什么是光电晶体管及光电晶体管电路分析

什么是光电晶体管？

光电二极管可以产生光电流，因为它的结暴露在入射光下。光电晶体管的功能类似，除了暴露的半导体材料是双极结型晶体管(BJT)的基极。

光电晶体管被描绘为BJT，其中底座被移除，箭头指示底座对光敏感。本文中的其他图表仅描述NPN光电晶体管。

有两种方法可以考虑光电晶体管的行为。

首先，你可以用入射光的强度来代替流入普通晶体管基极的电流量。在主动模式BJT行为的基本模型中，输出电流(集电极电流)是输入电流(基极电流)乘以增益参数()。对于光电晶体管，入射光就像施加到基极的微弱信号，输出电流比我们对光电二极管的预期要高得多，因为晶体管可以在内部放大施加到基极的信号。

其次，你可以想象一个光电晶体管是一个BJT，它的基极连接一个光电二极管，这样晶体管的输入信号就是光电二极管产生的光电流。在这个概念中，BJT就像一个附加的半导体器件，它将电流增益应用于光电二极管的输出信号。

光电晶体管在概念上等同于驱动双极结型晶体管基极的光电二极管。请注意光电二极管的方向：光电流始终是反向电流，光电二极管的方向使光电流流入基极。

光电晶体管电路

像光电二极管一样，光电晶体管的目标是从光生电流中产生可用的输出电压。因为光电晶体管在其半导体结构中具有内置放大功能，所以我们不需要基于运算放大器的跨阻放大器(TIA)。相反，我们可以使用在非光敏BJT应用中已知的放大器配置。

的共集电极和共发射极结构是将光转换成电压的可行选择。我更喜欢共发射极法，因为我觉得比较直观，但是如果你更喜欢避免——的反转，也就是说如果你想要更高的照度产生更高的输出电压，那么你可能会喜欢共集电极放大器。

您可以使用共集电极或共发射极放大器配置，将光电晶体管转换为照度-电压转换器。

光电晶体管和光电二极管

光电晶体管看起来是光电二极管的一大进步，但并没有你想象的那么普及。内部电流放大在理论上是一个重要的优势，但是有很多资源可以帮助工程师设计高性能的TIA，我更倾向于TIA方法。

此外，光电晶体管在一些重要的方面是次等的。

光电晶体管维持照度和输出电流之间线性关系的能力很差。如果您只需要一个产生数字输出电压的开/关光电探测器，这并不重要。我的光敏应用经常需要模拟输出信号，我本能地贬低光电晶体管的有限线性。

光电二极管的响应速度比光电晶体管快。宽带宽的重要性取决于应用要求，很多情况下光电晶体管是完全足够的。同时，你也不想围绕光电晶体管来设计你的系统，然后一年后，有人想把最大工作频率提高一个数量级的时候，就被迫大修设计了。

与光电二极管相比，光电晶体管的重要性能指标对温度更敏感。如果你的产品总是在室温下运行，这不是问题。如果使用汽车或军用系统，光电晶体管温度引起的性能变化可能会引起头痛。

结论

光电晶体管提供更高的光生输出电流，同时施加一些性能限制。我喜欢光电二极管；然而，在许多应用中，使用光电晶体管并消除TIA的成本和复杂性是有意义的。负责编辑：CC