|
Структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа. На подложке из p-кремния создается тонкий слой полупроводника n-типа, выполняющий функции канала, т. е. токопроводящей области, сопротивление которой регулируется электрическим полем. С помощью нижнего p-n-перехода осуществляется изоляция канала от подложки и установка начальной толщины канала. Принцип работы с управляющим p-n-переходом основан на изменении сопротивления активного слоя (канала) путем расширения p-n-перехода при подаче на него обратного напряжения. Наиболее характерной чертой полевых транзисторов является высокое входное сопротивление, т. к. ток затвора мал, поэтому они управляются напряжением. При Uзи = 0 сопротивление канала минимально 
, где 
– удельное сопротивление полупроводника; l, w – длина и ширина канала соответственно, h – расстояние между металлургическими границами n-слоя. Чем больше обратное напряжение на затворе Uзи, тем шире p-n-переходы и тоньше канал. При некотором напряжении затвора канал полностью перекрывается. Это напряжение называется напряжением отсечки Uзи отс.
При подаче на сток положительного напряжения Uси в канале возникает ток Ic и вдоль канала появляется падение напряжения Uх, величина которого зависит от расстояния до истока. Это приводит к возникновению напряжения, запирающего p-n-переход между стоком и затвором Uсз, толщина канала становится переменной. Поскольку |Uсз| > |Uзи|, то канал сильнее сужается вблизи стока. При некотором напряжении Uси = Uси нас – канал перекрывается. Сопротивление канала при этом Rк н ¹ 0, оно больше начального Rк 0, и под действием напряжения насыщения через канал проходит максимальный ток Iс макс = Uси нас/Rк н.
50. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП - транзисторы)
Характерное отличие полевых транзисторов с изолированным затвором состоит в том, что у них между металлическим затвором и областью полупроводника находится слой диэлектрика – двуокись кремния SiO2. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором называются МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) или МОП (металл-окисел-полупроводник). Выпускаются МДП-транзисторы с индуцированным и встроенным каналом.
В основе действия МДП-транзистора лежит эффект поля, представляющий собой изменение величины и типа электропроводности полупроводника вблизи его границы с диэлектриком под действием приложенного напряжения. Если к затвору приложить отрицательное напряжение, то дырки будут притягиваться к диэлектрику SiO2 и на поверхности полупроводника образуется слой с высокой их концентрацией. Такой режим называется режимом обогащения канала. При подаче на затвор положительного напряжения дырки выталкиваются от поверхности полупроводника и образуется слой с уменьшенной концентраций дырок. Такой режим называется режимом обеднения. Электроны из полупроводника p-типа будут притягиваться к диэлектрику, и у поверхности полупроводника р-типа образуется слой с электропроводностью n-типа. Таким образом, между истоком и стоком образуется область n+-n-n+ типа. Такой режим называется инверсией электропроводности. Изменяя напряжения на затворе, можно изменять сопротивление канала.
В МДП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа (рис. 2,а) при напряжении на затворе Uзи = 0 канал отсутствует и при Uси > 0 ток стока будет равен нулю. При увеличении положительного напряжения на затворе, начиная с некоторого значения Uзи пор наступает инверсия электропроводности и происходит образование канала (рис. 2,а). Это напряжение называется пороговым. В справочниках обычно в качестве порогового приводятся значения Uзи, при которых ток стока Iс = 10 мкА. При Uзи > Uзи пор в МДП-транзисторах с n-каналом увеличение напряжения на затворе будет приводить к уменьшению сопротивления канала за счет обогащения поверхности канала электронами, ток стока при этом будет увеличиваться. Отсюда видно, что МДП-транзистор с индуцированным каналом работает только в режиме обогащения.
В МДП-транзисторе со встроенным каналом n-типа (рис. 2,б) уже имеется технологическим путем созданный канал, и при Uзи = 0 и Uси > 0 протекает ток стока. При увеличении положительного напряжения на затворе область канала обогащается электронами, и ток стока возрастает. При увеличении отрицательного напряжения на затворе канал обедняется, и ток стока уменьшается. Таким образом МДП-транзисторы со встроенным каналом работают в режимах обогащения и обеднения.
