phototransistor

光三极管传感器

1. 什么是光三极管？

光电三极管也称光敏三极管，它的电流受外部光照控制，是一种半导体光电器件。光电三极管是一种相当于在三极管的基极和集电极之间接入一只光电二极管的三极管，光电二极管的电流相当于三极管的基极电流。因为具有电流放大作用，光电三极管比光电二极管灵敏得多，在集电极可以输出很大的光电流。

光电三极管有塑封、金属封装(顶部为玻璃镜窗口)、陶瓷、树脂等多种封装结构，引脚分为两脚和三脚型。一般两个管脚的光电三极管，管脚分别为集电极和发射极，而光窗口则为基极。

在无光照射时，光电三极管处于截止状态，无电信号输出。当光信号照射光电三极管的基极时，光电三极管导通，首先通过光电二极管实现光电转换，再经由三极管实现光电流的放大，从发射极或集电极输出放大后的电信号。

下图为光电三极管传感器模块：

2. 光三极管传感器是如何工作的？

光电三极管的基本结构和普通三极管一样，包含两个PN结。在这个示意图中展示的是NPN型光电三极管，其中b-c结被称为受光结，它用来吸收入射光。基区面积相对较大，而发射区面积较小。当光线照射到基极表面时，会产生光生电子-空穴对。在b-c结的电场作用下，电子向集电极移动，而空穴向基极移动，导致基极电位升高。当在c、e之间施加外加电压（c为正，e为负）时，大量的电子从发射极注入，在经过少量的基极和空穴复合后，大部分电子通过极薄的基极被集电极收集，形成输出光电流。

3. 如何应用光三极管传感器？

由于光敏三极管具有电流放大作用，因此广泛应用于亮度测量、测速、光电开关电路、光电隔离场合，例如对于光电耦合器就是利用光敏三极管和发光二极管结合，构成光耦合器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输信号，它对输入、输出的电信号有良好的隔离作用。值得注意：光敏三极管通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，这种一般用于温度补偿和附加控制等场合。

常见的应用场景：

1、反射式传感器：光电三极管传感器可以用作反射式传感器，用于检测物体的存在或位置。传感器会发射一束光并检测光线是否被物体反射回来。这种传感器常用于自动门、打印机和自动售货机等设备中。

2、障碍物检测：光电三极管传感器可以检测到物体的接近或远离，因此在许多自动化系统中用于障碍物检测。例如，当物体靠近传感器时，系统可以触发警报或停止运动。

3、检测颜色和亮度：光电三极管传感器可以测量光线的强度和颜色。这种传感器常用于颜色识别和亮度调节。例如，在印刷行业中，传感器可以检测不同颜色的墨水，以确保印刷质量。

4、自动照明系统：光电三极管传感器可以用于自动照明系统。传感器可以检测环境光线水平，并根据其测量结果自动调节电灯的亮度。这种系统可以节省能源，并提供更舒适的照明环境。

5、手势控制：光电三极管传感器也可以用于手势控制技术。通过分析光的变化，传感器可以捕捉到人体手势的移动和动作。这种技术可以应用于电视遥控器、电子游戏和虚拟现实等场景中。

4. 光三极管传感器的优缺点

优点：

1、高灵敏度：光电三极管可以对光信号进行高效的转换，具有较高的灵敏度。它可以接收低功率的光信号并产生相应的电信号。

2、快速响应：光电三极管具有快速响应的特性，适用于处理高速变化的光信号。它的响应时间较短，可以在短时间内转换光信号为电信号。

3、宽波长范围：光电三极管可以感应到较宽波长范围的光信号，从紫外线到红外线都有一定的响应能力。这使得它在不同应用领域具有灵活性和适应性。

缺点：

1、温度敏感性：光电三极管的性能可能会受到温度变化的影响。在温度变化较大的环境中，其输出信号可能会有所改变。

2、频率响应限制：光电三极管在处理高频率光信号时可能会有一定的限制。由于内部的电容和电感元件影响，其频率响应会受到限制。

综上所述，光电三极管具有高灵敏度、快速响应和宽波长范围的优点，但在温度变化较大和高频率光信号处理方面存在一些限制。

5. 光三极管传感器的供应商有哪些？

ams OSRAM : ams OSRAM是一家专注于光电子和传感器解决方案的公司。他们提供各种光电子产品，如光传感器、光电二极管和激光二极管等。

Carlo Gavazzi : Carlo Gavazzi是一家提供自动化和能源管理解决方案的公司。他们的产品范围包括传感器、控制器、开关和计量设备等。

Honeywell Sensing and Productivity Solutions : Honeywell Sensing and Productivity Solutions是一家提供传感器和自动化解决方案的公司。他们的产品包括压力传感器、温度传感器、气体传感器和工业自动化设备等。

Melexis : Melexis是一家专注于半导体传感器和集成电路解决方案的公司。他们的产品包括温度传感器、压力传感器、磁传感器和汽车电子解决方案等。

Omron Automation : Omron Automation是一家提供自动化解决方案的公司。他们的产品范围包括传感器、控制器、机器人和工业自动化设备等。

onsemi : onsemi是一家提供半导体解决方案的公司。他们的产品包括功率管理芯片、传感器、放大器和驱动器等。

OSI Optoelectronics : OSI Optoelectronics是一家专注于光电子产品的公司。他们的产品包括光电二极管、光电传感器和光电探测器等。

Sharp Microelectronics : Sharp Microelectronics是一家提供半导体和显示解决方案的公司。他们的产品包括显示器、传感器、存储器和微控制器等。

Socle Technology Corporation : Socle Technology Corporation是一家提供集成电路设计和解决方案的公司。他们的产品包括处理器、存储器、接口和系统解决方案等。

TT Electronics / Optek Technology : TT Electronics / Optek Technology是一家提供光电子和传感器解决方案的公司。他们的产品包括光电二极管、光电传感器和红外线解决方案等。

下面是上述光三极管供应商应用场景对比：

6. 从哪里选型和购买光三极管传感器？

DigiKey网站上光三极管的选型

下面是一些光三极管元器件的对比：

7.使用RP2040驱动光三极管获取数据的简单示例

实物图如下所示：

驱动光三极管传感器模块代码如下所示：

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)

下面为光敏三极管传感器模块有光照时PC端打印的数据：

下面为光敏三极管传感器模块在无光照下时PC端打印的数据：

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