光电晶体管是一种半导体器件，能够感应光水平并根据其接收的光水平改变发射极和集电极之间流动的电流。
光电晶体管和光电二极管都可以用于感测光，但考虑到光电晶体管是双极晶体管所提供的增益，光电晶体管更敏感。这使得光电晶体管更适合许多应用。
尽管所有双极晶体管本身都是对光敏感的，这就是为什么大多数晶体管都封装在金属或塑料罐中的原因，但光电晶体管是一种特殊形式的双极晶体管，已针对其光敏性进行了优化，使这些电子元件成为许多光传感应用的理想选择。
光电晶体管的想法已为人所知多年。威廉·肖克利在 1951 年首次提出这个想法，就在普通双极晶体管被发现后不久。仅仅两年后，光电晶体管就被展示出来了。
自首次引入和使用以来，光电晶体管已被用于各种电路设计和应用，并且其发展一直持续至今。
光电晶体管广泛可用，并且可以很容易地从电子元件分销商处以相当便宜的价格获得——鉴于它们在许多电子电路和应用中的使用，它们可作为标准半导体器件库存的一部分。
鉴于这些电子元件价格便宜且容易获得，因此有必要确保所选元件符合将要使用的电路设计的要求。了解各种规格对此很重要。
光电晶体管的初步开发
光电晶体管的发明源于第一个点接触晶体管的发展。大约在这个时候，贝尔实验室正在进行大量的半导体开发，光电晶体管是由那里的一个团队开发的。
尽管光电晶体管的历史不像许多其他早期半导体发展那样广为人知，但它无疑是一个非常重要的发展。
光电晶体管操作
光电晶体管使用基本的双极晶体管概念作为其工作的基础。事实上，光电晶体管可以通过将普通晶体管的半导体暴露在光线下制成。非常早期的光电晶体管是通过不使用黑色涂料覆盖双极晶体管的塑料封装来制造的。
光电晶体管工作是因为照射半导体的光释放电子／空穴并导致电流在基区流动。
光电晶体管在其有源状态下工作，尽管基极连接通常保持开路或断开连接，因为它通常不是必需的。光电晶体管的基极仅用于偏置晶体管，以便额外的集电极电流流动，这将掩盖由于光作用而流动的任何电流。对于操作，偏置条件非常简单。NPN晶体管的集电极相对于发射极为正，PNP晶体管为负。
光进入基区，在基区产生空穴电子对。这一代主要发生在反向偏置的基极－集电极结中。空穴－电子对在电场的影响下移动并提供基极电流，使电子注入发射极。结果，光电二极管电流乘以晶体管的电流增益β。
考虑到其增益，对于某些应用，光电晶体管的性能可能优于光电二极管的性能。作为粗略的指导，在典型的室内条件下，光电二极管可以实现大约 1µA 的电流，而光电晶体管可以允许 100µA 的电流流动。这些是非常粗略的近似值，但显示了各种值和比较的数量级。
光电晶体管的缺点之一是速度特别慢并且其高频响应非常差。光电二极管是速度更快的电子元件，尽管灵敏度较差，但仍可用于需要速度的地方。
光电晶体管电路符号
标准电路符号对于每种类型的电子元件都是必不可少的，使电路图易于绘制并被所有人识别。光电晶体管符号由基本双极晶体管符号组成，两个箭头指向双极晶体管的结。这以图解方式表示光电晶体管的操作。
光电晶体管可以基于 NPN 晶体管和 PNP 晶体管，因此完全有可能拥有 PNP 光电晶体管，为此发射极上的箭头方向以正常方式反转。
可以看出，所示的光电晶体管符号没有给出基极连接。由于光用于使电流流过光电晶体管，因此基极经常处于断开状态。在某些情况下，基座可能会被偏置以设置所需的操作点。在这种情况下，基极将以正常方式显示在光电晶体管符号上。
光电晶体管结构
虽然普通的双极晶体管暴露在光线下会表现出光敏效应，但光电晶体管的结构专门针对照片应用进行了优化。与普通晶体管相比，光电晶体管的基极和集电极面积要大得多。这些器件通常使用扩散或离子注入制造。
