ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 15684
Скачиваний: 29
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
(
)
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)
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
.
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
−
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
?
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
.
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
.
Транзистор
иногда
работает
в
режиме
,
когда
оба
перехода
Коллекторный
переход
Эмиттерный
переход