基區中激發出電子與空穴。在基區漂移場的作用下,電子被拉向集電區,而空穴被積聚在靠近發射區的一邊。由于空穴的積累而引起發射區勢壘的降低,其結果相當于在發射區兩端加上一個正向電壓,從而引起了倍率為β+1(相當于三極管共發射極電路中的電流增益)的電子注入,這就是矽光電三極管的工作原理。

光電三極管的應用電路

光電三極管主要應用于開關控制電路及邏輯電路。

測試方法

(1)電阻測量法(指針式萬用表1kΩ擋)。黑表筆接c極,紅表筆接e極,無光照時指針微動(接近∞),随着光照的增強電阻變小,光線較強時其阻值可降到幾kΩ~1kΩ以下。再将黑表筆接e極,紅表筆接c極,有無光照指針均為∞(或微動),這管子就是好的。

(2)測電流法。工作電壓5V,電流表串接在電路中,c極接正,e極接負。無光照時小于0?3μA;光照增加時電流增加,可達2~5mA。

若用數字式萬用表20kΩ擋測試,紅表筆接c極,黑表筆接e極,完全黑暗時顯示1,光線增強時阻值随之降低,最小可達1kΩ左右。

基本特性

伏安曲線

光電三極管在偏置電壓為零時,無論光照度有多強,集電極電流都為零。偏置電壓要保證光電三極管的發射結處于正向偏置,而集電結處于反向偏置。随着偏置電壓的增高伏安特性曲線趨于平坦。

光電三極管的伏安特性曲線向上偏斜,間距增大。這是因為光電三極管除具有光電靈敏度外,還具有電流增益β,并且,β值随光電流的增大而增大。

時間響應

光電三極管的時間響應常和PN結的結構及偏置電路等參數有關。

光電三極管的時間響應由以下四部分組成:

①光生載流子對發射結電容Cbe和集電結電容Cbc的充放電時間;

②光生載流子渡越基區所需要的時間;

③光生載流子被收集到集電極的時間;

④輸出電路的等效負載電阻RL和等效電容Cce所構成的RC時間;

總時間常數為上述四項和。比光電二極管的時間響應長。

溫度影響

矽光電二極管和矽光電三極管的暗電流Id和光電流IL均随溫度而變化,由于矽光電三極管具有電流放大作用,所以矽光電三極管的暗電流Id和亮電流IL受溫度的影響要比矽光電二極管大得多。

光譜響應

光電二極管和光電三極管具有相同的光譜響應。它的響應範圍為0.4~1.1μm,峰值波長為0.85μm。

種類選擇

由外觀上,可以區分為罐封閉型和樹脂封入型,而各型又可分别分為附有透鏡之型式及單純附有窗口之型式.就半導體晶方言之,材料有矽(Si)和鍺(Ge),大部份為矽.在晶方構造方面,可分為普通晶體管型和達林頓晶體管型.再從用途加以分類時,可以分為以交換動作為目的之光敏三極管和需要直線性之光敏三極管,但光敏三極管的主流為交換組件,需要直線性時,通常使用光二極管.

在實際選用光敏三極管時,應注意按參數要求選擇管型.如要求靈敏度高,可選用達林頓型光敏三極管;如要求響應時間快,對溫度敏感性小,就不選用光敏三極管而選用光敏二極管.探測暗光一定要選擇暗電流小的管子,同時可考慮有基極引出線的光敏三極管,通過偏置取得合适的工作點,提高光電流的放大系數.例如,探測10-3勒克斯的弱光,光敏三極管的暗電流必須小于0.1nA.

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