什么是光電晶體管？

光電二極管可以產(chǎn)生光電流，因為它的結(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，你可以用入射光的強度來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）乘以稱為 beta （β） 的增益參數(shù)。對于光電晶體管，入射光就像是施加到基極的微弱信號，輸出電流遠(yuǎn)高于我們對光電二極管的預(yù)期，因為晶體管能夠在內(nèi)部放大施加到基極的信號。

其次，您可以想象一個光電晶體管是一個 BJT，其基極連接了一個光電二極管，這樣晶體管的輸入信號就是光電二極管產(chǎn)生的光電流。在這個概念中，BJT 就像一個附加的半導(dǎo)體器件，它將電流增益應(yīng)用于光電二極管的輸出信號。

光電晶體管在概念上等同于驅(qū)動雙極結(jié)型晶體管基極的光電二極管。請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算放大器的跨阻放大器 （TIA）。相反，我們可以使用我們在非光敏 BJT 應(yīng)用中已經(jīng)知道的放大器配置。

的共集電極和共發(fā)射極結(jié)構(gòu)是用于將光轉(zhuǎn)換為電壓都可行的選擇。我更喜歡共發(fā)射極方法，因為我覺得它更直觀，但如果您更喜歡避免反轉(zhuǎn)——即，如果您想要更高的照度以產(chǎn)生更高的輸出電壓，那么您可能會喜歡共集電極放大器。

您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光電二極管的重大改進，但它們并不像您想象的那么受歡迎。內(nèi)部電流放大理論上是一個重要的優(yōu)勢，但有很多資源可以幫助工程師設(shè)計高性能 TIA，我更喜歡 TIA 方法。

此外，光電晶體管在一些重要方面是劣勢的。

光電晶體管在照度和輸出電流之間保持線性關(guān)系的能力較差。如果您只需要一個產(chǎn)生數(shù)字輸出電壓的開/關(guān)光檢測器，這并不重要。我的光敏應(yīng)用往往需要模擬輸出信號，我本能地貶低光電晶體管的有限線性。

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。同時，您不希望圍繞光電晶體管設(shè)計您的系統(tǒng)，然后在一年后當(dāng)有人想要將最大工作頻率提高一個數(shù)量級時被迫對設(shè)計進行大修。

與光電二極管相比，光電晶體管中的重要性能規(guī)格對溫度更敏感。如果您的產(chǎn)品始終在室溫下運行，則這不是問題。如果您使用汽車或軍事系統(tǒng)，光電晶體管的溫度引起的性能變化可能會導(dǎo)致頭痛。

結(jié)論

光電晶體管提供更高的光生輸出電流，同時施加一些性能限制。我喜歡光電二極管；盡管如此，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。
責(zé)任編輯人：CC