Полевые транзисторы включаются по схемам с общим затвором (ОЗ) (рис. 3,а), общим истоком (ОИ) (рис. 3,б), общим стоком (ОС) (рис. 3,в). Наиболее часто используется схема включения с ОИ.
а б в
51. Статистические вольтамперные хар-и (ВАХ) пол. транзисторов.
Основными характеристиками полевого транзистора являются: выходные (стоковые) – Iс = f(Uси) при Uзи = const и характеристики передачи (cток-затворные) – Iс = f(Uзи) при Uси = cоnst.
На рис. 4 приведены ВАХ полевых транзисторов, включенных по схеме с ОИ: с управляющим р‑n-переходом (а, б); МДП-транзистора с индуцированным каналом (в, г) и МДП-транзистора со встроенным каналом (д, е) (все три типа транзисторов имеют канал n-типа).
52. Влияние температуры на ВАХ полевых транзисторов.
Основными причинами изменения тока стока полевых транзисторов являются температурные зависимости подвижности носителей и контактной разности потенциалов в транзисторах с управляющим переходом, а также пороговое напряжение в МДП-транзисторах. Подвижность носителей заряда в канале уменьшается с ростом температуры, что приводит к уменьшению тока стока, а пороговое напряжение, уменьшаясь с ростом температуры, приводит к увеличению тока стока. Кроме этого, уменьшается и контактная разность потенциалов, что приводит также к увеличению тока стока. Таким образом, эти факторы оказывают на ток стока противоположное действие и могут скомпенсировать друг друга. Изменение тока стока с изменением температуры можно охарактеризовать температурным коэффициентом тока:
Температурная зависимость передаточных характеристик показана на рис. Из характеристик видно, что в полевых транзисторах существует термостабильная точка, в которой ток стока не зависит от температуры. Величину тока стока в этой точке можно приближенно определить так:
Ориентировочное положение термостабильной точки можно найти по формуле 
54. Работа полевого транзистора в режиме усиления.
При использовании полевого транзистора в режиме усиления, он может быть включен по схеме с ОИ, ОС, ОЗ.
Рассмотрим работу усилительного каскада на полевом транзисторе в схеме с ОИ (рис. 4.15).
Так же как в усилителе, на БТ во входной цепи включается источник переменного сигнала Uвх= Umз⋅sin(ωt). Положение рабочей точки А обеспечивается напряжением смещения. Для обеспечения смещения в цепь затвора включается сопротивление Rз. В цепь стока включается нагрузка Rс. Построение нагрузочных характеристик и выбор рабочей точки аналогичны, как и в случае биполярного транзистора ( рис. 4.16). Диаграммы, иллюстрирующие процесс усиления, приведены на (рис. 4.17).
Когда Uвх=0, напряжение на стоке 
. При подаче на вход синусоидального сигнала напряжение на затворе будет 
. В результате будут изменяться ток стока 
и напряжение на стоке 
.
55. Частотные свойства полевых транзисторов.
Частотные свойства полевых транзисторов обусловлены в основном влиянием междуэлементарных емкостей и распределенных сопротивлений канала, истока и стока. К ним относятся:
C з. и− емкость затвор – исток, определяющая реактивную составляющую входного тока;
C з. c - емкость затвор – сток, создающая цепь обратной связи выходной и входной цепей, ограничивающая устойчивость усиления на высоких частотах;
C c. и, C с. п − емкость сток – исток или сток – подложка, обусловливающая реактивную составляющую выходного тока.
С учетом влияния этих элементов можно представить упрощенную эквивалентную схему полевого транзистора ( рис.). Генератор тока SU зи отражает усилительные свойства транзистора. Внутреннее сопротивление Ri характеризует воздействие стока на ток стока. Сопротивления истока rи и истока rс составляют доли ом или единицы ом и ими можно пренебречь.
