光敏三極管基礎知識

　光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。 通常基極不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補償和附加控制等作用。
　　當具有光敏特性的PN 結受到光輻射時，形成光電流，由此產生的光生電流由基極進入發射極，從而在集電極回路中得到一個放大了相當于β倍的信號電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。
　　通過對半導體二極管和三極管的學習，我了解了晶體管的基本結構和工作原理，晶體三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把正塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種，如圖從三個區引出相應的電極，分別為基極b發射極e和集電極c。
　　發射區和基區之間的PN結叫發射結，集電區和基區之間的PN結叫集電極。基區很薄，而發射區較厚，雜質濃度大，PNP型三極管發射區"發射"的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發射極箭頭向里；NPN型三極管發射區"發射"的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發射極箭頭向外。發射極箭頭向外。發射極箭頭指向也是PN結在正向電壓下的導通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。雖然重點學習了晶體管的放大作用，但是我對晶體管的開關作用更感興趣。半導體就像一個開關，可以通過導通與截止來控制電路。
　　半導體通過添加一部分微量元素會使其特性發生翻天覆地的變化。光敏晶體管就是一種重要的衍生物。視覺是人體最重要的感覺，因此，我覺得通過光來控制電路真是太精妙了，而光敏的二極管三極管恰好就完成這個任務。因為光敏三極管由于還具有放大作用，因此應用比二極管更加廣泛。 光敏三極管用于測量光亮度，經常與發光二極管配合使用作為信號接收裝置。下面用事例說明介紹一下各種功能。
　　一 測量光亮度
　　在教室圖書館，很多時候日光燈白天也亮著，在宿舍里面，日光燈經常是晝夜不息，同學們對這種浪費已經麻木不仁了。有的同學早晨去教室，雖然教室很明亮但還要開燈，雖然一盞日光燈不會浪費多少資源，但積少成多，浪費就是很大了。因此，我們可以在教室安裝一個控制電路，當亮度達到一定程度的時候，使得教室里面和宿舍里面日光燈將無法啟動。我們可以利用光敏三極管附加電磁繼電器來完成這個電路。采光點的選取是一個關鍵，因為并不是每一個教室的明亮程度都是相同的，我們可以采用多點取樣來達到這個要求。例如在20個教室中都安放光敏三極管，我們可以設置，如果他們全部或者大部分亮度都很高，那么，日光燈就無法正常啟動 ，達到節約能源的目的。
　　還有一種情況，就是如果有一天天空布滿了烏云，亮度不夠，那么日光燈可以開啟了。但是不久云開霧散，天氣放晴，日光燈不會自動關閉。同樣造成很大浪費。可以在采光點所在的教室外面再安裝一個采光點，當室內外強度的差值縮小到一定范圍是，我們可以認為日光燈的作用可以忽略了，日光燈就會自動關閉。
　　另外一種情況，如果教室外面正下雨，教室里面日光燈亮著，此時窗外一個閃電，使得外面很亮，日光燈就關閉了，這會造成麻煩。因此要避免這種問題。方法就是在電路中安裝計數器，使得亮度差維持一定時間才可以使日光燈強制關閉。
　　綜上所述，我們可以利用光敏三極管設計一個電路，使得日光燈無法正常啟動或者被強制關閉從而達到節約能源的目的。當然，這種方法的可行性從現在看并不是很高，電路要改裝費用可能很高都會影響實施。不過我認為的確可以通過光敏三極管的特性來得到節約的目的。
　　二 光電隔離
　　光敏三極管的另一個作用是傳輸信號，光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發光二極管（LED），使之發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。
　　光耦合器的主要優點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發展起來產新型器件，現已廣泛用于電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調節控制端電流來改變占空比，達到精密穩壓目的。
　　光耦合器工作原理
　　用于傳遞模擬信號的光耦合器的發光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當有電流通過發光二極管時，便形成一個光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產生集電極電流，該電流的大小與光照的強弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩定，抗干擾能力強。發光管和光敏管之間的耦合電容小（2pf左右）、耐壓高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻小（約10Ω），對高內阻源的噪聲相當于被短接。因此，由光耦合器構成的模擬信號隔離電路具有優良的電氣性能。
　　三 非接觸測量轉速
　　轉矩傳感器在旋轉軸上安裝著６０條齒縫的測速輪，在傳感器外殼上安裝的一只由發光二極管及光敏三極管組成的槽型光電開關架，測速輪的每一個齒將發光二極管的光線遮擋住時，光敏三極管就輸出一個高電平，當光線通過齒縫射到光敏管的窗口時，光敏管就輸出一個低電平，旋轉軸每轉一圈就可得到６０個脈沖，因此，每秒鐘檢測到的脈沖數恰好等于每分鐘的轉速值。