在本教程中，我们将学习光电晶体管，光电晶体管的特性，选择光电晶体管时要考虑的事情，以及几个使用光电晶体管作为光传感器的示例电路。
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简介
在进入光电晶体管的细节之前，让我们刷新我们对传感器的理解，特别是光学传感器。
从电子工程师的角度来看，传感器是一种用电信号响应物理现象或特性的设备。传感器的输入可以是光、声、温等物理量，但输出是电压、电流甚至电荷等电信号，可以通过电子电路和设备进行处理、放大、导通和修改。
上述传感器的定义可以引出传感器的另一种解释，即传感器是一个能量转换器，不管被测量的量是多少，输入的能量都被转换为电能。
传感器有很多种类和类型，如温度传感器、压力传感器、湿度传感器等，但本文讨论的感兴趣的传感器是光学传感器。
(adsense2)什么是光学传感器(光传感器)?
光学传感器又称光传感器或光传感器。光学传感器是一种测量光的强度的设备，通常是在紫外到远红外波长范围内的电磁辐射。
由于非典型光传感器与感光材料对光子的吸收有关，几乎所有的光传感器都分为两类。它们是:
- 量子传感器
- 热传感器
属于量子探测器类别的光学传感器通常在EM光谱的紫外到中红外范围内工作，而属于热探测器的光学传感器则在EM光谱的中红外到远红外范围内工作。
光伏和光导器件，如光电二极管、光电阻器(也称为光依赖电阻或ldr)、光电晶体管等都是固态的例子，即量子探测器类型的半导体光传感器。
什么是光电晶体管?
在了解光电晶体管之前，让我们先简要了解什么是光电二极管。简单地说，光电二极管是一种光学传感PN结二极管，但在反向偏置条件下，因此电流非常低。
当一个具有足够能量的光子(因此，光的波长的依赖性)撞击光电二极管时，一个电子被释放出能量以通过势垒，即在反向偏压期间，当光击中结时，电流会增加。
记住，光电晶体管是一种光电结设备(所以，光电二极管)，它类似于一个普通的晶体管，除了它有一个光敏基端(或集电极-基结，准确地说)。
换句话说，一个光电晶体管可以被认为是一个带有电流放大器的光电二极管。就像光电二极管一样，光电晶体管将光子直接转换为电荷，除此之外，光电晶体管还提供电流增益。
光电晶体管的符号如下所示。
像普通晶体管一样，光电晶体管也有较大的增益，但主要的区别是基极-集电极结的大小。在光电晶体管中，基极-集电极结的尺寸较大，因为它是传感器的光敏区域。
结的尺寸越大，结电容就越大，因此，尽管增益高，但光电晶体管的频率响应比光电二极管低。
操作原理
光电晶体管的工作原理类似于光电二极管与放大晶体管的结合。入射到光电晶体管底座上的光会诱发一个小电流。
这个电流被正常的晶体管作用放大，从而产生显著的大电流。通常，与类似的光电二极管相比，光电晶体管可以提供50到100倍于光电二极管的电流。
光电晶体管的特性
由于光电晶体管基本上是具有大基极-集电极结的双极NPN晶体管，因此光电晶体管的特性与简单的BJT类似。
光电晶体管可分为两导或三导器件。在双导光电晶体管中，基端不可电，器件完全依赖光。
集电极端通常具有比发射极更高的电位，以在基极-集电极结处诱发反向偏置。当没有光落在光电晶体管上时，被称为暗电流的少量泄漏电流从集电极流向发射极。
当有足够的光落在基极上时，就会产生基极电流，它与光的强度成正比。
然后基极电流将触发放大过程和具有高增益流的集电极电流。下图为集电极电流特性曲线。
从上面的曲线可以清楚地看出，随着光强的增加，集电极电流也会增加。
如前所述，光电晶体管也可作为三端器件使用。在这种情况下，Base terminal的使用是可选的。当使用时，它作为一个普通的BJT，当不使用时，它作为一个光电晶体管。
光电晶体管的特性
当选择一个光电晶体管，有一些事情或性质要考虑，以使光电晶体管可以使用在它的最佳状态。
一些重要的属性是:
- 波长
- 线性
- 灵敏度
- 响应时间
- 大小
- 成本
让我们稍微讨论一下这些考虑因素。
如前所述，只有特定能量的光子才能激发电子，这意味着光的波长是一个重要因素。光电晶体管通常有一个它们可以感知的特定波长范围。
光电晶体管的另一个重要特性是输出的线性。输出随光强的线性变化是一个重要的考虑因素。
光电晶体管的灵敏度是输出信号与入射光的输入强度之比。此外，输出对光强变化的响应速度将决定响应时间。
还有另外两件事要考虑，这与光电晶体管的特性无关，即它的尺寸和成本。
使用光电晶体管的电路示例
使用光电晶体管的光操作继电器
当有足够的光落在光电晶体管Q1上时，它打开并为晶体管Q2提供基极电流。结果，Q2打开，继电器通电。
使用光电晶体管的黑暗操作继电器
对光操作继电器电路稍加修改，就可以实现黑暗操作继电器。当它是黑暗或光的强度较低时，光电晶体管是关闭的，这允许适当的晶体管Q2偏置。结果，它被打开，并为继电器提供能量。
光中断报警
使用光电晶体管，可以实现如上所示的简单报警系统。当光落在光电晶体管上，这是通常的情况，它被打开，可控硅的门是低。因此，可控硅保持关闭。
当光被中断时，在入侵的情况下，光电晶体管关闭，这在可控硅门提供了足够的潜力，使其打开。因此，该告警被激活，并可以通过交换机重置。
光电晶体管的应用
- 照明控制
- 报警系统
- 水平指标
- 距离探测器
- 卡片读者
- 编码器
