И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Этот ток создает падение напряжения на резисторе Я„ за счет чего уменьшается обратное напряжение на управляющем переходе канал — затвор. Это, в свою очередь, приводит к увеличению толщины канала, а следовательно, к дополнительному уменьшению его сопротивления и возрастанию тока стока. Таким образом осуществляется управление током стока с помощью света.
Представляют интерес МД17-фото- транзисторы с индуцированным (инверсным) каналом. Они имеют полупрозрачный затвор, через который освещается область полупроводника под затвором. В этой области происходит фотогенерация носителей заряда. За счет этого изменяется значение порогового напряжения, при котором возникает индуцированный канал, а также крутизна, являющаяся основным параметром такого транзистора. На затвор иногда подают постоянное напряжение для установления начального режима. Еще одна разновидность — однонереходные фототранзисторы, в которых при облучении светом понижается напряжение включения. 13.6. ФОТОТИРИСТОРЫ Тиристорные четырехслойные структуры р — и — р — и (рис.
13.13) могут управляться световым потоком, подобно тому как триодные тиристоры управляются напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов. При действии света на область базы р, в этой области генерируются электроны и дырки, которые диффундируют к н — р-перехо- Рнс. 13.13. Структура н схема включения фототнрнстора дам. Электроны, попадая в область перехода П„находящегося под обратным напряжением, уменьшают его сок противление. За счет этого происходит перераспределение напряжения, приложенного к тиристору: напряжение на переходе П, несколько уменыпается, а напряжения на переходах П, и Пз несколько увеличиваются. Но тогда усиливается инжекция в переходах 17, и П„ к переходу Пя приходят инжектированные носители, его сопротивление снова уменьшается и происходит дополнительное перераспределение напряжения, еще больше усиливается инжекция в переходах П, и П„ ток лавинообразно нарастает (см. штриховые линии на рис.
13.14), т.е. тиристор отпирается. Чем больше световой поток, действующий на тиристор, тем при меньшем напряжении включается-тиристор. Это наглядно показывают вольт-амперные характеристики фототиристора, приведенные на рис. 13.14. После включения на тиристоре устанавливается, как обычно, небольшое напряжение и почти все напряжение источника Е падает на нагрузке. Иногда у фототиристора бывает сделан вывод от одной из базовых областей (р, или ня).
Если через этот вывод подавать на соответствующий эмиттерный переход прямое напрюкение, то можно понижать напряжение включения. Само включение по-прежнему будет осуществляться действием светового потока. Фототиристоры могут успешно применяться в различных автоматических (г ,э,=о л ц Ое, г целе! Оемг Рас. !3.!4. Вольт-амперные характеристики фототирнстора устройствах в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей. Важные достоинства фототирнсторов — малое потребление мощности во включенном состоянии, малые габариты, отсутствие искрения, малое (доли секунды) время включения.
13.7. СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ В качестве малоинерционных полупроводниковых источников излучения все шире применяются сеегноизлучанггг(ие диоды (сеенгодиоды), работающие при прямом напряжении. Иногда их называют инжекеионными светодиодами. А свечение, возникающее в светодиодах, относят к явлению так называемой инжекнионной электролюыинесиенции. Свечение полупроводникового диода наблюдал еще в начале 20-х годов в Нижегородской радиолаборатории О. В.
Лосев во время своих экспериментов по генерации электрических колебаний с помощью кристаллического детектора. Однако дальнейшее изучение этого явления началось лишь в середине 50-х годов. В настоящее время промышленность выпускает десятки типов светодиодов и более сложных индикаторных приборов, представляющих со.бой комбинации тех или иных светодиодов. Принцип работы светодиодов заключается в следующем. При прямом напряжении в полупроводниковом дио- !92 де происходит инжекция носителей заряда из эмиттерной области в область базы.
Например, если концентрация электронов в и-области больше, чем концентрация дырок в р-области, т. е, и„> > рр, то происходит инжекция электронов из н-области в р-область. Инжектированные электроны рекомбинируют с основными носителями базовой области, в данном случае с дырками Р-области. Рекомбинирующие электроны переходят с более высоких энергетических уровней зоны проводимости, близких к ее нижней границе, на более низкие уровни, расположенные вблизи верхней границы валентной зоны (рис. 13.15). При этом выделяется фотон, энергия которого почти равна ширине запрещенной зоны АИ, 'т.е.
М = )гс/Х = ЬИг (13.2) Подставляя в эту формулу постоянные величины, можно определить ширину запрещенной зоны АИ' (в электрон- вольтах), необходимую для излучения с той или иной длиной волны Х (в микрометрах): АИг = 1,231. (13.3) Из этого соотношения следует, что для излучения видимого света с длиной волны от 0,38 до 0,78 мкм полупроводник должен иметь ЬИ'> 1,7 эВ. Германий и кремний непригодны для светодиодов, так как у них ширина запрещенной зоны слишком мала. Для современных светодиодов применяют главным образом фосфид галлия ОаР и карбид кремния ЯС, а также некоторые > Зала ородогунмоснги э Зопренленноя зона ) Вакенпгная занп Рис.
13.15. Излучение прн рекомбинации тройные соединения, называемые твердыми растворами, состоящие из галлия, алюминия и мышьяка (ОаА!Аз) или галлия, мышьяка и фосфора (ОаАзр) и др. Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получать свечение различного цвета. Помимо светодиодов, дающих видимое свечение, выпускаются светодиоды инфракрасного (ИК) излучения, изготовляемые преимущественно из арсенида галлия ОаАз.
