1.7 光敏器件

光敏器件是指能够将光信号转换为电信号的半导体器件，包括光敏二极管、光敏晶体管和光耦合器等。

1.7.1 光敏二极管

光敏二极管是一种常用的光敏器件，与晶体二极管相似，也是具有一个PN结的半导体器件，所不同的是光敏二极管有一个透明的窗口，以便使光线能够照射到PN结上。在电路中通常工作于反向电压状态。

光敏二极管在电路中的文字符号用“VD”来表示。

光敏二极管的特点是具有将光信号转换为电信号的功能，并且其光电流IL的大小与光照强度成正比，即光照越强，光电流IL越大。在光控、红外遥控、光探测、光纤通信和光耦合等方面，光敏二极管有着广泛的应用。

1.光敏二极管实物图与电路符号

光敏二极管的实物图与电路符号如图1-59所示。

2.光敏二极管的种类与型号

光敏二极管常有PN结型、PIN结型、雪崩型和肖特基结型等多种类型，用得最多的是硅材料PN结型光敏二极管。

国产光敏二极管主要有2CU系列（N型硅光敏二极管）、2DU系列（P型硅光敏二极管）和PIN系列（PIN结型硅光敏二极管）等。

3.光敏二极管的参数

光敏二极管的主要参数是最高工作电压、光电流和光电灵敏度等。

（1）最高工作电压（URM）

即在无光照、反向电流不超过规定值（通常为0.1μA）的前提下，光敏二极管所允许加的最高反向电压。光敏二极管的URM一般在10～50V之间，使用中不要超过此范围。

（2）光电流（IL）

IL是指在受到一定光照时，加有反向电压的光敏二极管中所流过的电流，约为几十微安。一般情况下，选用光电流IL较大的光敏二极管效果较好。

（3）光电灵敏度（Sn）

Sn是指在光照下，光敏二极管的光电流IL与入射光功率之比，单位为μA/μW。光电灵敏度Sn越高越好。

1.7.2 光敏晶体管

光敏晶体管是在光敏二极管的基础上发展起来的光电器件。与晶体管相似，光敏晶体管也是具有两个PN结的半导体器件，所不同的是其基极受光信号的控制。

光敏晶体管在电路中的文字符号用“VT”来表示。

光敏晶体管的特点是不仅能实现光电转换，而且具有放大功能，主要作用是光控。

1.光敏晶体管的实物与电路符号

光敏晶体管的实物图与电路符号如图1-60所示。

2.光敏晶体管的种类

1）按导电极性不同可分为NPN型和PNP型。

2）按结构类型不同可分为普通光敏晶体管和复合型（达林顿型）光敏晶体管。

3）按外引脚数不同可分为二引脚式和三引脚式。

3.光敏晶体管的工作原理

光敏晶体管可以等效为光敏二极管和普通晶体管的组合体，其基极与集电极间的PN结相当于一个光敏二极管，在光照下产生的光电流IL从基极进入晶体管放大，因此光敏晶体管输出的光电流可达光敏二极管的β倍。光敏晶体管等效图如图1-61所示。

4.光敏晶体管的参数

光敏晶体管的参数较多，主要参数有最高工作电压（Uceo）、光电流（IL）和最大允许功耗（PCM）等。

（1）最高工作电压（Uceo）

Uceo是指在无光照、集电极漏电流不超过规定值（约0.5μA）时，光电晶体管所允许加的最高工作电压。一般为10～50V，使用中不要超过此范围。

（2）光电流（IL）

IL是指当受到一定光照时光电晶体管的集电极电流，通常可达几毫安。光电流IL越大，光敏晶体管的灵敏度越高。

（3）最大允许功耗（PCM）

PCM是指光敏晶体管在不损坏的前提下所能承受的最大集电极耗散功率。

1.7.3 光耦合器

光耦合器是以光为媒介传输电信号的器件，其输入端与输出端之间既能传输电信号，又具有电的隔离性，并且传输效率高，隔离度好，抗干扰能力强，使用寿命长。

光耦合器的主要作用是隔离传输，在隔离耦合、电平转换、继电控制等方面得到广泛的应用。

1.光耦合器的实物外形

常用光耦合器的实物外形如图1-62所示。

2.光耦合器的种类

1）按其内部输出电路结构不同可分为光敏二极管型、光敏晶体管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、达林顿型、集成电路型、光敏二极管和半导体管型等。

