【技术】光电晶体管高输出特性及选型经验介绍
光电晶体管将晶体管连接到光电二极管的后部，附有两个晶体管的产品被称为光达林顿晶体管，光电晶体管和光达林顿晶体管具有高输出特性。本文主要是以介绍光电晶体管的结构与特性做导入，来阐述KODENSHI（可天士）生产的光电晶体管产品。KODENSHI公司推出了一系列光电晶体管的产品，以适用于不同的应用场合，文章末尾会有相关产品的性能特征及使用温度。
1.结构
光电晶体管通常具有如图1所示的NPN结构，并且集光器/基极结用于光接收部分。 图2显示了带结构。
当满足下列公式（1）的光进入光电晶体管时，价带中的电子上升到导带，并留下空穴。
Eg<hv = hc /λ （1）
Eg：半导体的能隙，h：普朗克常数 , v：频率，λ：波长
电子和空穴遵循由扩散效应产生的PN结扩散电势，电子漂移到N层，空穴到达基底P层，导致基极-发射极结正向偏置，并且电子注入从发射极开始，就像普通晶体管一样。 然后它通过基极并收敛到正向偏置的集电极，用于少数载流子的电子。 换句话说，可以通过光控制基极电流，并且可以控制放大的集电极电流。
如图3的等效电路所示，此时的集电极电流ICEL由等式（2）表示为hFE乘以集电极 - 基极光电流ICBL。
ICEL=ICBL*hFE （2）
采用hFE作为500Ω左右的普通光电晶体管，高输出时采用hFE = 1000Ω以上。
2.特点
（1）光电流
如等式（2）所示，光电晶体管的光电流乘以hFE，并且需要光电二极管的光电流的几百倍。 结果，当光电二极管是几平方毫米的晶片时，光电晶体管的面积为1平方毫米或更小，面积效率显著提高。 如果需要比光电晶体管更多的输出，可以使用达林顿连接的光达林顿晶体管。 （图4）光达林顿光电晶体管的输出是其数百倍，可以在几个勒克斯的照度下工作。
图1.NPN光电晶体管截面图 图2. NPN光电晶体管带结构 图3.光电晶体管等效电路
3.光电二极管的典型特性
（2）光谱灵敏度特性
光电晶体管的光谱灵敏度特性与集电极/基极结的光电二极管的光谱灵敏度特性相同，但由于使用了N / N +两层结构晶片，所以峰值为800nm，并且不存在对长波长侧的延伸。 （图5）与峰值波长约为940nm的红外发光二极管组合时，灵敏度约为峰值的一半，但就光电晶体管而言，其可用hFE放大数百倍， 在实际使用中没有问题，因为它可以被覆盖。
图4.光达林顿等效电路 图5.光电晶体管的光谱灵敏度特性
（3）暗电流
光电晶体管的暗电流ICEO是光没击中时的漏电流，而作为集电极基光电二极管的暗电流ICBO乘以hFE。 这可能是来自光信号的噪音。 因此暗电流决定了S / N信噪比，并限制了可用的最小输入信号。 目前的光电晶体管是平面结构，ICEO极低，小于几个纳安。
（4）响应特性
光电晶体管的响应特性由hFE，集电极 - 基极结电容（CCB），外部负载（RL）等决定。 增加hFE以提高输出将会提高基极电阻，并且增加芯片尺寸会增加CCB并减缓响应速度。 普通光电晶体管的响应速度为几微秒，而光电二极管则比其快几十倍。
3.外形
光电晶体管的特性通过封装的方法发生了很大的变化。 因此，有必要选择适合该应用的光电晶体管。
图6（a）中的光敏晶体管是树脂灌封型，体积小，价格低廉，适用于小型设备和消费类设备。由于指向性很宽，所以对准光轴相对容易。图6（b）所示的气密密封型光电晶体管是电气焊接在一起的金属帽和管座，其可靠性得到了提高，从而可以在室外使用等恶劣条件下使用。采用玻璃透镜作为光接收部分，并且凸透镜型可以获得具有尖锐指向性的高输出。平面透镜类型具有宽的方向性和易于外部透镜等的光学设计。图6（c）所示的类型是树脂模制产品，它是一个薄且偏心的光电晶体管。对于使用彼此相对的照明和光接收的光电断路器等是最佳的。当两个光电晶体管需要更高的输出时，可以通过选择达林顿类型并选择基极端子来提高响应速度和暗电流。
（A）ST-1CL3H （B）ST-1KLB （C）ST23G
图6.光电晶体管的外形
4.KODENSHI光电晶体管产品推荐
光电晶体管将晶体管连接到光电二极管的后部。附有两个晶体管的产品被称为光达林顿晶体管，KODENSHI公司 将其分为P / N ST-和P / N PT-。 光电晶体管和光达林顿具有高输出特性，但与光电二极管相比，其线性和响应速度规格并不那么强。 因此，这些主要用于开关使用，例如光斩波器，日光传感器和光反射器。以下是一些KODENSHI公司推出的光电晶体管产品，可针对不同的应用进行选择。
表1.KODENSHI的光电晶体管产品特性与使用温度范围
型号 |
光电流 |
暗电流 |
光谱灵敏度 |
峰值波长 |
哈夫角 |
工作温度 |
||
最小值 |
VCE（V） |
EV(IX) |
最大值 |
|||||
ST-1CL3H |
0.08 |
3 |
1000 |
200 |
480~1000 |
800 |
±50 |
-20~+70 |
0.5 |
10 |
200 |
200 |
500~1050 |
880 |
±50 |
-30~+100 |
|
1.5 |
10 |
200 |
200 |
500~1050 |
880 |
±6 |
-30~+100 |
|
1.5 |
10 |
200 |
200 |
500~1050 |
880 |
±6 |
-30~+100 |
|
1.5 |
10 |
200 |
200 |
500~1050 |
880 |
±15 |
-30~+100 |
|
ST-1KLB |
1.5 |
10 |
200 |
200 |
500~1050 |
880 |
±15 |
-30~+100 |
0.5 |
10 |
200 |
200 |
500~1050 |
880 |
±70 |
-25~+90 |
|
0.5 |
10 |
200 |
200 |
500~1050 |
880 |
±70 |
-25~+90 |
|
0.5 |
10 |
200 |
200 |
720~1050 |
940 |
±70 |
-25~+90 |
|
ST32G |
0.5 |
5 |
1000 |
100 |
500~1050 |
880 |
±30 |
-20~+100 |
0.6 |
5 |
1000 |
100 |
870~1100 |
960 |
±20 |
-25~+85 |
|
0.6 |
5 |
1000 |
100 |
870~1100 |
960 |
±20 |
-25~+85 |
|
0.6 |
5 |
1000 |
100 |
870~1100 |
960 |
±20 |
-25~+85 |
|
0.76 |
5 |
200 |
100 |
720~1050 |
880 |
±20 |
-20~+85 |
|
0.08 |
3 |
1000 |
200 |
480~1000 |
800 |
±65 |
-25~+80 |
|
3.4 |
5 |
1000 |
100 |
500~1050 |
880 |
±30 |
-25~+80 |
|
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|
产品型号
|
品类
|
Open circuit voltage(V)(Typ)
|
Short circuit current (uA)(Typ)
|
Dark current(nA)(Max)
|
Capacitance(pF)
|
Spectral spensitivity(nm)
|
Peak wavelength(nm)
|
Operating temperature(℃)
|
Half angle(deg)(Typ)
|
|
HPI6FER2(H)
|
PIN型光敏二极管
|
0.4
|
50
|
200
|
48
|
700~1100
|
1000
|
-30~+70
|
±50
|
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