基礎(chǔ)知識之光三極管傳感器

光電三極管也稱光敏三極管，它的電流受外部光照控制，是一種半導(dǎo)體光電器件。光電三極管是一種相當(dāng)于在三極管的基極和集電極之間接入一只光電二極管的三極管，光電二極管的電流相當(dāng)于三極管的基極電流。因為具有電流放大作用，光電三極管比光電二極管靈敏得多，在集電極可以輸出很大的光電流。

光電三極管有塑封、金屬封裝(頂部為玻璃鏡窗口)、陶瓷、樹脂等多種封裝結(jié)構(gòu)，引腳分為兩腳和三腳型。一般兩個管腳的光電三極管，管腳分別為集電極和發(fā)射極，而光窗口則為基極。

在無光照射時，光電三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，無電信號輸出。當(dāng)光信號照射光電三極管的基極時，光電三極管導(dǎo)通，首先通過光電二極管實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，再經(jīng)由三極管實現(xiàn)光電流的放大，從發(fā)射極或集電極輸出放大后的電信號。

下圖為光電三極管傳感器模塊：

光電三極管的基本結(jié)構(gòu)和普通三極管一樣，包含兩個PN結(jié)。在這個示意圖中展示的是NPN型光電三極管，其中b-c結(jié)被稱為受光結(jié)，它用來吸收入射光。基區(qū)面積相對較大，而發(fā)射區(qū)面積較小。當(dāng)光線照射到基極表面時，會產(chǎn)生光生電子-空穴對。在b-c結(jié)的電場作用下，電子向集電極移動，而空穴向基極移動，導(dǎo)致基極電位升高。當(dāng)在c、e之間施加外加電壓（c為正，e為負(fù)）時，大量的電子從發(fā)射極注入，在經(jīng)過少量的基極和空穴復(fù)合后，大部分電子通過極薄的基極被集電極收集，形成輸出光電流。

由于光敏三極管具有電流放大作用，因此廣泛應(yīng)用于亮度測量、測速、光電開關(guān)電路、光電隔離場合，例如對于光電耦合器就是利用光敏三極管和發(fā)光二極管結(jié)合，構(gòu)成光耦合器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸信號，它對輸入、輸出的電信號有良好的隔離作用。值得注意：光敏三極管通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，這種一般用于溫度補償和附加控制等場合。

1、反射式傳感器：光電三極管傳感器可以用作反射式傳感器，用于檢測物體的存在或位置。傳感器會發(fā)射一束光并檢測光線是否被物體反射回來。這種傳感器常用于自動門、打印機和自動售貨機等設(shè)備中。

2、障礙物檢測：光電三極管傳感器可以檢測到物體的接近或遠(yuǎn)離，因此在許多自動化系統(tǒng)中用于障礙物檢測。例如，當(dāng)物體靠近傳感器時，系統(tǒng)可以觸發(fā)警報或停止運動。

3、檢測顏色和亮度：光電三極管傳感器可以測量光線的強度和顏色。這種傳感器常用于顏色識別和亮度調(diào)節(jié)。例如，在印刷行業(yè)中，傳感器可以檢測不同顏色的墨水，以確保印刷質(zhì)量。

4、自動照明系統(tǒng)：光電三極管傳感器可以用于自動照明系統(tǒng)。傳感器可以檢測環(huán)境光線水平，并根據(jù)其測量結(jié)果自動調(diào)節(jié)電燈的亮度。這種系統(tǒng)可以節(jié)省能源，并提供更舒適的照明環(huán)境。

5、手勢控制：光電三極管傳感器也可以用于手勢控制技術(shù)。通過分析光的變化，傳感器可以捕捉到人體手勢的移動和動作。這種技術(shù)可以應(yīng)用于電視遙控器、電子游戲和虛擬現(xiàn)實等場景中。

1、高靈敏度：光電三極管可以對光信號進行高效的轉(zhuǎn)換，具有較高的靈敏度。它可以接收低功率的光信號并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。