Они применяются в фото- реле, различных датчиках и входят в состав некоторых оптронов. Существуют светодиоды переменного цвета свечения с двумя светоизлучающими переходами, один из которых имеет максимум спектральной характеристики в красной части спектра, а другой — в зеленой. Цвет свечения такого диода зависит от соотношения токов через переходы. Наилучшими качествами обладают светодиоды с гетеропереходом.
Основные параметры светодиодов следующие: 1. Сила света, измеряемая в канделах и указываемая для определенного значения прямого тока. У светодиодов сила света обычно составляет десятые доли или единицы милликандел. Напомним, что кандела есть единица силы света, испускаемого специальным стандартным источником. 2. Яркость, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности.
Она составляет- десятки — сотни кандел на квадратный сантиметр. 3. Постоянное прямое напряжение (2 — 3 В). 4. Цвет свечения и длина волны, соответствующие максимальному световому потоку. 5. Максимальный допустимый постоянный прямой ток. Обычно он составляет десятки миллиампер. 6. Максимальное допустимое постоянное обратное напряжение (единицы вольт).
7. Диапазон температур окружающей среды, при которых светодиод может нормально работать, например от -60 до +70'С. Для светодиодов обычно рассматри- 7 н. и. жсрегиов ваются следующие характеристики. Яркостная характеристика дает зависимость яркости от прямого тока, а световая характеристика — зависимость силы света от прямого тока. Спектральная характеристика показывает зависимость излучения от длины волны. Вольтамперная характеристика светодиода такая же, как у обычного выпрямитель- ного диода. Важной характеристикой является диаграмма направленности излучения, которая опредсляется конструкцией диода, в частности наличием линзы, и другими факторами.
Излучение может быть направленным или рассеянным (диффузным). Некоторые параметры светодиодов зависят от температуры. Так, например, яркость и сила света с повышением температуры уменьшаются. Быстродействие у светодиодов высокое. Свечение возрастает до максимума в течение примерно 10 г с после подачи на диод импульса прямого тока. Светодиоды конструируют так, чтобы наружу выходил возможно больший световой поток.
Однако значительная часть потока излучения все же теряется за счет поглощения в самом полупроводнике и полного внутреннего отражения на границе кристалл — воздух. Конструктивно светодиоды выполняются в металлических корпусах с линзой, обеспечивающей направленное излучение, или в прозрачном пластмассовом корпусе, создающем рассеянное излучение. Изготовляются также бескорпусные диоды. Масса диода составляет доли грамма. Светодиоды являются основой более сложных приборов. Линейная светодиодная шкала представляет собой интегральную микросхему, состоящую из последовательно размещенных светодиодных структур (сегментов), число которых может быть от 5 до 100.
Такие линейные шкалы могут заменять щитовые измерительные приборы и служат для отображения непрерывно изменяющейся информации. Цифра-буквенный светодиодныи индикатор также сделан в виде интегральной микросхемы из нескольких свето- 193 диодных структур, расположенных так, чтобы при соответствующих комбинациях светящихся сегментов получалось изображение цифры или буквы. Одноразрядные индикаторы позволяют воспроизвести одну цифру от 0 до 9 или некоторые буквы. Многоразрядные индикаторы воспроизводят одновременно несколько знаков.
У большинства индикаторов сегменты имеют вид полосок (обычно 7 для каждого разряда). Выпускаются также матричные ицдикаторы, имеющие 35 точечных светодиодных элементов, из которых синтезируются любые знаки. Достоинство матричного индикатора с большим числом элементов заключается в том, что отказ одного из элементов матрицы не приводит к ошибке при воспроизведении знака. А в 7-сегментных индикаторах отказ одного сегмента часто делает невозможным правильное прочтение отображаемого знака. В течение ряда лет разрабатываются многоэлементные блоки, содержащие десятки тысяч светодиодов для получения сложных изображений. На этом принципе могут быть созданы плоские экраны для телевизионных приемников, заменяющие кинескопы.
Параметры и характеристики цифробуквенных индикаторов аналогичны тем, которые приводятся для обычных светодиодов. Цифро-буквенные индикаторы широко используются в измерительной аппаратуре, устройствах автоматики и вычислителъной техники„микрокалькуляторах, электронных часах и др. 13.8. ОПТРОНЫ Опгпрон — это полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объединены источники приемник излучения, имеющие между собой оптическую связь.
В источнике излучения электрические сигналы преобразуются в световые, которые воздействуют на фотоприемник и создают в нем снова электрические сигналы. Если оптрон имеет только один излучатель и один приемник излучения, то его называют оппюпарой или элементарным оптропом. Микросхема, состоящая из одной или нескольких 194 оптопар с дополнительными согласующими и усилительными устройствами, называется оптоэлекгпроппой интегральной микросхемой. На входе и выходе оптрона всегда имеются электрические сигналы, а связь входа с выходом осуществляется световыми сигналами. Цепь излучателя является управляющей, а цепь фотоприемника — управляемой.
Важнейшие достоинства оптронов: 1. Отсутствие электрической связи между входом и выходом и обратной связи между фотоприемником и излучателем. Сопротивление изоляции между входом и выходом может достигать 10'4 Ом, а проходная емкость не превышает 2 пФ и в некоторых оптронах снижается до малых долей пикофарада. 2. Широкая полоса частот пропускаемых колебаний, возможность передачи сигналов с частотой от нуля до 10'~ Гц. 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
