什么是光达林顿晶体管（Photodarlington Transistor）？

光达林顿晶体管是一种特殊类型的光电晶体管，它将一个光电晶体管与另一个双极结型晶体管 (BJT) 组成达林顿对配置。这种配置设计用于放大低电平光信号。在达林顿配置（也称为达林顿对）中，两个 BJT（NPN/PNP 晶体管）以提供高电流增益的方式连接。具体来说，在光达林顿对中，第一个光电晶体管的发射极与第二个 BJT 的基极相连，而第一个晶体管的集电极与第二个 BJT 的集电极相连。这种安排可以有效地放大光电晶体管在基极入射光的作用下产生的小电流。

图 1： 光达林顿晶体管

虽然大多数光电晶体管由单一材料制成，但有些光电晶体管可能由多种材料组成，具体取决于其特定的应用要求和性能标准。

光达林顿晶体管中使用的材料可根据具体设计和应用要求而有所不同。不过，用于制造光电二极管晶体管的常用材料包括

硅（Si）或锗（Ge）等半导体材料。这些材料具有晶体管有效工作所需的电子特性。
光电二极管晶体管中的光电探测器元件，如光电二极管或光电晶体管，可由多种材料制成。这些材料包括硅、砷化镓（GaAs）、砷化镓铟（InGaAs）或其他 III-V 族化合物半导体。

光电二极管晶体管的工作原理

第一个光敏晶体管： 这是光敏元件。第一个光电晶体管的基极暴露在入射光下。当光线落在其基极区域时，会产生电子-空穴对，从而控制该光电晶体管的发射极电流。电流放大是双极晶体管的一个特性，它的产生是由于晶体管的固有特性和偏置条件。它起着光电探测器的作用。

第二个双极晶体管： 第一个光电晶体管的发射极与第二个双极晶体管的基极相连。然后将第一个晶体管的放大电流输入第二个双极晶体管的基极。第二个双极晶体管还能进一步放大电流。由于第一个光电晶体管的输出端成为第二个双极晶体管的输入端，因此放大过程会重复进行，从而从第二个双极晶体管的集电极端引出更大的电流。

第二个 BJT 充当光电二极管的输出晶体管，光电二极管的输出电流就是第二个晶体管的集电极电流。与第一晶体管基极上入射光产生的初始基极电流相比，该输出电流被大幅放大。

图 2：光电二极管对

与独立的光电三极管或光电二极管不同，这种设置使光电二极管能够产生更高的输出电流，因此对光照度的敏感度更高。与标准光电晶体管相比，光电二极管晶体管的开关时间要长得多。

图 3：NPN 和 PNP 光电二极管对

光达林顿晶体管的总体电流放大率是串联晶体管各自放大率的乘积。

让我们将 CTR 视为第一个光电晶体管的电流传输比 (β1)、集电极电流 (Ic1) 和第一个光电晶体管的入射光强度 (IL1)。

第二个 BJT（输出晶体管）的电流增益为 β2。它表示第二个晶体管的集电极电流 (Ic2) 与基极电流 (Ib2) 之比。

光达林顿晶体管的总电流增益（βtotal）是两个晶体管各自增益的乘积，因为它们是串联连接的：

达林顿配置从输入光电晶体管的基极到输出第二个 BJT 的发射极之间的电压较高。

总电压为

VBE1 是输入晶体管的电压，VBE2 是第二个晶体管的电压。

光达林顿晶体管的应用

光达林顿晶体管可应用于需要高灵敏度和低照度放大的各个领域。一些常见的应用包括

用于检测和测量光量的光学传感器。它们可用于环境光传感器、光电编码器和位置传感器。
光达林顿晶体管在光纤通信系统中用作接收器，将光信号转换为电信号。它们的应用包括光接收器、光纤数据传输和电信系统。
它们被用于医疗成像设备，如计算机断层扫描（CT）扫描仪和 X 光机。它们还可用于诊断仪器和医疗监控设备。
这些晶体管用于工业自动化系统中的光检测和控制。它们可用于光屏障、安全传感器和制造过程中的物体检测。
它们被集成到安全系统中，用于入侵检测、运动传感器和监控摄像头。它们能够检测低照度，并在光线昏暗的环境中捕捉图像。
这种晶体管可应用于汽车领域，包括用于自动大灯的环境光传感器、用于挡风玻璃雨刷器的雨量传感器以及用于防抱死制动系统（ABS）的光学传感器。