Файл: Электроника Ицкович Часть 1.pdf

Добавлен: 23.10.2018

Просмотров: 11038

Скачиваний: 27

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

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

 

— 

заряд

 

электрона

а

 — 

квантовый

 

выход

τ

μ — 

среднее

 

время

 

жизни

 

и

 

подвижность

 

носителей

 

тока

 

в

 

полупроводнике

;      

d  — 

расстояние

 

между

 

электродами

 

фоторезистора

1

н

 — 

коэф

-

фициент

 

поглощения

 

в

 

полупроводнике

Н

 — 

безразмерный

 

ко

-

эффициент

показывающий

 

долю

 

поглащенного

 

в

 

образце

 

излу

-

чения

Диапазон

 

освещенностей

 

фоторезисторов

 

лежит

 

в

 

преде

-

лах

 

(

)

3

2

10

10

 

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) 


background image

 

122

 

где

 

а

 — 

квантовый

 

выход

 

внутреннего

 

фотоэффекта

ф

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

 

Вопросы

 

для

 

самопроверки

 

 

1.

 

Технология

 

изготовления

 

точечных

 

диодов

2.

 

Особенности

 

статической

 

вольт

-

амперной

 

характеристи

-

i

U

U

0

=

Ф

1

Ф

2

Ф

3

Ф

i

a

I

Ф

,

вт

B,

12

10

11

10

3

10

11

10

7

10

5

10

3

10


background image

 

123

 

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

 

фото

-

диодов

 

и

 

фоторезисторов

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 

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

 

дальней

-

шем

 

рассматривать

 

только

 

транзисторы

 

р

-n-

р

Условные

 

обозна

-

чения

 

обоих

 

типов

 

транзисторов

рабочие

 

полярности

 

напряже

-

ний

 

и

 

направления

 

токов

 

показаны

 

на

 

рис

. 4.2. 

Переход

рабо

-

тающий

 

в

 

прямом

 

направлении

называется

 

эмиттерным

а

 

соот

-

ветствующий

 

крайний

 

слой

 — 

коллекторным

Такое

 

название

как

 

и

 

у

 

диодов

отражает

 

факт

 

инжекции

 

неосновных

 

носителей

 

через

 

переход

Средний

 

слой

 

называется

 

базой

Второй

 

переход

нормально

 

смещенный

 

в

 

обратном

 

направлении

называется

 

кол

-

лекторным

а

 

соответствующий

 

крайний

 

слой

 — 

коллектором

Это

 

название

 

отражает

 

функцию

  «

собирания

» 

инжектированных

 

носителей

прошедших

 

через

 

слой

 

базы

Для

 

того

 

чтобы

 

такое

 

«

собирание

» 

было

 

возможно

база

 

должна

 

иметь

 

достаточно

 

ма

-

лую

 

толщину

В

 

противном

 

случае

 

инжектированные

 

носители

 

успеют

 

рекомбинировать

 

в

 

процессе

 

перемещения

 

через

 

базу

что

 

мы

 

видели

 

на

 

примере

 

диодов

 

с

 

толстой

 

базой

Необходимо

 

под

-

черкнуть

что

 

транзистор

 

представляет

 

собой

вообще

 

говоря

об

-

ратимый

 

прибор

т

.

е

эмиттер

 

и

 

коллектор

 

можно

 

поменять

 

мес

-

тами

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

 

так

-

же

 

различием

 

материалов

 

эмиттера

 

и

 

коллектора

 

в

 

большинстве

 

типов

 

транзисторов

 

нормальное

 

и

 

инверсное

 

включения

 

неравно

-

ценны

в

 

чем

 

мы

 

убедимся

 

позднее

.  


background image

 

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-рб — 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

Транзистор

 

иногда

 

работает

 

в

 

режиме

когда

 

оба

 

перехода

 

Коллекторный 

переход 

Эмиттерный 

переход