光电晶体管电路设计及设备内部的工作原理

光电晶体管是固态器件，用作具有内部增益的光检测器并用于提供模拟或数字信号。几乎所有依赖光的电子设备（如烟雾探测器和光学遥控器）都在其系统中使用光电晶体管。这些设备将检测到的光转换为电流以供电路使用。

本应用笔记介绍了有关光电晶体管的一些基本事实，包括其在行业中常用的不同架构。它讨论了它的操作以及这些设备内部的工作原理。

当光电晶体管检测到近红外范围内的光时，共发射极放大器电路（图 1）产生一个输出，该输出从高状态转变为低状态。近红外区域的光的波长范围约为 700 纳米 (nm) 至 1100 nm。输出是通过在电压源和组件的集电极引脚之间连接一个电阻来产生的。在集电极的终端读取输出电压。之所以称为放大电路，是因为检测到光时元件中产生的电流很小。然而，该组件有一个内部放大器（在本例中为光电晶体管），可将该电流放大到有用的水平。

共发射极放大器

共集电极放大器（图 2）产生一个输出，当光电晶体管检测到红外光时，该输出从低状态转变为高状态。输出是通过在组件的发射极引脚和地之间连接一个电阻来产生的。在发射极端子读取输出。

共集电极放大器

在两个电路中，光电晶体管都可以在两种模式下使用，即有源模式和开关模式。在有源模式下工作意味着光电晶体管产生与组件接收到的光成比例的响应，直至达到特定的光水平。当光量超过该水平时，光电晶体管变得饱和，即使光照水平增加，输出也不会增加。此模式在需要检测两个级别的输入以进行比较的应用中非常有用。在开关模式下操作意味着光电晶体管将响应光线“关闭”（截止）或“开启”（饱和）。当物体检测或编码器感测需要数字输出时，此模式非常有用。

通过调整放大器电路中的负载电阻，可以设置工作模式。电阻器的正确值可由以下公式确定：

• 活动模式：VCC > RL x ICC
• 开关模式：VCC < RL x ICC

通常 5kΩ 或更高的电阻值足以在开关模式下操作光电晶体管。开关模式下的高电平输出电压应等于电源电压。开关模式下的低电平输出电压应小于 0.8 伏。
刚刚描述的电路可以应用于飞兆半导体提供的所有两个引脚 IR 光电晶体管组件。它们还可以应用于具有基极引线的三针光电晶体管组件。

第三个光电晶体管电路（图 3）仅涉及具有基极连接的三个引线组件。对基极的访问允许连接基极-发射极电阻器。高 RBE 值将防止低水平的光触发光电晶体管，并有助于提供更多数字输出。集电极和发射极端子可以以与上述相同的方式连接。Fairchild Semiconductor 仅提供采用密封（金属罐）封装的三引线组件。

带基极连接的光电晶体管电路

最后，光电晶体管应偏置（施加到 VCC 的电压）为 5 伏。最大偏压为 16 V，但是组件的性能不会随着更大的偏压而改变，除非将光电晶体管用作开关 - 高电平输出将等于更高的设置。

编辑：hfy