- •Замечания
- •Полевой транзистор с управляющим pn-переходом jfet
- •Классификация полевых транзисторов
- •Устройство полевого транзистора jfet с n-каналом
- •Работа полевого транзистора jfet с n-каналом
- •Преимущества и недостатки полевого транзистора jfet Высокое входное сопротивление
- •Низкий коэффициент усиления по напряжению
- •Устройство мдп-транзистора (mosfet) с индуцированным каналом.
- •Работа мдп-транзистора (mosfet) с индуцированным каналом n-типа.
- •Вольт-амперные характеристики (вах) мдп-транзистора с индуцированным каналом.
- •Устройство мдп-транзистора (mosfet) со встроенным каналом.
- •Работа мдп-транзистора (mosfet) со встроенным каналом n-типа.
- •Вольт-амперные характеристики (вах) мдп-транзистора со встроенным каналом.
- •Преимущества и недостатки полевых транзисторов перед биполярными.
- •Главные преимущества полевых транзисторов
- •Главные недостатки полевых транзисторов
- •Транзисторы с управляющим p-n переходом
- •Описание
- •[Править]Параметры и характеристики фотодиодов
- •[Править]Классификация
- •Биполярный фототранзистор
- •[Править]Применение
- •[Править]Недостатки
- •Характеристики
- •1. Имеется один светодиод, как его подключить правильно в самом простом случае?
- •2. Как подключить несколько светодиодов?
- •3. Что будет если имеется напряжение источник с напряжением 3 вольта (и меньше) и светодиод с рабочим напряжением 3 вольта?
- •4. Можно ли включать несколько светодиодов с одинаковым рабочим напряжением 3 вольта параллельно друг другу к источнику 3 вольта (и менее)? в «китайских» фонариках так ведь и сделано.
- •Классификация
- •[Править]Использование
- •[Править]Механическое воздействие
- •[Править]Гальваническая развязка
- •[Править]Оптопары
- •[Править]Свойства и характеристики оптопар
- •[Править]Шумы транзисторной оптопары
- •[Править]Типы оптореле
- •[Править]Примеры применения оптореле
- •[Править]Неэлектрическая передача
[Править]Классификация
p-i-n фотодиод
Основная статья: pin диод
В p-i-n структуре средняя i-область заключена между двумя областями противоположной проводимости. При достаточно большом напряжении оно пронизывает i-область, и свободные носители, появившееся за счет фотонов при облучении, ускоряются электрическим полем p-n переходов. Это дает выигрыш в быстродействии и чувствительности. Повышение быстродействия в p-i-n фотодиоде обусловлено тем, что процесс диффузии заменяется дрейфом электрических зарядов в сильном электрическом поле. Уже при Uобр≈0.1В p-i-n фотодиод имеет преимущество в быстродействии.
Достоинства:
1) есть возможность обеспечения чувствительности в длинноволновой части спектра за счет изменения ширины i-области.
2) высокая чувствительность и быстродействие
3) малое рабочее напряжение Uраб
Недостатки:
сложность получения высокой чистоты i-области
Фотодиод Шоттки (фотодиод с барьером Шоттки)
Структура металл-полупроводник. При образовании структуры часть электронов перейдет из металла в полупроводник p-типа.
Лавинный фотодиод
Основная статья: Лавинный фотодиод
В структуре используется лавинный пробой. Он возникает тогда, когда энергия фотоносителей превышает энергию образования электронно-дырочных пар. Очень чувствительны. Для оценки существует коэффициент лавинного умножения:
Для реализации лавинного умножения необходимо выполнить два условия:
1) Электрическое поле области пространственного заряда должно быть достаточно большим, чтобы на длине свободного пробега электрон набрал энергию, большую, чем ширина запрещённой зоны:
2) Ширина области пространственного заряда должна быть существенно больше, чем длина свободного пробега:
Значение коэффициентов внутреннего усиления составляет M=10-100 в зависимости от типа фотодиодов.