Крутизна транзистора зависит от частоты входного сигнала, уменьшаясь с ростом частоты:
где S0-значение крутизны на низкой частоте.
При f=fs крутизна S= S0/sqrt(2). Частота fs называется предельной частотой крутизны. Внутреннее сопротивление Ri ввиду того, что длина канала мала, можно считать независимым от частоты.
56. Основные параметры полевых транзисторов.
Дифференциальные параметры полевых транзисторов
Основными дифференциальными параметрами полевых транзисторов являются:
крутизна 
;
внутреннее (дифференциальное) сопротивление
;
статический коэффициент усиления 
Все три параметра связаны уравнением µ = SRi;
Параметры транзисторов можно определить по статическим характеристикам, как показано на рис. 5. Для рабочей точки А (U'си, I'с, U'зи) крутизна и дифференциальное сопротивление определяются следующими выражениями:
|
;
.
Широкое распространение получают полевые транзисторы с барьером Шотки. Перспективными транзисторами являются полевые транзисторы на арсениде галлия, работающие на частотах до 20 ГГц, которые можно использовать в малошумящих усилителях СВЧ, усилителях мощности и генераторах.
Для маркировки биполярных транзисторов используется буквенно-цифровая система условных обозначений согласно ОСТ 11.336.038-77, такая же, как и для биполярных транзисторов.
57 Определение и классификация переключающих электронных приборов.
Тиристорами называют полупроводниковые приборы с двумя устойчивыми состояниями, имеющие три и более взаимодействующих p-n переходов, вольтамперные характеристики которых имеют участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Классификация:
· Диодные - прибор без управляющих электродов
· Триодные - прибор с одним управляющим электродом
· Симметричные– это триодный тиристор, который при подаче сигнала на его управляющий электрод включается как в прямом, так и в обратном направлении.
58. Устройство и обозначение тиристоров.
 |
Крайние переходы (П1 и П3) являются эмиттерными, соответственно, П2 – коллекторным. Области р2 и n1 областями эмиттера, а области n2 и p1 базы. Вывод от эмиттера с p типом – анод, с n типом – катод.
59 Диодные тиристоры.
Вольтамперная характеристика диодного тиристора приведена на рис. Пусть к аноду тиристора подано небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы П1 и П3 включены в прямом направлении, а коллекторный переход П2 включен в обратном, поэтому почти всё приложенное напряжение падает на нём. Участок ОА вольтамперной характеристики аналогичен обратной ветви характеристики диода и характеризуется режимом прямого запирания.
При увеличении анодного напряжения эмиттеры инжектируют основные носители в области баз. Инжектированные электроны и дырки накапливаются в них, что равносильно дополнительной разности потенциалов на коллекторном переходе, которая стремится сместить его в прямом направлении. С увеличением тока через тиристор абсолютное значение суммарного напряжения на коллекторном переходе начнёт уменьшаться. При этом ток будет ограничиваться только сопротивлением нагрузки и ЭДС источника питания. Высота коллекторного перехода уменьшается до значения, соответствующего включению этого перехода в прямом направлении. Из закрытого состояния (участок 0А) тиристор переходит на участок АВ, соответствующий отрицательному дифференциальному сопротивлению.
После этого все три перехода смещаются в прямом направлении. Этому открытому состоянию соответствует участок ВD. Итак, в закрытом состоянии тиристор характеризуется большим падением напряжения и малым током. В открытом состоянии падение напряжения на тиристоре мало (1-3 В), а ток, протекающий через структуру, велик. Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току – увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Напряжение анода, при котором тиристор переходит из закрытого состояния (0А) в режим, соответствующий отрицательному дифференциальному сопротивлению (АВ), называется напряжением включения Uвкл. Анодный ток тиристора в режиме включения называется током включения I вкл.
Обозначив α1 и α2 как коэффициенты передачи тока первого и второго эмиттерных переходов, запишем ток коллектора в виде
IK=α1*IП1+ α2*IП3+IKO
, где IKO – собственный обратный ток коллекторного перехода.
