光電三極管也稱光敏三極管

1、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(dǎo)體光電器件。比光電二極管靈敏得多，光照集中電結(jié)附近區(qū)域。利用雪崩倍增效應(yīng)可獲得具有內(nèi)增益的半導(dǎo)體光電二極管（APD）,而采用一般晶體管放大原理，可得到另一種具有電流內(nèi)增益的光伏探測器，即光電三極管。它的普通雙極晶體管十分相似，都是由兩個(gè)十分靠近的p-n結(jié)-發(fā)射結(jié)和集電結(jié)構(gòu)成，并均具有電流發(fā)大作用。為了充分吸收光子，光電三極管則需要一個(gè)較大的受光面，所以，它的響應(yīng)頻率遠(yuǎn)低于光電二極管。12.1機(jī)構(gòu)與工作原理光電三極管是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光電二極管的普通三極管，因此，結(jié)構(gòu)與一般晶體管類似，但也有其特殊地方。如圖2.1.1所示

2、。圖中e.b.c分別表示光電三極管的發(fā)射極.基極和集電極。正常工作時(shí)保證基極-集電極結(jié)（bc結(jié)）為反偏正狀態(tài)，并作為受光結(jié)（即基區(qū)為光照區(qū)）。光電三極管通常有npn和pnp型兩種結(jié)構(gòu)。常用的材料有硅和鍺。例如用硅材料制作的npn結(jié)構(gòu)有3DU型，pnp型有3GU型。采用硅的npn型光電三極管其暗電流比鍺光電三極管小，且受溫度變化影響小，所以得到了廣泛應(yīng)用。2光電三極管的工作有兩個(gè)過程，一是光電轉(zhuǎn)換;二是光電流放大。光電轉(zhuǎn)換過程是在集-基結(jié)內(nèi)進(jìn)行，它與一般光電二極管相同。3當(dāng)集電極加上相對于發(fā)射極為正向電壓而基極開路時(shí)（見圖2.1.1（b），則b-c結(jié)處于反向偏壓狀態(tài)。無光照時(shí)，由于熱激發(fā)而產(chǎn)生的

3、少數(shù)載流子，電子從基極進(jìn)入集電極，空穴則從集電極移向基極，在外電路中有電流（即暗電流）流過。當(dāng)光照射基區(qū)時(shí)，在該區(qū)產(chǎn)生電子-空穴對，光生電子在內(nèi)電場作用下漂移到集電極，形成光電流，這一過程類似于光電二極管。于此同時(shí)，空穴則留在基區(qū)，使基極的電位升高，發(fā)射極便有大量電子經(jīng)基極流向集電極，總的集電極電流為 IC=IP +I P=（1+）IP 2.1.1 圖2.1.1光電三極管結(jié)構(gòu)及工作原理 （a）結(jié)構(gòu)示意圖 （b）光電變換原理 （c）電流放大作用式中為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)。因此，光電三極管等效于一個(gè)光電二極管與一般晶體管基極-集電極結(jié)的并聯(lián)。它是把基極-集電極光電二極管的電流（光電流IP）放大倍的

4、光伏探測器，可用圖2.1.1（c）來表示。與一般晶體管不同的是集電極電流IC由基極-集電極結(jié)上產(chǎn)生的光電流IP=Ib控制。也就是說，集電結(jié)起雙重作用，一是把光信號變成電信號起光電二極管的作用；二是將光電流放大，起一般晶體三極管的集電極的作用。42.2光電三極管的等效電路 根據(jù)光電三極管的工作原理，我們可以比較容易的畫出他的等效電路。由于它的集電結(jié)勢壘電容Ccb遠(yuǎn)小于發(fā)射結(jié)勢壘電容Cbe,我們可以得到如圖2.2.1光電三極管的交流等效電路，圖中ip為集電結(jié)光電二極管的電流源，Cbe為發(fā)射結(jié)電容；rbe為發(fā)射結(jié)正向微分交流電阻；iLw為放大后的電流源；iL=ip;為光電三極管的放大倍數(shù)；Rce為集