早期的光电晶体管在整个器件中使用锗或硅，从而形成同质结结构。更现代的光电晶体管使用 III－V 型半导体材料，例如砷化镓等。鉴于使用负接地系统，NPN晶体管品种更受欢迎，NPN晶体管更适合这种操作模式。
在 PN 结两侧使用不同材料的异质结构也很受欢迎，因为它们提供了高转换效率。这些通常使用具有匹配晶格结构的材料的外延生长来制造。
这些光电晶体管通常使用台面结构。有时，肖特基（金属半导体）结可用于光电晶体管内的集电极，尽管如今这种做法不太常见，因为其他结构提供了更好的性能水平。
为了确保最佳转换并因此确保灵敏度，发射极接触通常在光电晶体管结构内偏移。这确保了最大量的光到达光电晶体管内的有源区。
光电晶体管特性
正如已经提到的，光电晶体管具有由晶体管作用产生的高增益。对于同质结构，即在整个半导体器件中使用相同材料的结构，这可能是大约50到几百个的数量级。
然而对于异质结构器件，增益水平可能会上升到一万。尽管它们的增益水平很高，但异质结构器件并未广泛使用，因为这些半导体器件的制造成本要高得多。与雪崩光电二极管（另一种提供增益的器件）相比，所有光电晶体管的另一个优势是光电晶体管的噪声水平要低得多。所有形式的雪崩二极管都以雪崩过程产生的大量噪声而闻名。
光电晶体管的主要缺点之一是它没有特别好的高频响应。这是由与基极－集电极结相关的大电容引起的。该结被设计得相对较大，以使其能够吸收足够数量的光。对于典型的同质结构器件，带宽可能被限制在大约 250 kHz。异质结器件的限制要高得多，有些可以在高达 1 GHz 的频率下工作。
不同光强下光电晶体管的特性。它们与传统双极晶体管的特性非常相似，但不同级别的基极电流被不同级别的光强度所取代。
即使没有光存在，也有少量电流流入光电晶体管。这称为暗电流，代表注入发射器的少量载流子。与光生载流子一样，这也受到晶体管作用的放大。
光电晶体管应用
光电晶体管易于使用且在其限制范围内性能良好的事实意味着这些半导体器件可用于各种电子电路设计。
电路和应用通常是光束被中断的地方，但有时它们可用于光水平检测。
带有明暗条纹的旋转盘旋转的编码器 － 这给出了速度和方向或旋转。
读卡器。
安全系统
红外线探测器。
灯光控制。
光耦合器
计数系统 － 每计数一个项目都会中断一束光或红外光束。
灯光控制。
当然，还有许多其他使用这些电子元件的应用。
光电晶体管优缺点总结
尽管这些半导体器件用于大量的电子器件、电路和应用，但需要权衡它们的优缺点以确定它们是否是给定应用的正确电子元件。光敏电阻或光敏电阻LDR；光电二极管；光电达林顿、光电 FET 甚至光电晶闸管和三端双向可控硅开关都可用，并且可能适合任何给定的应用。
光电晶体管的优点
具有相对较高的增益，因此它们相对敏感。
这些电子元件相对便宜，因为它们实际上是一种对光开放的晶体管。
它们可以并入集成电路中。
提供合理的速度。
光电晶体管的缺点
这些器件无法处理其他半导体器件（如光电晶闸管和三端双向可控硅开关）的高电压。
在它们暴露于瞬态电压尖峰和浪涌的应用中，它们很容易损坏
不如光电二极管等其他光敏电子元件快。
总结：光电晶体管是基于基本双极晶体管的半导体器件，它们可用作 NPN 晶体管或 PNP 晶体管。与其他电子元件和半导体设备一起，它们几乎可以从所有电子元件分销商处获得，而且它们的成本通常非常低。
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