ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 8858
Скачиваний: 20
121
В первом случае прикладываемое к фоторезистору электри-
ческое поле и возбуждающий свет действуют во взаимно перпен-
дикулярных плоскостях, во втором — в одной плоскости.
Свет, поглощаясь в полупроводнике, возбуждает в нём сво-
бодные носители зарядов: электроны и дырки, которые изменяют
его проводимость. Если к фоторезистору приложено электриче-
ское поле, то с изменением освещённости будет изменяться и ток
в цепи, в которую включен фоторезистор.
Для поперечного и продольного фоторезисторов токи мож-
но записать:
2
Н
Ф
Ф
qa
k
I
BU
d
τμ
=
, (3.10)
1
Н
Ф
Ф
qa
k
I
BU
d
τμ
=
, (3.11)
где q — заряд электрона; а — квантовый выход;
τ
,
μ
— среднее
время жизни и подвижность носителей тока в полупроводнике;
d — расстояние между электродами фоторезистора;
1
н
k
— коэф-
фициент поглощения в полупроводнике;
Н
k — безразмерный ко-
эффициент, показывающий долю поглащенного в образце излу-
чения. Диапазон освещенностей фоторезисторов лежит в преде-
лах (10
–3
—10
2
) лк.
3.6
Фотодиоды
Принцип работы фотодиода с
-
p n
перехода основан на по-
глощении света в области базы, или в переходе, в результате чего
образуются дырки и электроны, что приводит к изменению рав-
новесных концентраций в базе и эмиттере, а следовательно, к по-
явлению фототока.
Основные соотношения, определяющие характеристики
-
p n
перехода как приёмника излучения, можно записать в виде:
ф
н
J
aqk B
=
;
(3.12)
0
1
T
U
ф
ОБ
ф
J
J
J
J
J
e
ϕ
⎛
⎞
=
−
=
−
−
⎜
⎟
⎝
⎠
,
(3.13)
122
где а — квантовый выход внутреннего фотоэффекта;
ф
j
,
ОБ
j
—
плотности фототока и обратного тока
-
p n
перехода, обусловлен-
ные неосновными носителями тока в полупроводнике.
Уравнение (3.12) отвечает семейству (по параметру В)
вольт-амперных характеристик фотодиода. В фотодиодном ре-
жиме на
-
p n
переход подаётся обратное смещение. При этом се-
мейство вольт-амперных характеристик фотодиода будет выгля-
деть, как это показано на рис. 3.12, а.
Ордината участков насыщения прямо пропорциональна
уровню возбуждения В. При обратном смещении
0
U
<
и
T
U
>> ϕ
(3.13) упрощается и принимает вид
0
Ф
J
J
J
=
+ . (3.14)
а б
Рис. 3.12 — Характеристики фотодиода:
а — вольт-амперная
1
2
3
Ф
Ф
Ф
<
<
;
б — световая (кремниевый фотодиод)
Фотодиод — быстродействующий прибор, инерционность
которого практически не зависит от уровня возбуждения.
Применение фотодиодов на основе контактов Шоттки во-
обще решает проблему быстродействия (включая СВЧ-диапазон).
Режим работы диода при обратном смещении называется фото-
диодным, а при прямых смещениях — вентильным.
i
U
U
−
0
Ф
=
1
Ф
2
Ф
3
Ф
i
−
,
Ф
I
А
,
B Вт
12
10
−
11
10
−
3
10
−
11
10
−
7
10
−
5
10
−
3
10
−
123
Вопросы
для
самопроверки
1.
Технология изготовления точечных диодов.
2.
Особенности статической вольт-амперной характеристи-
ки точечного диода.
3.
Объясните причину отрицательного участка на вольт-
амперной характеристике точечного диода.
4.
Почему точечные диоды применяются в основном в диа-
пазоне СВЧ?
5.
Полупроводниковые стабилитроны и их основное приме-
нение.
6.
Почему для производства стабилитронов в основном ис-
пользуется кремний?
7.
Какие физические принципы лежат в основе работы дио-
дов Шоттки?
8.
Основные достоинства диодов Шоттки?
9.
Какие полупроводники используются при изготовлении
туннельных диодов?
10.
В чём особенность статической вольт-амперной харак-
теристики туннельного диода при прямом смещении на диоде?
11.
Чем объясняется высокое быстродействие туннельных
диодов?
12.
Физические принципы образования фототока в фоторе-
зисторах.
13.
Какие конструкции фоторезисторов Вы знаете?
14.
Принцип образования фототока в фотодиоде?
15.
Статические вольт-амперные характеристики фотодиодов.
16.
От каких параметров зависит чувствительность фотоди-
одов и фоторезисторов?
124
4
БИПОЛЯРНЫЕ
ТРАНЗИСТОРЫ
4.1
Введение
Биполярный транзистор наиболее распространенный тип
транзисторов. Он может с успехом выполнять как усилительные
функции, так и функции переключателя, т. е. представляет собой
универсальный элемент электронных схем. Транзистор представ-
ляет собой двухпереходный прибор (рис. 4.1). Переходы образу-
ются на границах тех трех слоев, из которых состоит транзистор.
Контакты с внешними электродами — омические. В зависимости
от типа проводимости крайних слоев различают транзисторы р-n-р
и n-р-n с взаимно противоположными рабочими полярностями,
что не имеет аналогии в электровакуумной технике. Чтобы
не дублировать всех рассуждений и выводов, мы будем в даль-
нейшем рассматривать только транзисторы р-n-р. Условные обо-
значения обоих типов транзисторов, рабочие полярности напря-
жений и направления токов показаны на рис. 4.2. Переход, рабо-
тающий в прямом направлении, называется эмиттерным, а соот-
ветствующий крайний слой — эмиттером. Такое название, как
и у диодов, отражает факт инжекции неосновных носителей через
переход. Средний слой называется базой. Второй переход, нор-
мально смещенный в обратном направлении, называется коллек-
торным, а соответствующий крайний слой — коллектором. Это
название отражает функцию «собирания» инжектированных но-
сителей, прошедших через слой базы. Для того чтобы такое «со-
бирание» было возможно, база должна иметь достаточно малую
толщину. В противном случае инжектированные носители успе-
ют рекомбинировать в процессе перемещения через базу, что мы
видели на примере диодов с толстой базой. Необходимо под-
черкнуть, что транзистор представляет собой обратимый прибор,
т. е. эмиттер и коллектор можно поменять местами, сохранив
в той или иной мере работоспособность прибора. Такой вывод
вытекает из однотипности крайних слоев. Однако в связи
с несимметричностью реальной структуры (рис. 4.3), а также раз-
личием материалов эмиттера и коллектора в большинстве типов
транзисторов нормальное и инверсное включения неравноценны,
в чем мы убедимся позднее.
125
Рис. 4.1 — Упрощенная структура плоскостного
транзистора
I
Э
I
К
I
б
Эмиттер
Коллектор
База
0
I
Э
I
К
I
б
0
Эмиттер
Коллектор
База
а
б
Рис. 4.2 — Условные обозначения транзисторов
а — транзистор р-n-р; б — транзистор n-р-n
В транзисторах типа n-р-n рабочими носителями являются
электроны и полярности получаются такие же, как у электронных
ламп. В транзисторах типа р-n-р рабочими носителями являются
дырки и полярности соответствуют полярностям воображаемой
позитронной лампы.
w
p
Б
К
Э
p
n
Коллекторный
переход
Эмиттерный
переход