-
Задача 2 Задача № 2
Сопротивление
нагрузки
кОм;
мА;
мА;
Выбирается средний
ток стабилизации из условия
мА.
Средняя величина питающего напряжения
Ток нагрузки
мА.
Необходимая величина ограничительного резистора:
кОм.
Допустимый диапазон изменения напряжения источника питания определяем по формулам
Отсюда видно, что
стабилизация получается во всем диапазоне
изменения напряжения питания.(
<
,
>
)
Ответ: Rогр=670 Ом, стабилизация во всем диапазоне изменений напряжения источника питания обеспечена будет.
-
Задача 4
Фотодиод включен последовательно с источником питания и нагрузочным резистором RH. Обратный ток насыщения затемненного фотодиода (темновой ток) равен I0.
Фототок диода в фотогальваническом режиме при коротком замыкании перехода составляет Iф1 при потоке световой энергии Ф1; Iф2 при потоке световой энергии Ф2; Iф3=0 при потоке световой энергии Ф3=0.
Вычислить и построить семейство ВАХ идеализированного фотодиода для световых потоков Ф1, Ф2. и Ф3 в области напряжений U от 0 до – 10 В ( при расчетах принять, что фототок не зависит от напряжения на запертом переходе; Т = 300 К).
Определить напряжение холостого хода Uxx перехода диода для Ф1, Ф2 и Ф3 и значения Ф1,2 (лм), считая токовую чувствительность при монохроматическом световом потоке равной Si=1,510-2 мкА/лм.
Описать принцип работы, характеристики и параметры фотодиода.
Решение:
Iф1=50 мкА; Iф2=120 мкА;
Например, для
=0
и U=1 В:
Таблица, содержащая результаты расчёта семейства ВАХ фотодиода
-
U, В
-1
-3
-5
-7
-10
Ф3
I, мкА
3
3
3
3
3
Ф1
I, мкА
53
53
53
53
53
Ф2
I, мкА
123
123
123
123
123
Определим напряжение холостого хода:
Iф=
;
Для Ф1:
Для Ф2:
Для Ф3:
Определим значения Ф1,2:
Для Ф1:
Для Ф2:
Ответ: Uxx Ф1=0.074В, Uxx Ф2=0.096В, Uxx Ф3=0В, Ф1=3.3∙103лм, Ф2=8.0∙103лм.
Фотодиоды: устройство, характеристики и принципы работы
Простейший фотодиод представляет собой обычный полупроводниковый диод, в котором обеспечивается возможность воздействия оптического излучения на р–n-переход.
В равновесном состоянии, когда поток излучения полностью отсутствует, концентрация носителей, распределение потенциала и энергетическая зонная диаграмма фотодиода полностью соответствуют обычной p-n-структуре.
При воздействии излучения в направлении, перпендикулярном плоскости p-n-перехода, в результате поглощения фотонов с энергией, большей, чем ширина запрещенной зоны, в n-области возникают электронно-дырочные пары. Эти электроны и дырки называют фотоносителями.
При диффузии фотоносителей в глубь n-области основная доля электронов и дырок не успевает рекомбинировать и доходит до границы p–n-перехода. Здесь фотоносители разделяются электрическим полем p–n-перехода, причем дырки переходят в p-область, а электроны не могут преодолеть поле перехода и скапливаются у границы p–n-перехода и n-области.
Таким образом, ток через p–n-переход обусловлен дрейфом неосновных носителей – дырок. Дрейфовый ток фотоносителей называется фототоком.
Фотоносители – дырки заряжают p-область положительно относительно n-области, а фотоносители – электроны – n-область отрицательно по отношению к p-области. Возникающая разность потенциалов называется фотоЭДС Eф. Генерируемый ток в фотодиоде – обратный, он направлен от катода к аноду, причем его величина тем больше, чем больше освещенность.
Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов – без внешнего источника электрической энергии (режим фотогенератора) либо с внешним источником электрической энергии (режим фотопреобразователя).
Фотодиоды, работающие в режиме фотогенератора, часто применяют в качестве источников питания, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Они называются солнечными элементами и входят в состав солнечных батарей, используемых на космических кораблях.
При работе фотодиода в фотопреобразовательном режиме источник питания Е включается в цепь в запирающем направлении (рис. 1, а). Используются обратные ветви ВАХ фотодиода при различных освещенностях (рис. 1,б).
Рис. 1. Схема включения фотодиода в фотопреобразовательном режиме: а - схема включения, б - ВАХ фотодиода
Рис. 2. Схема включения фоторезистора (а), УГО (б), энергетическая (в) и вольт-амперная (г) характеристики фоторезистора
Кроме фотодиодов, применяются фоторезисторы (рис 2), фототранзисторы и фототиристоры, в которых используется внутренний фотоэффект. Характерным недостатком их является высокая инерционность (граничная рабочая частота fгр < 10 - 16 кГц), что ограничивает их применение.
Конструкция фототранзистора подобна обычному транзистору, у которого в корпусе имеется окошко, через которое может освещаться база. УГО фототранзистора – транзистор с двумя стрелками, направленными к нему.
Светодиоды и фотодиоды часто используются в паре. При этом они помещаются в один корпус таким образом, чтобы светочувствительная площадка фотодиода располагалась напротив излучающей площадки светодиода. Полупроводниковые приборы, использующие пары «светодиод – фотодиод», называются оптронами (рис. 3).
Рис. 3. Оптрон: 1 – светодиод, 2 – фотодиод
Входные и выходные цепи в таких приборах оказываются электрически никак не связанными, поскольку передача сигнала осуществляется через оптическое излучение.