В двухэлектродной структуре диодного тиристора из-за необходимости выполнения баланса токов полные токи через все переходы должны быть равны между собой:
Iп1=Iп2=Iп3=Ia
С учётом этого анодный ток тиристора
Ia= IКО/ [1-(α1 + α2)]
Когда α1+α2 стремится к единице, тиристор из закрытого состояния переходит в открытое. В открытом состоянии тиристор будет находиться до тех пор, пока коллекторный переход будет смещён в прямом направлении.
60. Триодные тиристоры.
Триодный тиристор (тринистор) отличается от динисторов наличием внешнего вывода от одной из баз, с помощью которого можно управлять включением тиристора.(рис 1)
В триодном тиристоре, имеющем управляющий электрод от одной из базовых областей, уровень инжекции через прилегающий к этой базе эмиттерный переход можно увеличивать путём подачи положительного по отношению к катоду напряжения на управляющий электрод. Поэтому триодный тиристор можно переключить из закрытого состояния в открытое даже при небольших анодных напряжениях. (рис 2)
Переключение триодного тиристора с помощью прямого напряжения на управляющем электроде или тока через этот электрод можно представить как переход транзисторной n-p-n-структуры в режим насыщения при большом токе базы. При этом коллекторный переход транзисторной структуры (он же и коллекторный переход тиристора) смещается в прямом направлении. Напряжение включения зависит от управляющего тока.
61. Симметричные тиристоры (симисторы).
Симметричный тиристор – это триодный тиристор, который при подаче сигнала на его управляющий электрод включается как в прямом, так и в обратном направлении.
Структура симметричного тиристора состоит из пяти областей с чередующимся типом электропроводности, которые образуют четыре p-n - перехода. Крайние переходы зашунтированы объёмными сопротивлениями прилегающих областей p-типа.
62 Основные параметры транзисторов.
Напряжение включения – это минимальное прямое анодное напряжение, при котором тиристор переходит из закрытого в открытое состояние при разомкнутой управляющей цепи.
Ток включения – это значение прямого анодного тока, протекающего через тиристор, выше которого тиристор переходит в открытое состояние при разомкнутой цепи управляющего выхода.
Ток удержания – это значение прямого тока, протекающего через тиристор, при разомкнутой управляющей цепи, ниже которого тиристор выключается.
Напряжение в открытом состоянии – падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии.
Максимально допустимый ток в открытом состоянии – максимальное значение тока в открытом состоянии, при котором обеспечивается заданная надежность тиристора.
Обратное напряжение – напряжение при котором тиристор может работать длительное время без нарушения его работоспособности.
Обратный ток – наибольшее значение обратного тока, протекающего через тиристор при обратном напряжении.
Отпирающий ток управления – наименьший ток в цепи управляющего электрода, необходимый для включения тиристора.
Время задержки – время до момента, когда анодный ток через тиристор возрастает до величины 0,1 от установившегося значения.
Время включения – время с момента передачи отпирающего импульса до момента, когда ток через тиристор возрастает до 0,9 своего установившегося значения.
Время выключения – минимальное время в течение которого к тиристору прикладывается запирающее напряжение.
63 Однопереходные транзисторы.
Однопереходный транзистор – это трёхэлектродный полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами базовой области, предназначенными для переключения и генерирования электрических импульсов за счёт модуляции сопротивления базы в результате инжекции через p-n-переход неосновных носителей заряда.
База однопереходного транзистора выполнена из полупроводника n-типа, электронная область – из полупроводника p-типа. Эмиттерная область должна быть более низкоомной, чем базовая. В этом случае при прямом включении p-n-перехода прямой ток через него будет иметь в основном лишь дырочную составляющую. Дырки инжектируются в базу, где они являются неосновными носителями. Для компенсации этого объёмного заряда через один из невыпрямляющих контактов в базу вводят основные носители.
При этом происходит уменьшение сопротивления базы и увеличение тока в цепи нагрузки. При подаче напряжения Uб2 и Uб1на базовые выводы вдоль базы будет протекать ток Iб2 , создающий продольное падение напряжения между базовыми выводами.