2）按其输出形式不同可分为普通型、线性输出型、高速输出型、高传输比型、双路输出型和组合封装型等。

3.光耦合器的电路符号

常用光耦合器的电路图形符号如图1-63所示。

4.常见光耦合器引脚排列与型号

常见光耦合器引脚排列与型号如表1-22所示。

5.光耦合器的参数

光耦合器的主要参数有正向电压UF、输出电流IL和反向击穿电压UBR等。

（1）正向电压（UF）

UF是光耦合器输入端的主要参数，是指使输入端发光二极管正向导通所需要的最小电压（即发光二极管管压降）。

（2）输出电流（IL）

IL是光耦合器输出端的主要参数，是指当输入端接入规定正向电压时，输出端光敏器件通过的光电流。

（3）反向击穿电压（UBR）

UBR是一项极限参数，是指当输出端光电器件反向电流达到规定值时，其两极间的电压降。使用中工作电压应在UBR以下并留有一定余量。

1.7.4 任务7——光敏器件的识别与判别

1.实训目的

1）能描述各类光敏器件的基本特性。

2）会熟练使用万用表。

3）能正确识别与判别各类光敏器件。

2.实训设备与器材准备

1）MF47A型指针万用表 1块。

2）各类光敏器件等 若干。

3.实训步骤与报告

（1）光敏二极管的直观识别

1）光敏二极管的两引脚是有正、负极性的。光敏二极管的引脚极性识别示意图如图1-64所示。

2）靠近管键或色点的是正极，另一脚是负极。

3）较长的是正极，较短的是负极。

（2）光敏二极管的PN结检测

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×1kΩ档量程。

2）黑表笔（表内电池正极）接光敏二极管“正极”，红表笔接“负极”。

3）测得正向电阻值应为10～20kΩ左右。

（3）光敏二极管的光敏性能检测

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×1kΩ档量程。

2）黑表笔（表内电池正极）接光敏二极管“负极”，红表笔接“正极”。

3）用一遮光物（例如黑纸片等）将光敏二极管的透明窗口遮住，这时测得的是无光照情况下的反向电阻，应为无穷大。

4）然后移去遮光物，使光敏二极管的透明窗口朝向光源（自然光、白炽灯或手电筒等），这时表针应向右偏转至几千欧处。

5）表针偏转越大，说明光敏二极管的灵敏度越高。

【注】若要检测红外线接收管的性能，则要用红外线照射。

（4）光敏晶体管的直观识别

1）由于光敏晶体管的基极即为光窗口，所以大多数光敏晶体管只有发射极E和集电极C两只引脚，基极无引出线，光敏晶体管的外形与光敏二极管几乎一样。

2）有部分光敏晶体管基极B有引脚，常作为温度补偿用。

3）靠近管键或色点的是发射极E，离管键或色点较远的是集电极C。

4）较长的引脚是发射极E，较短的引脚是集电极C。常见光敏晶体管引脚示意图如图1-65所示。

（5）光敏晶体管的检测（以NPN为例）

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×1kΩ档量程。

2）黑表笔（表内电池正极）接发射极E，红表笔接集电极C，此时光敏晶体管所加电压为反向电压，万用表指示的阻值应为∞。

3）用黑纸片等遮光物将光敏晶体管窗口遮住，对调两表笔再进行测试，此时虽然所加为正向电压，但因其基极无光照，光敏晶体管仍无电流，其阻值接近为∞。

4）保持红表笔接发射极E、黑表笔接集电极C，然后移去遮光物，使光敏晶体管窗口朝向光源，这时表针应向右偏转到1kΩ左右。

5）表针偏转越大，说明光敏晶体管的灵敏度越高。

（6）光耦合器的综合检测

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×1kΩ档量程。

2）分别测量输入部分发光二极管的正、反向电阻，其正向电阻约为几百欧，反向电阻约为几十千欧。

3）以光敏晶体管型光耦合器为例，在输入端悬空的前提下，测量输出端两引脚（光电晶体管的C、E极）间的正、反向电阻，均应为∞。

4）将万用表置于“Ω”档，选择R×1kΩ档量程，进行传输性能的检测。黑表笔接输出部分光敏晶体管的集电极C，红表笔接发射极E。当按图1-66所示给光耦合器输入端接入正向电压时，光敏晶体管应导通，万用表指示阻值很小；当切断输入端正向电压时，光敏晶体管应截止，阻值为无穷大。光耦合器传输性能的检测示意图如图1-66所示。

5）将万用表置于“Ω”档，选择R×10kΩ档量程，进行绝缘电阻的检测。测量输入端与输出端之间任两只引脚间的电阻，均应为无穷大。光耦合器绝缘电阻的检测示意图如图1-67所示。

（7）光敏器件的识别与判别实训报告