5、電極發(fā)射極電阻；Cce為集電極發(fā)射極間電容；RL為負(fù)載電阻。由圖5-40等效電路， 圖 2.2.1 光電三極管交流等效電流 （a）符號 （b）等效電路可以得到負(fù)載電阻兩端的輸出電壓V0為 2.2.1式中， ， 為入射光信號的角頻率，選擇合適的負(fù)載，使得 ，則 ,輸出電壓為 2.2.2由上式可看出，當(dāng)輸入光信號時(shí)，由于發(fā)射結(jié)電容相對較大，造成對信號的分流，將使有效輸出信號減小。此外，電容 的旁路也會減少流過 的輸出電流。利用光電三極管的等效電路在計(jì)算機(jī)和分析它的時(shí)間響應(yīng)和輸出外特性是非常方便的。52.3光電三極管的特性參數(shù)2.3.1伏安特性 圖2.3.1表示光電三極管的 關(guān)系曲線。由圖可見，光電

6、三極管在偏壓為零時(shí)，集電流為零。當(dāng)有光照時(shí)，光電三極管輸出電流比同樣光照下光電二極管的輸出電流大 倍。圖中曲線還表明，在光功率等間距增大的情況下，輸出電流并不等間距增大，這是由于電流放大倍數(shù) 隨信號光電流的增大而增大所引起的。 圖2.3.1 光電三極管 關(guān)系曲線2.3.2頻率響應(yīng) 光電三極管的頻率響應(yīng)與 結(jié)的結(jié)構(gòu)及外電路有關(guān)。通常需考慮：少數(shù)載流子對發(fā)射結(jié)和收集結(jié)勢壘電容（ 和 ）的充放電時(shí)間;少數(shù)載流子渡越基區(qū)所需時(shí)間；少數(shù)載流子掃過收集勢壘區(qū)的渡越時(shí)間；通過收集結(jié)到達(dá)收集區(qū)的電流流經(jīng)收集區(qū)及外負(fù)載電阻產(chǎn)生的結(jié)壓將，使收集結(jié)電荷量改變的時(shí)間常數(shù)。于是光電三極管總響應(yīng)時(shí)間應(yīng)為上述各個(gè)時(shí)間之和。

7、因此，光電三極管的響應(yīng)時(shí)間比光電二極管的要長的多。由于光電三極管廣泛應(yīng)用于各種光電控制系統(tǒng)，其輸入光信號多為脈沖信號，即工作在大信號或開關(guān)狀態(tài)，因而光電三極管的響應(yīng)時(shí)間或響應(yīng)頻率將是光電三極管的重要參數(shù)。6 為改善光電三極管的響應(yīng)頻率，從光電三極管的等效電路可知道應(yīng)盡可能減少 和 時(shí)間常數(shù)。一方面在工藝上設(shè)法減小結(jié)電容 . 等；另一方面要合理選擇負(fù)載電阻 ，減小電路時(shí)間常數(shù)。圖2.3.2給出了在不同負(fù)載電阻 下，光電三極管輸出電壓的相對值與入射光調(diào)制頻率的關(guān)系。由圖可知， 愈大，高頻響應(yīng)將愈差。減小 可以改善頻率特性。但 降低會導(dǎo)致輸出電壓下降。因此，在實(shí)際使用時(shí)，合理選擇 和利用高增益運(yùn)算放

8、大器作后級電壓放大，可得到高的輸出電壓并改善頻率響應(yīng)。此外，為改善頻率響應(yīng)，減小體積，提高增益，電路上常采用高增益.低輸入阻抗的運(yùn)算放大器與之配合。圖2.3.3（a）（b）分別表示達(dá)林頓光電晶體管的集成電路示意圖。實(shí)際使用光電三極管時(shí)常采用帶基極引線的光電三極管，并提供一定的基極電流。對無基極引線的光電三極管，則給予一定照度的背景光，使其工作于線性放大區(qū)，以得到較大的集電極電流，這將有利于提高光電三極管的頻率響應(yīng)。圖2.3.4給出了光電三極管響應(yīng)時(shí)間與集電極電流 的關(guān)系，由圖可知，增加集電極電流 可減小光電三極管的響應(yīng)時(shí)間，即提高光電三極管的工作頻率。7 圖2.3.2光電三極管的頻率響應(yīng)曲線 圖2.3.3 光電三極管達(dá)林頓集成電路示意圖（a）光