- •3. Электротехнические материалы (проводники, полупроводники, диэлектрики).
- •4.Ферромагнитные материалы. Свойства и их применение.
- •5. Основные законы электрических цепей. Закон Ома.
- •6. Светоизлучающие диоды.
- •7. Основные законы магнитных цепей.
- •8. Фотодиоды. Основные характеристики.
- •9. Законы Кирхгофа.
- •10. Способы соединение источников электрической энергии.
- •11. Собственная электронная и дырочная электропроводность
- •12. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •13. Электрические цепи с несколькими источниками. Метод контурных токов
- •14. Общие сведения о биполярных транзисторах
- •15. Основные типы диодов и их назначений
- •16. Полупроводниковые диоды. Вольтамперная характеристика
- •17. Векторные диаграммы. Цепь, содержащая активное сопротивление
- •18. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении
- •19. Векторные диаграммы. Цепь, содержащая индуктивность
- •20. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении
- •21. Векторные диаграммы. Цепь, содержащая емкость
- •22. Фоторезисторы. Основные физические характеристики.
- •23. Законы Кирхгофа в символической форме.
- •24. Усиление с помощью транзистора
- •25. Линейные электрические цепи несинусоидального тока. Условия их возникновения.
- •26. Краткие сведения об электрических фильтрах
- •27. Методы анализа и расчета нелинейных цепей переменного тока.
- •28. Электроизмерительные приборы. Погрешности измерений.
- •29. Тиристоры. Вах. Назначение
- •30. Номинальные величины электроизмерительных приборов.
8. Фотодиоды. Основные характеристики.
Фотодио́д — приёмник оптического излучения[1], который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.
Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.
Принцип работы:
При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n
Фотодиод может работать в двух режимах:
фотогальванический — без внешнего напряжения
фотодиодный — с внешним обратным напряжением
Особенности:
простота технологии изготовления и структуры
сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия
малое сопротивление базы
малая инерционность
Характеристики:
-вольт-амперная характеристика (ВАХ)
зависимость выходного напряжения от входного тока.
(3)
-спектральные характеристики
зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещённой зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.
-световые характеристики
зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.
-постоянная времени - это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.
-темновое сопротивление
сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.
-инерционность
9. Законы Кирхгофа.
Законы Кирхгофа определяют распределение токов и напряжений в электрических цепях любой конфигурации.
Первый закон Кирхгофа
Рассматривая разветвленные электрические цепи, состоящие из нескольких контуров, нам необходимо установить соотношения между токами, приходящими к любому узлу, и токами, уходящими от него. Из физической сущности электрического тока следует, что общее количество носителей тока, притекающее к узлу в течении некоторого промежутка времени, равно количеству носителей, утекающему от узла за тоже время. Если предположить, что это положение не выполняется, то в узловой точке должно происходить накопление зарядов или убыль - утечка зарядов.
На практике эти явления не наблюдаются, следовательно, мы можем утверждать, что сумма величин токов, притекающих к точке разветвления, равна сумме величин токов, утекающих от нее.
(4)
Условимся токи, притекающие к точке разветвления, считать положительными, а токи, утекающие от нее, - отрицательными и сформулируем окончательно первый закон Кирхгофа:
Алгебраическая сумма величин токов в точке разветвления равна нулю.
(4.1)
Второй закон Кирхгофа
Второй закон Кирхгофа связывает между собой э. д. с., действующие в любом замкнутом контуре, и падения напряжения на сопротивлениях, входящих в данный контур.
Исходя из принципа электрического равновесия, можно сделать логический вывод, что в установившемся режиме, когда токи в контуре не изменяются, все э. д. с. уравновешиваются падениями напряжения.
В самом деле, если предположить, что сумма э. д. с. превышает сумму падений напряжения, то ток в цепи должен возрасти. Наоборот, если сумма падений напряжения превышает сумму э. д. с., то ток должен уменьшиться.
Таким образом, алгебраическая сумма э. д. с., действующих в любом замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения на всех участках этого контура.
это и есть формулировка второго закона Кирхгофа.
Математически второй закон Кирхгофа выражается формулой:
(4.2)
При составлении уравнения второго закона Кирхгофа необходимо учитывать направления токов и э.д.с. для этого выбирают какое либо направление обхода контура (обычно направление движения часовой стрелки) и считают положительными э. д. с, которые создают токи в направлении, совпадающем с направлением обхода и падения напряжения, создаваемые токами, направление которых совпадает с направлением обхода