詳解光電晶體管及光電晶體管電路-KIA MOS管

什么是光電晶體管？

光電二極管可以產(chǎn)生光電流，因?yàn)樗慕Y(jié)暴露在入射光下。除了暴露的半導(dǎo)體材料是雙極結(jié)型晶體管 （BJT）的基極之外，光電晶體管的功能與此類(lèi)似。

光電晶體管被描繪為 BJT，其中基極被移除，箭頭表示基極對(duì)光敏感。本文中的其他圖表僅描繪了 NPN 光電晶體管。

有兩種方法可以考慮光電晶體管的行為。

首先，可以用入射光的強(qiáng)度來(lái)替換流入普通晶體管基極的電流量。在有源模式 BJT 行為的基本模型中，輸出電流（即集電極電流）是輸入電流（即基極電流）乘以稱(chēng)為 beta （β） 的增益參數(shù)。

對(duì)于光電晶體管，入射光就像是施加到基極的微弱信號(hào)，輸出電流遠(yuǎn)高于我們對(duì)光電二極管的預(yù)期，因?yàn)榫w管能夠在內(nèi)部放大施加到基極的信號(hào)。

其次，可以想象一個(gè)光電晶體管是一個(gè) BJT，其基極連接了一個(gè)光電二極管，這樣晶體管的輸入信號(hào)就是光電二極管產(chǎn)生的光電流。

在這個(gè)概念中，BJT 就像一個(gè)附加的半導(dǎo)體器件，它將電流增益應(yīng)用于光電二極管的輸出信號(hào)。

光電晶體管在概念上等同于驅(qū)動(dòng)雙極結(jié)型晶體管基極的光電二極管。請(qǐng)注意光電二極管的方向：光電流始終是反向電流，光電二極管的方向使光電流流入基極。

光電晶體管電路

與光電二極管一樣，光電晶體管的目標(biāo)是從光生電流產(chǎn)生可用的輸出電壓。由于光電晶體管在其半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中內(nèi)置了放大功能，因此我們不需要基于運(yùn)算放大器的跨阻放大器 （TIA）。

相反，我們可以使用在非光敏 BJT 應(yīng)用中已經(jīng)知道的放大器配置。

共集電極和共發(fā)射極結(jié)構(gòu)是用于將光轉(zhuǎn)換為電壓都可行的選擇。如果想要更高的照度以產(chǎn)生更高的輸出電壓，那么可能會(huì)喜歡共集電極放大器。

可以使用共集電極或共發(fā)射極放大器配置將您的光電晶體管變成一個(gè)照度-電壓轉(zhuǎn)換器。

光電晶體管與光電二極管

光電晶體管似乎是對(duì)光電二極管的重大改進(jìn)，但它們并不像想象的那么受歡迎。內(nèi)部電流放大理論上是一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)，但有很多資源可以幫助工程師設(shè)計(jì)高性能 TIA。

此外，光電晶體管在一些重要方面是劣勢(shì)的。

光電晶體管在照度和輸出電流之間保持線(xiàn)性關(guān)系的能力較差。如果只需要一個(gè)產(chǎn)生數(shù)字輸出電壓的開(kāi)/關(guān)光檢測(cè)器，這并不重要。

光電二極管的響應(yīng)速度比光電晶體管快。寬帶寬的重要性取決于應(yīng)用的要求，在許多情況下，光電晶體管就完全足夠了。

與光電二極管相比，光電晶體管中的重要性能規(guī)格對(duì)溫度更敏感。如果產(chǎn)品始終在室溫下運(yùn)行，則這不是問(wèn)題。如果使用汽車(chē)或軍事系統(tǒng)，光電晶體管的溫度引起的性能變化可能會(huì)麻煩。

結(jié)論

光電晶體管提供更高的光生輸出電流，同時(shí)施加一些性能限制。在很多應(yīng)用中，使用光電晶體管并消除 TIA 的成本和復(fù)雜性是有意義的。

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