【導讀】根據(jù)我的經(jīng)驗，光檢測和光測量應用常使用光電二極管。但是光電二極管產(chǎn)生非常小的輸出電流這一事實是無法回避的，這可能會導致您在某些情況下可能希望避免的設計挑戰(zhàn)。
根據(jù)我的經(jīng)驗，光檢測和光測量應用常使用光電二極管。但是光電二極管產(chǎn)生非常小的輸出電流這一事實是無法回避的，這可能會導致您在某些情況下可能希望避免的設計挑戰(zhàn)。
本文和下一篇文章提供了兩種產(chǎn)生比光電二極管更高輸出電流的光敏器件的一些基本信息：光電晶體管和光敏 IC。后一個術語指的是本質上是集成在同一封裝中的光電二極管和放大器的設備。
什么是光電晶體管？
光電二極管可以產(chǎn)生光電流，因為它的結暴露在入射光下。光電晶體管以類似的方式工作，只是暴露的半導體材料是雙極結型晶體管 (BJT)的基極。
光電晶體管被描述為移除了基極端子的 BJT，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，您可以在心里用入射光強度代替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，入射光就像施加到基極的微弱信號，輸出電流遠高于我們對光電二極管的預期，因為晶體管能夠在內(nèi)部放大施加到基極的信號。
其次，您可以將光電晶體管想象成基極連接有光電二極管的 BJT，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體器件，它將電流增益應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動雙極結型晶體管基極的光電二極管。注意光電二極管的方向：光電流始終是反向電流，并且光電二極管的方向使得光電流流入基極。
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體結構中內(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，我們可以使用從非光敏 BJT 應用中已知的放大器配置。
共集電極和共發(fā)射極配置都是將光轉換為電壓的可行選擇。我更喜歡共發(fā)射極方法，因為我發(fā)現(xiàn)它更直觀，但如果您希望避免反相，您可能會喜歡共集電極放大器——即，如果您想要更高的照度來產(chǎn)生更高的輸出電壓。
您可以使用共集電極或共發(fā)射極放大器配置將光電晶體管變成照度電壓轉換器。
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)部電流放大在理論上是一個重要優(yōu)勢，但有很多資源可以幫助工程師設計高性能 TIA，我個人更喜歡 TIA 方法。
此外，光電晶體管在重要方面較差。
光電晶體管在照度和輸出電流之間保持線性關系的能力較差。如果您只需要一個產(chǎn)生數(shù)字輸出電壓的開/關光檢測器，那么這并不重要。我的光敏應用往往需要模擬輸出信號，我本能地貶低光電晶體管，因為它們的線性度有限。
光電二極管實現(xiàn)比光電晶體管更快的響應。寬帶寬的重要性取決于應用的要求，在許多情況下，光電晶體管就足夠了。同時，您不希望圍繞光電晶體管設計系統(tǒng)，然后在一年后有人想要將工作頻率提高一個數(shù)量級時被迫對設計進行大修。
重要的性能規(guī)格對光電晶體管的溫度比光電二極管更敏感。如果您的產(chǎn)品始終在室溫下運行，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令人頭疼。
結論
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，必須有相當多的應用在其中使用光電晶體管是有意義的，然后消除了 TIA 的成本和復雜性。
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