光电晶体管

什么是光电晶体管？

光电晶体管是一种双极结晶体管（BJT），将光电二极管和晶体管的概念结合为一个单一的设备。光电二极管是一种半导体设备，将入射光转换为称为光电流的电流，而晶体管则是调节和放大电压或电流流动的设备。

在普通晶体管中，集电极到发射极的电流流动取决于基极电流。而在光电晶体管中，由于入射光而在基区产生的光电流充当基极电流，调节集电极到发射极的电流。这种设备非常适合用于光检测、电子开关和电流放大应用。

与普通晶体管一样，光电晶体管有三个区域或层和两个结。这些区域是发射极、基极和集电极，结位于发射极-基极和基极-集电极接口之间。这些结被称为耗尽区或空间电荷层（SCL），它们在这些区域内包含电场，因为电子和空穴在这些区域中被分离。

发射极和集电极区域各自有其端子，并连接到偏置电压。由于光电流充当基极电流，光电晶体管不需要基极端子，但基区的面积较大，以便收集入射光子。

入射到光电晶体管的光子在基极-集电极结中被吸收以生成电子-空穴对。这里存在的电场将使电子和空穴分别向相反方向漂移；电子朝向集电极端子移动，而空穴朝向基区移动；从而产生基极电流，导致发射极区域的电子被注入到基区。这导致形成一个放大的集电极-发射极电流，具体取决于设备的电流增益。

通常，晶体管封装在金属或塑料外壳中，因为它们对光敏感。然而，光电晶体管设计用于在光照下工作，因此使用透明封装。它具有较大的基区和集电极区域，且它们的结对入射光是光学可接触的。此外，这种设备设计为具有高光敏感性。

上述图中显示了npn配置的光电晶体管符号。

光电晶体管作为电流放大器

可以使用光电晶体管实现多种电路配置。其中，普通发射极和普通集电极配置可以作为放大电路 

在普通发射极配置中，负载电阻连接供电电压到集电极引脚。该电路的输出取自集电极。对于普通集电极配置，负载电阻用于将发射极区域接地。该电路的输出在发射极引脚处获得。

在普通发射极配置中，当入射光缺失时，光电流或基极电流实际上为零，因此光电晶体管处于“关闭”状态。因此，施加的偏置电流将作为输出。随着入射光的增加，产生的光电流将增加；这反过来会被放大，因此光电晶体管从集电极区域到发射极区域的电流将增加。结果，集电极输出将减小。

在普通集电极配置中，当入射光缺失时，光电流或基极电流实际上为零，因此光电晶体管处于“关闭”状态。因此，发射极负载的输出将几乎为零安培。随着入射光的增加，产生的光电流将增加；这反过来会被放大，因此光电晶体管从集电极区域到发射极区域的电流将增加。结果，发射极输出将增加。

光电晶体管可以在低光照水平下作为电流放大器。它可以根据入射到基极-集电极结的光产生的光电流放大电流流动。通常使用合适的集电极负载来使放大线性成比例。

光电晶体管作为开关

当几乎没有入射光时，晶体管中实际上不会有电流流动，此状态可以定义为“关闭”状态。随着光电晶体管上的入射光增加，电流流动也增加。最终，光电晶体管达到饱和状态，此时电流流动的数量无法进一步增加。此状态可以定义为“打开”状态。因此，通过调节入射光强度，光电晶体管可以作为电子开关操作。

光电晶体管还用于光隔离器、光中断器、接近检测器、计数系统、编码器传感器、打印机、光学控制遥控器、光检测器、液位指示及继电器系统和报警系统。