特殊晶体管：光敏晶体管的光谱特性、伏安特性和温度特性

1.光敏晶体管内部结构

光敏晶体管与光敏二极管不同的是有两个背对相接的PN结。与普通晶体管相似的是，它也有电流增益。需要指出的是，因光敏晶体管无须电参量控制，所以一般没有基极b引出线，只有集电极c和发射极e两个引脚，而且外形和光敏二极管极为相似，很难区分，需认真看清管壳外缘标注的型号，以免混淆，如图2-60所示。

图2-59 带阻尼晶体管

图2-60 光敏晶体管

当具有光敏特性的PN结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极b进入发射极e，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。不同材料制成的光敏晶体管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。

2.光敏晶体管的特点

光敏晶体管用于测量光亮度，经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置。光敏晶体管的另一个作用是传输信号光耦合器（Optical Coupler，OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号，对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以广泛应用于各种电路中，目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入、输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因此其具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻器件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离器件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是20世纪70年代发展起来的新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器（SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

3.光敏晶体管工作原理

光敏晶体管和普通晶体管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。通常基极b不引出，但一些光敏晶体管的基极b有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。

用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏晶体管。当有电流通过发光二极管时，便形成一个光源，该光源照射到光敏晶体管表面上，使光敏晶体管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因而两部分之间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能稳定，抗干扰能力强。发光管和光敏管之间的耦合电容小（2pF左右）、耐压高（2.5kV左右），故共模抑制比很高。输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。此外，由于其输入电阻小（约10Ω），对高内阻源的噪声相当于被短接，因此，由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。

4.技术特性及参数

（1）光谱特性

光敏晶体管由于使用的材料不同，分为锗光敏晶体管和硅光敏晶体管，使用较多的是硅光敏晶体管。光敏晶体管的光谱特性与光敏二极管是相同的。

（2）伏安特性

光敏晶体管的伏安特性是指在给定的光照度下光敏晶体管上的电压与光电流的关系。

（3）光电特性

光敏晶体管的光电特性反映了当外加电压恒定时，光电流I_L与光照度之间的关系。光敏晶体管的光电特性曲线的线性度不如光敏二极管好，且在弱光时光电流增加较慢。

（4）温度特性

温度对光敏晶体管的暗电流及光电流都有影响。由于光电流比暗电流大得多，在一定温度范围内温度对光电流的影响比对暗电流的影响要小。(www.xing528.com)

（5）暗电流I_D

在无光照的情况下，集电极c与发射极e间的电压为规定值时，流过集电极c的反向漏电流称为光敏晶体管的暗电流。

（6）光电流I_L

在规定光照下，当施加规定的工作电压时，流过光敏晶体管的电流称为光电流，光电流越大，说明光敏晶体管的灵敏度越高。

（7）集电极—发射极击穿电压U_ce

在无光照下，集电极电流I_c为规定值时，集电极c与发射极e之间的电压降称为集电极—发射极击穿电压。

（8）最高工作电压U_RM

在无光照下，集电极电流I_e为规定的允许值时，集电极c与发射极e之间的电压降称为最高工作电压。

（9）最大功率P_M

最大功率指光敏晶体管在规定条件下能承受的最大功率。

（10）峰值波长λ_p

当光敏晶体管的光谱响应为最大时对应的波长叫做峰值波长。

（11）光电灵敏度

在给定波长的入射光输入时，光敏晶体管管心单位面积输出光电流的强度称为光电灵敏度。

（12）响应时间

响应时间指光敏晶体管对入射光信号的反应速度，一般为1×10^-7～1×10^-3 s。

（13）开关时间

1）脉冲上升时间tτ：光敏晶体管在规定工作条件下调节输入的脉冲光，使光敏晶体管输出相应的脉冲电流至规定值，以输出脉冲前沿幅度的10%～90%所需的时间。

2）脉冲下降时间t_t：以输出脉冲后沿幅度的90%～10%所需的时间。

3）脉冲延迟时间t_d：从输入光脉冲开始到输出电脉冲前沿的10%所需的时间。

4）脉冲储存时间t_s：当输入光脉冲结束后，输出电脉冲下降到脉冲幅度的90%所需的时间。