– закрытом, которое характеризуется большими сопротивлениями между различными выводами транзистора;
– открытом (состоянии насыщения), которое характеризуется малыми сопротивлениями между выводами транзистора.
64 Основные понятия оптоэлектроники.
Оптоэлектроника – это область электроники, где в качестве носителя информации используются электромагнитные волны оптического диапазона.
Длины волн оптического диапазона лежат от 10 нм до 1мм
Оптический диапазон делится
ü Ультрафиолетовый излучение (от 0,01 до 0,38 мкм)
ü Видимое излучение (0,38 до 0,78 мкм)
ü Инфракрасное излечение (0,78 до 1мм)
В оптических средах носителями сигналов явл. электрически нейтральные фотоны, которые в световом потоке не взаимодействуют между собой. Оптические цепи не подвержены влиянию электрических и магнитных полей.
Использование в качестве носителя информации электрически нейтральных фотонов обеспечивает:
ü Идеальную электрическую развязку входной и выходной цепей оптоэлектронного элемента связи
ü Однонаправленность передачи и отсутствие влияния приемника на передатчик
ü Высокую помехозащищенность оптических каналов связи вследствие невосприимчивости фотонов к воздействию электрических и магнитных полей
ü Отсутствие паразитных связей между каналами, а так же хорошее согласование цепей с разными входными и выходными сопротивлениями.
В устройствах оптоэлектроники передача информации от управляемого источника света (фотоизлучателя) к фотоприемнику осуществляется через светопроводящую среду(воздух, вакуум, световоды), исполняющую роль проводника оптического излучения. Светодиодные линии являю. тся эквивалентами электрических проводников и характеризуются большой пропускной способностью, возможностью совмещать в одном световоде большое число каналов связи при очень высокой скорости передачи информации, достигающей гигабит в секунду. Оптическое излучение легко разделяется по динам волн, поэтому можно объединять в одном световоде несколько каналов информации.
65 Источники оптического излучения.
Источники оптического излучения преобразуют электрическую энергию в энергию оптического излучения с определенной длиной волны или в узком диапазоне длин волн.
В основе работы управляемых источников оптического излучения лежит одно из следующих физических явлений:
ü температурное свечение,
ü газо-разрядное излучение,
ü электролюминесценция,
ü индуцированное излучение.
Источники излучения бывают когерентными и некогерентными. Лампы накаливания, газоразрядные лампы, электролюминесцентные элементы, инжекционные светодиоды являются некогерентными источниками излучения. Когерентными источниками излучения являются лазеры.
Принцип действия полупроводниковых излучающих приборов основан на явлении электролюминесценции. Электролюминесценцией называют явление излучения света телами под действием электрического поля. Электролюминесценция является частным случаем люминесценции. Под люминесценцией понимают электромагнитное нетепловое излучение, обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний. Люминесцировать могут твердые, жидкие и газообразные тела. В оптоэлектронных приборах используется люминесценция кристаллических примесных полупроводников с широкой запрещенной зоной. Для работы в диапазоне видимого излучения (0,38…0,78 мкм) используются полупроводники с шириной запрещенной зоны 1,5…3,0 эВ. В полупроводниках генерация оптического излучения обеспечивается инжекционной электролюминесценцией. Генерация оптического излучения в p-n-переходе объединяет два процесса: инжекцию носителей и электролюминесценцию.
66 Светодиоды.
Светодиод – полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, преобразующий электрическую энергию в энергию некогерентного светового излучения, при смещении p-n-перехода в прямом направлении.
При приложении прямого напряжения пр U к p-n-переходу происходит диффузионный перенос носителей через переход. Увеличивается инжекция дырок в n-область, а электронов – в р-область. Прохождение тока через p-n-переход в прямом направлении сопровождается рекомбинацией инжектированных неосновных носителей заряда. Рекомбинация происходит как в самом p-n-переходе, так и в примыкающих к переходу слоях, ширина которых определяется диффузионными длинами Ln и Lp. В большинстве полупроводников рекомбинация осуществляется через примесные центры (ловушки) вблизи середины запрещенной зоны и сопровождается выделением тепловой энергии – фонона. В ряде случаев процесс рекомбинации сопровождается выделением кванта света – фотона.