2、快速響應(yīng)：光電三極管具有快速響應(yīng)的特性，適用于處理高速變化的光信號。它的響應(yīng)時間較短，可以在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)換光信號為電信號。

3、寬波長范圍：光電三極管可以感應(yīng)到較寬波長范圍的光信號，從紫外線到紅外線都有一定的響應(yīng)能力。這使得它在不同應(yīng)用領(lǐng)域具有靈活性和適應(yīng)性。

1、溫度敏感性：光電三極管的性能可能會受到溫度變化的影響。在溫度變化較大的環(huán)境中，其輸出信號可能會有所改變。

2、頻率響應(yīng)限制：光電三極管在處理高頻率光信號時可能會有一定的限制。由于內(nèi)部的電容和電感元件影響，其頻率響應(yīng)會受到限制。

綜上所述，光電三極管具有高靈敏度、快速響應(yīng)和寬波長范圍的優(yōu)點，但在溫度變化較大和高頻率光信號處理方面存在一些限制。

ams OSRAM : ams OSRAM是一家專注于光電子和傳感器解決方案的公司。他們提供各種光電子產(chǎn)品，如光傳感器、光電二極管和激光二極管等。

Carlo Gavazzi : Carlo Gavazzi是一家提供自動化和能源管理解決方案的公司。他們的產(chǎn)品范圍包括傳感器、控制器、開關(guān)和計量設(shè)備等。

Honeywell Sensing and Productivity Solutions : Honeywell Sensing and Productivity Solutions是一家提供傳感器和自動化解決方案的公司。他們的產(chǎn)品包括壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器和工業(yè)自動化設(shè)備等。

Melexis : Melexis是一家專注于半導(dǎo)體傳感器和集成電路解決方案的公司。他們的產(chǎn)品包括溫度傳感器、壓力傳感器、磁傳感器和汽車電子解決方案等。

Omron Automation : Omron Automation是一家提供自動化解決方案的公司。他們的產(chǎn)品范圍包括傳感器、控制器、機器人和工業(yè)自動化設(shè)備等。

onsemi : onsemi是一家提供半導(dǎo)體解決方案的公司。他們的產(chǎn)品包括功率管理芯片、傳感器、放大器和驅(qū)動器等。

OSI Optoelectronics : OSI Optoelectronics是一家專注于光電子產(chǎn)品的公司。他們的產(chǎn)品包括光電二極管、光電傳感器和光電探測器等。

Sharp Microelectronics : Sharp Microelectronics是一家提供半導(dǎo)體和顯示解決方案的公司。他們的產(chǎn)品包括顯示器、傳感器、存儲器和微控制器等。

Socle Technology Corporation : Socle Technology Corporation是一家提供集成電路設(shè)計和解決方案的公司。他們的產(chǎn)品包括處理器、存儲器、接口和系統(tǒng)解決方案等。

TT Electronics / Optek Technology : TT Electronics / Optek Technology是一家提供光電子和傳感器解決方案的公司。他們的產(chǎn)品包括光電二極管、光電傳感器和紅外線解決方案等。

下面是上述光三極管供應(yīng)商應(yīng)用場景對比：

DigiKey網(wǎng)站上光三極管的選型

下面是一些光三極管元器件的對比：

實物圖如下所示：

驅(qū)動光三極管傳感器模塊代碼如下所示：

from machine import Pin, SPI
from time import sleep
import time
spi = SPI(0, 1_000_000, miso=Pin(20,Pin.OUT), sck=Pin(22,Pin.OUT))
CS = Pin(21,Pin.OUT)
def read_adc():
    CS.off()
    data = spi.read(2)
    value = (data[1]) | data[0]
    value = value / 256 * 3.3 
    CS.on()
    return value
while 1:
    data = read_adc()
    print(data)

下面為光敏三極管傳感器模塊有光照時PC端打印的數(shù)據(jù)：

下面為光敏三極管傳感器模塊在無光照下時PC端打印的數(shù)據(jù)：