光电晶体管电路:如何构建和模拟

你的下一个光电系统可能需要一个光电二极管电路。

当我们想到光学传感器,我们通常想到一些像一个CCD, CMOS传感器,光电二极管。然而,一个非常有用的选项是光电晶体管电路。这个电路提供了线性响应或稳定的交换行为当光子事件在城门口/排水区域,为各种应用程序创建一个易于使用的光开关。这些电路是如此之简单,以至于他们可以纳入标准配置晶体管,以及他们的行为可以很容易地调整应用基础/栅电压。

光电晶体管和二极管

之前进入光电晶体管,它有助于理解它们是如何不同于二极管。光电晶体管和二极管正则晶体管和二极管的类似物,虽然光电晶体管和光电二极管和光伏电池工作原理是一样的,他们将光转化为电能。它们之间的差异,提高输出电流来自光电晶体管和二极管是由入射光引起的,而不是通过改变输入电压。

正如二极管也有类似的结构作为一个普通的二极管,光电晶体管也有类似的结构和其他晶体管。这些通常是建立NPN型或PNP型双极晶体管,或者场效应晶体管晶体管。这些晶体管的基础/门是由入射光引起的,激发载流子在这个地区。当入射光子能量大于光学带隙,电荷载体在基地/门地区感到兴奋。这有效地增加了基极电流的装置。

相反,光电二极管,光电晶体管需要一些外部的偏见(常见的收集器或共发射极)提取电流。换句话说,一个光电晶体管就像一个开关和一个内置的阈值。当入射光足够强烈时,基极发射极电压变得足够小,电流容易流经设备。这种转换行为使光电晶体管有用的应用程序需要一个开关状态。与之形成对比的是,光电二极管,不需要外部的偏见来提取电流。

建立一个光电晶体管电路

与常规的晶体管,光电晶体管可以用作2-terminal或3-terminal设备。第三端口连接到基地/门地区,就像在普通晶体管。在2个NPN型配置,入射光子和由此产生的兴奋电荷载体的基础可以偏见晶体管,驱动电流输出。这提供了一个简单的光开关与一个固定的阈值。一种增加光学饱和阈值在这个应用程序中是将一小块滤光玻璃前的设备。

典型的共发射极和常见的收集器光电二极管电路如下所示。在一个简单的2-terminal光电晶体管电路,基本电阻器(RB)是省略了电路模型和连接。使用一个基地电阻器在如下所示的方式提供了一个反馈回路,可以用来调节光电晶体管时达到饱和。另一个选择是一个电压源之间的RB和地面连接,使压控光电晶体管与可调开关/饱和度的行为。

共发射极和共同收集器光电晶体管电路

有一些变体在上面的电路,这取决于应用程序的需求。一个例子是一对达灵顿光电晶体管电路,它提供了双输出电流的放大。上面所示的常见的收藏家和共发射极光电晶体管电路将提供接近真实数字交换行为时更大的基地电阻器(RB)是在电路中使用。

光电晶体管应用和模拟

光电晶体管的开关行为使他们适合使用的应用程序。这些包括:

• 光隔离器

• 对象检测和其他电子控制系统

• 光继电器

• 飞行时间测量的激光测距发现者

• DVD播放器

• 红外接收器(例如,在旧遥控器)

• 在相机快门控制器

• 开关电平比较器

这些系统可以可靠地模拟与光电晶体管使用标准模型组件。一些制造商生产香料光电晶体管的模型,或者电路包括光电晶体管。由于入射光子通量不能直接观察到,基地/门当前生成的光电晶体管需要模拟电流源。

设备的响应率在一个特定的波长可以用来输入基地/门电流转换回一个强度值。光电晶体管的反应性是一个复杂的函数几何、材料特性、掺杂剖面。还有材料的能带和吸收光谱的问题。看看本文的一些信息在各种材料中使用二极管;相同的考虑适用于光电晶体管。你可以找到数据的光谱响应率。一个NPN型光电晶体管电路的典型仿真模型如下所示。

典型的NPN型光电晶体管电路的仿真模型。

你的目标在这个电路构造一个载重线这样你就可以确定光子通量(即。基地集电极电压和电流),将产生交换行为和饱和度。电压、低光子通量和基地集电极电流将很快达到饱和时,负载大,光子通量增加。如果应用程序需要一个更大的线性范围,那么你应该使用一个更大的VCC电压、小负载输出,或两者兼而有之。您可以检查您的光电晶体管电路使用的所有这些方面直流扫描。

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