Излучательная способность светодиода характеризуется:
ü внутренней квантовой эффективностью (или внутренним квантовым выходом), определяемой отношением числа генерируемых фотонов к числу инжектированных в активную область носителей заряда за один и тот же промежуток времени.
ü внешней квантовой эффективностью излучения (квантовым выходом), определяемой отношением числа фотонов, испускаемых диодом во внешнее пространство, к числу инжектируемых носителей через р-n-переход.
Основными характеристиками светодиодов являются: ВАХ, яркостная, спектральная.
Параметры светодиодов.
Сила света– световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в заданном направлении,
Яркость излучения – отношение силы света к площади светящейся поверхности.
Постоянное прямое напряжение – падение напряжения на диоде при заданном токе (2…4 В).
Цвет свечения или длина волны, соответствующая максимальному световому потоку.
Максимально допустимый постоянный прямой ток определяет максимальную яркость излучения.
Максимальное допустимое постоянное обратное напряжение (единицы вольт).
Быстродействие излучающего диода определяется инерционностью возникновения из-
лучения при подаче прямоугольного импульса прямого тока.
Диапазон температур окружающей среды при которых светодиод сохраняет свою работоспособность.
67 Приемники оптического излучения.
Фотоприемники – это оптоэлектронные приборы, предназначенные для преобразования энергии оптического излучения в электрическую энергию.
Функции фотоприемников могут выполнять:
ü фоторезисторы,
ü фотодиоды,
ü фототранзисторы,
ü фототиристоры и т. д.
Для получения максимального преобразования оптического излучения в электрический сигнал
необходимо согласовывать спектральные характеристики фотоизлучателей и фотоприемников.
Работа фотоприемников основана на одном из трех видов фотоэлектрических явлений:
внутреннем фотоэффекте – изменении электропроводности вещества при его освещении;
внешнем фотоэффекте – испускании веществом электронов под действием света (используется в вакуумных и газонаполненных фотоэлементах);
фотоэффекте в запирающем слое – возникновении ЭДС на границе двух материалов под действием света.
68 Фоторезисторы.
Фоторезистором называют полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, в котором используется явление фотопроводимости, т. е. изменение электрической проводимости полупроводника под действием оптического излучения.
Фоторезистор обладает начальной проводимостью, которую называют темновой
q – заряд электрона; n0 , p0 – концентрация подвижных носителей заряда в полупроводнике в равновесном состоянии, µ – подвижность электронов и дырок соответственно.
Под действием света в полупроводнике генерируются избыточные подвижные носители заряда, концентрация которых увеличивается на величину ∆n и ∆p, а проводимость полупроводника
изменяется на величину называемую фотопроводимостью.
При изменении яркости освещения изменяется фотопроводимость полупроводника. Увеличение проводимости полупроводника при освещении фоторезистора приводит к возрастанию тока в цепи. Разность токов при наличии и отсутствии освещения называют световым током, или фототоком.
Характеристики и параметры фоторезистора.
ü ВАХ I=f(U)
ü Световая I=f(Ф) при U<=const
ü Спектральная S=f(длины волны)
Параметрами фоторезистора являются:
Темновое сопротивление – сопротивление фоторезистора при отсутствии освещения
Удельная интегральная чувствительность – отношение фототока к произведению светового потока на приложенное напряжение:
Граничная частота – это частота синусоидального сигнала, модулирующего световой поток, при котором чувствительность фоторезистора уменьшается в √2 раз по сравнению с чувствительностью при немодулированном потоке
Температурный коэффициент фототока – коэффициент, показывающий изменение фототока при изменении температуры и постоянном световом потоке.
Рабочие напряжение – номинальное напряжение между электродами фоторезистора.
69 Фотодиоды.
Фотодиодом называют полупроводниковый фотоэлектрический прибор, в котором используется внутренний фотоэффект.
Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов:
без внешнего источника электрической энергии;
с внешним источником электрической энергии.
Схема включения фотодиода в вентильном режиме.
При отсутствии светового потока на границе p-n-перехода создается контактная разность потенциалов. Через переход навстречу друг другу протекают два тока дрейфовый и дифузионный, которые уравновешивают друг друга.
При освещении p-n-перехода фотоны, проходя в толщу полупроводника, сообщают части валентных электронов энергию, достаточную для перехода их в зону проводимости, т. е. за счет внутреннего фотоэффекта генерируются дополнительные пары электрон-дырка.
Под действием контактной разности потенциалов неосновные носители заряда n-области (дырки) переходят в р-область, а неосновные носители заряда р-области (электроны) – в n-область. Дрейфовый ток получает дополнительное приращение, называемое фототоком. Дрейф неосновных носителей приводит к накоплению избыточных дырок в р-области, а электронов – в n-области. Это приводит к созданию на зажимах фотодиода при разомкнутой
внешней цепи разности потенциалов, называемой фотоЭДС.
В фотодиодном, или фотопреобразовательном, режиме работы последовательно с фотодиодом включается внешний источник энергии, смещающий диод в обратном направлении. При отсутствии светового потока под действием обратного напряжения через фотодиод протекает обычный начальный обратной ток, который называют темновым.
При освещении фотодиода кванты света выбивают электроны из валентных связей полупроводника. Увеличивается поток неосновных носителей заряда через р-n-переход.
Основные характеристики Фотодиода
ü ВАХ I=f(U) Ф const
ü Спектральный S=f(длина волны)
ü Частотная Sит=f(f)
Параметрами фотодиодов являются:
ü Темновой ток
ü Рабочее напряжение
ü Интегральная чувствительность
ü Граничная частота
70 Фототранзистор
Фототранзистором называют полупроводниковый управляемый оптическим излучением прибор с двумя взаимодействующими р-n-переходами.
Фототранзисторы, как и обычные транзисторы, могут иметь p-n-p - и n-p-n-структуру. Конструктивно фототранзистор выполнен так, что световой поток облучает область базы.
Входным сигналом фототранзистора является модулированный световой поток, а выходным – изменение напряжения на резисторе нагрузки в коллекторной цепи.
Напряжение питания на фототранзистор подают, как и на обычный БТ,
работающий в активном режиме, т. е. эмиттерный переход смещен в прямом на-
правлении, а коллекторный – в обратном. Однако он может работать и с отключенным выводом базы, а напряжение прикладывается между эмиттером и коллектором. Такое включение называется включением с плавающей базой и характерно только для фототранзисторов. При этом фототранзистор работает в активном режиме близко к границе отсечки. При Ф = 0 ток очень мал и равен темновому току:
ВАХ аналогичны выходным характеристикам БТ, включенного по схеме с ОЭ, где параметром является не ток базы, а световой поток, или фототок, при Iб=const
Основными параметрами фототранзистора являются:
– рабочее напряжение (10…15 В);
– темновой ток (до сотен микроампер);
– рабочий ток (до десятков миллиампер);
– максимально допустимая мощность рассеяния (до десятков ватт);
– статический коэффициент усиления фототока
– интегральная чувствительность
- граничная частота
71 Оптроны
Оптопара – оптоэлектронный полупроводниковый прибор, содержащий источник и приемник оптического излучения, оптически и конструктивно связанные между собой, и предназначенный для выполнения различных функциональных преобразований электрических и оптических сигналов. В интегральных оптоэлектронных схемах источником оптического излучения является инжекционный светодиод, обеспечивающий высокое быстродействие оптопары. Фотоприемниками могут быть: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры.
Принцип действия оптопар основан на двойном преобразовании энергии.
Наиболее распространенные на практике оптопары можно описать, используя следующие параметры: входные параметры (параметры излучателя), выходные параметры (параметры фотоприемника), передаточные параметры (параметры передачи сигнала с входа на выход), параметры изоляции.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
