- •1 Полупроводниковые приборы
- •1.1 Электронно-дырочные и металлополупроводниковые переходы
- •1.1.1 Зонная энергетическая диаграмма.
- •1.1.2 Электропроводность полупроводников
- •1.1.3 Электронно-дырочный (p-n) переход
- •1.1.4 Переход Шоттки
- •1.1.5 Тоннельный эффект
- •1.1.6 Эффект Холла
- •1.2 Устройство, классификация и основные параметры полупроводниковых диодов
- •1.2.1 Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов.
- •I II III IV
- •1.2.2 Стабилитроны.
- •1.2.3 Фотодиоды
- •1.2.4 Светодиоды
- •1.3 Биполярные транзисторы
- •1.3.1 Классификация транзисторов
- •1.3.2 Устройство биполярных транзисторов.
- •1.3.3 Принцип действия биполярных транзисторов.
- •1.3.4 Статические характеристики транзисторов
- •1.3.5 Схема замещения транзистора
- •1.4 Полевые транзисторы
- •1.4.1 Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом.
- •1.4.2 Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •1.4.3 Транзистор с индуцированным каналом и изолированным затвором
- •1.5 Тиристор
- •1.5.1 Принцип действия тиристора
- •1.5.2 Характеристики цепи управления тиристором
- •1.6 Биполярный транзистор с изолированным затвором.
- •Igbt (insulated gate bipolar transistor) транзистор
- •1.7 Оптоэлектроника
- •1.7.1 Общие сведения.
- •1.7.2 Источники оптического излучения
- •1.7.3 Приемники оптического излучения
1.7.3 Приемники оптического излучения
Приемники излучения преобразуют энергию ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения в электрический сигнал. Приемники делятся на тепловые, в которых эффект обусловлен нагревом, и фотонные приемники, когда само излучение вызывает ток. Фотонные приемники делятся на приемники с внешним (электровакуумные приборы), и внутренним (полупроводниковые приборы) фотоэффектом.
Остановимся на полупроводниковых приборах, в которых облучение разрывает электронные связи, что приводит к появлению носителей зарядов и, соответственно, появлению фототока. Фотоэффект может возникнуть. Если энергия квантов оптического излучения достаточна для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости. Энергия квантов оптического излучения увеличивается с ростом частоты, поэтому существует граничная частота фотоэффекта.
Фоторезисторы
Фоторезистор – полупроводниковый резистор. Сопротивление которого изменяется под действием светового потока. На рис. 1.36, а показана конструкция, на рис. 1.36, б зависимость фототока от светового потока, а на рис. 1.36, в вольтамперные характеристики.
а) б) в)
Рис.1.36. Конструкция и характеристики фоторезистора
Параметрами фоторезистора являются:
- темновое сопротивление;
- кратность сопротивления для предельного светового потока;
- удельная чувствительность, где
- световой поток, люмен;
L – освещенность, люкс;
S – площадь фотослоя;
U – приложенное напряжение.
Фоторезисторы, за счет большой площади фотослоя, обладают сравнительно хорошей чувствительность к световому потоку и большой инерционностью.
Фотодиоды
Фотодиод – прибор аналогичный обычному выпрямительному диоду с освещаемым p-n переходом. Работает за счет увеличения обратного тока диода при освещении p-n перехода. На рис. 1.37 приведены условное графическое изображение фотодиода и его световые характеристики.
Рис. 1.37 Условное графическое изображение и световые характеристики
фотодиода
Фототранзисторы
Фототранзистор – аналогичен обычному транзистору, но имеет освещаемую область базы. Работает за счет обратного тока коллектора, вызванного освещением базы и усиленного транзистором. Обладает на порядок более высокой чувствительностью, чем фотодиод. Максимальный фототок составляет единицы миллиампер. Условное графическое изображение и световые характеристики приведены на рис. 1.38.
Рис. 1.38 Условное графическое изображение и световые характеристики
фототранзистора
Конструкции фотодиодов, фототранзисторов похожи на конструкцию светодиодов. В ряде случает, база фототранзистора имеет вывод для начального смещения.
Оптроны
Оптрон – это прибор, содержащий в одном корпусе источник и приемник света, связанные между собой оптически. Оптроны широко используются для обеспечения потенциальной развязки, заменяя трансформаторы. В качестве источника обычно используется светодиод, а приемником может являться фоторезистор, фотодиод, фототранзистор или фототиристор. Условное графическое изображение некоторых оптронов приведено на рис. 1.39.
а) б) в)
Рис. 1.39 Оптроны: а) – диодный; б) – транзисторный; в) – тиристорный
Основной для оптрона является передаточная характеристика . Передаточная характеристика близка к линейной только для пары лампа накаливания – фотосопротивление, остальные оптроны используют обычно в ключевом режиме. Диодные оптроны могут работать на высоких частотах 106 – 107 Гц, транзисторные оптроны обладают большим коэффициентом передачи, но более инерционные и работают на частотах до 105 Гц. Варианты включения оптронов приведены на рис. 1.40.
Рис. 1.40 Схема включения диодного оптрона
Резистор R1 ограничивает ток светодиода, резистор R2 обеспечивает перераспределение питающего напряжения между фотодиодом и резистором, делитель R3, R4 создает смещение, обеспечивающее четкое срабатывание компаратора на операционном усилителе DA1. Работа схемы иллюстрируется диаграммами рис. 1.41.
Рис. 1.41. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу оптрона