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光敏三极管基础知识

光敏三极管基础知识

时间:2022-01-11 18:37:04   来源:网络整理

光敏三极管和普通三极管相似,也有电流放大作用,只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制,同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出,但一些光敏三极管的基极有引出,用于温度补偿和附加控制等作用。

当具有光敏特性的PN 结受到光辐射时,形成光电流,由此产生的光生电流由基极进入发射极,从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性,与光敏二极管相比,具有很大的光电流放大作用,即很高的灵敏度。

通过对半导体二极管和三极管的学习,我了解了晶体管的基本结构和工作原理,晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把正块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种,如图从三个区引出相应的电极,分别为基极b发射极e和集电极c。

发射区和基区之间的PN结叫发射结,集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄,而发射区较厚,杂质浓度大,PNP型三极管发射区发射的是空穴,其移动方向与电流方向一致,故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区发射的是自由电子,其移动方向与电流方向相反,故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。虽然重点学习了晶体管的放大作用,但是我对晶体管的开关作用更感兴趣。半导体就像一个开关,可以通过导通与截止来控制电路。

半导体通过添加一部分微量元素会使其特性发生翻天覆地的变化。光敏晶体管就是一种重要的衍生物。视觉是人体重要的感觉,因此,我觉得通过光来控制电路真是太精妙了,而光敏的二极管三极管恰好就完成这个任务。因为光敏三极管由于还具有放大作用,因此应用比二极管更加广泛。 光敏三极管用于测量光亮度,经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置。下面用事例说明介绍一下各种功能。

一 测量光亮度

在教室图书馆,很多时候日光灯白天也亮着,在宿舍里面,日光灯经常是昼夜不息,同学们对这种浪费已经麻木不仁了。有的同学早晨去教室,虽然教室很明亮但还要开灯,虽然一盏日光灯不会浪费多少资源,但积少成多,浪费就是很大了。因此,我们可以在教室安装一个控制电路,当亮度达到一定程度的时候,使得教室里面和宿舍里面日光灯将无法启动。我们可以利用光敏三极管附加电磁继电器来完成这个电路。采光点的选取是一个关键,因为并不是每一个教室的明亮程度都是相同的,我们可以采用多点取样来达到这个要求。例如在20个教室中都安放光敏三极管,我们可以设置,如果他们全部或者大部分亮度都很高,那么,日光灯就无法正常启动 ,达到节约能源的目的。

还有一种情况,就是如果有一天天空布满了乌云,亮度不够,那么日光灯可以开启了。但是不久云开雾散,天气放晴,日光灯不会自动关闭。同样造成很大浪费。可以在采光点所在的教室外面再安装一个采光点,当室内外强度的差值缩小到一定范围是,我们可以认为日光灯的作用可以忽略了,日光灯就会自动关闭。

另外一种情况,如果教室外面正下雨,教室里面日光灯亮着,此时窗外一个闪电,使得外面很亮,日光灯就关闭了,这会造成麻烦。因此要避免这种问题。方法就是在电路中安装计数器,使得亮度差维持一定时间才可以使日光灯强制关闭。

综上所述,我们可以利用光敏三极管设计一个电路,使得日光灯无法正常启动或者被强制关闭从而达到节约能源的目的。当然,这种方法的可行性从现在看并不是很高,电路要改装费用可能很高都会影响实施。不过我认为的确可以通过光敏三极管的特性来得到节约的目的。

二 光电隔离

光敏三极管的另一个作用是传输信号,光耦合器(optical coupler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器,简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类多、用途广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。所以,它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增加计算机工作的可靠性。

光耦合器的主要优点是:信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件,现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压目的。

光耦合器工作原理

用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。当有电流通过发光二极管时,便形成一个光源,该光源照射到光敏三极管表面上,使光敏三极管产生集电极电流,该电流的大小与光照的强弱,亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输,因而两部分之间在电气上完全隔离,没有电信号的反馈和干扰,故性能稳定,抗干扰能力强。发光管和光敏管之间的耦合电容小(2pf左右)、耐压高(2.5KV左右),故共模抑制比很高。输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。此外,因其输入电阻小(约10Ω),对高内阻源的噪声相当于被短接。因此,由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。

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