Фотодиод с гетероструктурой
Гетеропереходом называют слой, возникающий на границе двух полупроводников с разной шириной запрещённой зоны. Один слой р+ играет роль «приёмного окна». Заряды генерируются в центральной области. За счет подбора полупроводников с различной шириной запрещённой зоны можно перекрыть весь диапазон длин волн. Недостаток — сложность изготовления
Другой источник:
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.
Ф отоносители – 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 называютсясолнечными элементами и входят в состав солнечных батарей, используемых на космических кораблях.
КПД кремниевых солнечных элементов составляет около 20 %, а у пленочных солнечных элементов он может иметь значительно большее значение. Важными техническими параметрами солнечных батарей являются отношения их выходной мощности к массе и площади, занимаемой солнечной батареей. Эти параметры достигают значений 200 Вт/кг и 1 кВт/м2, соответственно.
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
Ток и напряжение на нагрузочном резисторе Rн могут быть определены графически по точкам пересечения ВАХ фотодиода и линии нагрузки, соответствующей сопротивлению резистора Rн. При отсутствии освещенности фотодиод работает в режиме обычного диода. Темновой ток у германиевых фотодиодов равен 10 - 30 мкА, у кремниевых 1 - 3 мкА.
Если в фотодиодах использовать обратимый электрический пробой, сопровождающийся лавинным умножением носителей заряда, как в полупроводниковых стабилитронах, то фототок, а следовательно, и чувствительность значительно возрастут.
Чувствительность лавинных фотодиодов может быть на несколько порядков больше, чем у обычных фотодиодов (у германиевых – в 200 – 300 раз, у кремниевых – в 104 – 106 раз).
Лавинные фотодиоды являются быстродействующими фотоэлектрическими приборами, их частотный диапазон может достигать 10 ГГц. Недостатком лавинных фотодиодов является более высокий уровень шумов по сравнению с обычными фотодиодами.
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.
ФОТОДИОД - полупроводниковый диод, в котором используется зависимость его характеристики от освещенности. Он имеет два электрода, разделенные р-n-переходом. Фотодиод может работать как с вне-шним источником питания - фотопреобразовательный режим, так и без него - генераторный режим (рис. в). Посмотреть рисунок При освещении фотодиода создаются дополнительные пары электрон-дырка, часть которых, перемещаясь, достигает р-n-перехода. Здесь под действием электрического поля р-n-перехода дырки переходят в р-область, а электроны остаются в n-области, так как они не могут преодолеть потенциального барьера. Происходит накопление дырок в р-области и электронов n-области. При этом между электродами устанавливается некоторая разность потенциалов, представляющая собой фото-эдс, которая может достигнуть 1 В. При подсоединении сопротивления нагрузки Кн в цепи пойдет ток. В фотопреобразовательном режиме (рис. г) напряжение источника приложено в обратном направлении. При отсутствии освещения через фотодиод происходит темновой ток. При освещении возникают пары электрон-дырка. Дырки доходят до р-n-перехода и под действием его электрического поля переходят в р-область. Ток в цепи возрастает и появляется световой ток. Изменение тока в цепи, зависящее от освещенности диода, вызывает в нагрузке падение напряжения, пропорциональное величине светового потока, действующего на фотодиод. Фотодиод, работающий в режиме фотопреобразования, подобен фоторезистору, обладающему большей интегральной чувствительностью. У кремниевых диодов типа ФД-К1 она имеет значение 4...5, а у германиевых типа ФД-2 - 20...25 мА/лм. Темновой ток ФД-К1 составляет 1...3 мкА, а ФД-2 - 10 мкА.
6
Фототранзи́стор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от классического варианта тем, что область базы доступна для светового облучения, за счёт чего появляется возможность управлять усилением электрического тока с помощью оптического излучения.
Фототранзистор имеет структуру n-p-n или p-n-p транзистора и может усиливать ток. Дырки электронно-дырочных пар, рождённых излучением, находятся в базе, а электроны переходят в эмиттер или коллектор. При увеличении положительного потенциала базы происходит усиление фототока за счёт инжекции электронов из эмиттера в базу.