[科普中国]-光电三极管

光电三极管是一种晶体管，它有三个电极，其中基极未引出。当光照强弱变化时，电极之间的电阻会随之变化。光电三极管可以根据光照的强度控制集电极电流的大小，从而使光电三极管处于不同的工作状态，光电三极管仅引出集电极和发射极，基极作为光接收窗口。

简述光电三极管也称光敏三极管，它的电流受外部光照控制，是一种半导体光电器件。光电三极管是一种相当于在三极管的基极和集电极之间接入一只光电二极管的三极管，光电二极管的电流相当于二极管的基极电流。因为具有电流放大作用，光电三极管比光电二极管灵敏得多，在集电极可以输出很大的光电流。

光电三极管有塑封、金属封装(顶部为玻璃镜窗口)、陶瓷、树脂等多种封装结构，引脚分为两脚和三脚型。一般两个管脚的光电三极管，管脚分别为集电极和发射极，而光窗口则为基极。

在无光照射时，光电三极管处于截止状态，无电信号输出。当光信号照射光电三极管的基极时，光电三极管导通，首先通过光电二极管实现光电转换，再经由三极管实现光电流的放大，从发射极或集电极输出放大后的电信号。1

工作原理光电三极管的基本结构和普通三极管一样，有两个PN结。图1为NPN型，b-c结为受光结，吸收入射光，基区面积较大，发射区面积较小。、当光入射到基极表面，产生光生电子-空穴对，会在b-c结电场作用下，电子向集电极漂移，而空穴移向基极，致使基极电位升高，在c、e间外加电压作用下(c为+、e为-)大量电子由发射极注入，除少数在基极与空穴复合外，大量通过极薄的基极被集电极收集，成为输出光电流。

总之，光电三极管工作原理分为两个过程：一是光电转换；二是光电流放大。最大特点是输出电流大，达毫安级。但响应速度比光电二极管慢得多，温度效应也比光电二极管大得多。2

测试方法(1)电阻测量法(指针式万用表1kΩ挡)。黑表笔接c极，红表笔接e极，无光照时指针微动(接近∞)，随着光照的增强电阻变小，光线较强时其阻值可降到几kΩ～1kΩ以下。再将黑表笔接e极，红表笔接c极，有无光照指针均为∞(或微动)，这管子就是好的。

(2)测电流法。工作电压5V，电流表串接在电路中，c极接正，e极接负。无光照时小于0.3μA；光照增加时电流增加，可达2～5mA。

若用数字式万用表20kΩ挡测试，红表笔接c极，黑表笔接e极，完全黑暗时显示1，光线增强时阻值随之降低，最小可达1kΩ左右。

基本特性光电特性光电三极管的光电特性是指在正常偏压下的集电极的电流与入射光照度之间的关系，如图2所示。呈现出非线

性。这是由于光电三极管中的晶体管的电流放大倍数口不是常数的缘故，β随着光电流的增大而增大。由于光电三极管有电流放大作用，它的灵敏度比光电二极管高，输出电流也比光电二极管大，多为毫安级(mA)。

伏安特性光电三极管与一般光电二极管不同，光电三极管必须在有偏压，且要保证光电三极管的发射结处于正向偏置，而集电极结处于反向偏压才能工作。伏安特性曲线如3所示。入射到光电三极管的照度不同其伏安特性曲线稍有不同，但随着电压升高，输出电流均逐渐达到饱和。

温度特性由硅光电三极管受温度的影响比硅光电二极管大得多。很显然这是由于光电三极管有放大作用。另外也可看出，随着温度升高，暗电流增加很快，使输出信噪比变差，不利于弱光的检测。在进行光信号检测时，应考虑到温度对光电器件输出的影响，必要时还需要采取适当的恒温或温度补偿措施。

频率特性影响光电三极管频率响应的因素除与光电二极管相同外，还受基区渡越时间和发射结电容、输出电路的负载电阻的限制，因此频率特性比光电二极管差。3

种类选择由外观上，可以区分为罐封闭型和树脂封入型，而各型又可分别分为附有透镜之型式及单纯附有窗口之型式。就半导体晶方言之，材料有硅(Si)和锗(Ge)，大部份为硅。在晶方构造方面，可分为普通晶体管型和达林顿晶体管型，再从用途加以分类时，可以分为以交换动作为目的的光敏三极管和需要直线性的 光敏三极管，但光敏三极管的主流为交换组件，需要直线性时，通常使用光二极管。

在实际选用光敏三极管时，应注意按参数要求选择管型，如要求灵敏度高，可选用达林顿型光敏三极管；如要求响应时间快，对温度敏感性小，就不选用光敏三极管而选用光敏二极管。探测暗光一定要选择暗电流小的管子，同时可考虑有基极引出线的光敏三极管，通过偏置取得合适的工作点，提高光电流的放大系数，例如，探测10-3勒克斯的弱光，光敏三极管的暗电流必须小于0.1nA。

本词条内容贡献者为:

刘宝成 - 副教授 - 内蒙古民族大学