Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 40
Текст из файла (страница 40)
В обращенных диодах отсутствует накопление неравновесного заряда, то есть они могут применяться на СВЧ. Обращенные диоды из арсенида галлия имеют максимальный ток в проводящем состоянии около 3 мА при напряжении около 0,15 В. В закрытом состоянии ток составляет от 0,05 до 0,15 мА при напряжении менее 0,9 В. Фотоди оды Здесь Ю„,„— интегральная чувствительность, характеризующая величину фототока, возникающего при облучении фотодиода потоком белого света яркостью в 1 лм. Фотодиодами называют полупроводниковые диоды, в которых осуществляется управление величиной обратного тока с помощью света.
Фотодиод устроен так, что в нем обеспечивается доступ света к р-и-переходу. В отсутствие светового потока в фотодиоде при обратном напряжении существует небольшой обратный ток, называемый темновым током. При воздействии света в области р-и-перехода происходит генерация электронно-дырочных пар, и обратный ток возрастает. Если внешняя цепь разомкнута, то возникшие в результате генерации носители заряда накапливаются в п- и р-областях структуры, вследствие чего уменьшается ширина р-и-перехода и снижается высота потенциального барьера.
В результате на зажимах фотодиода появляется фелю-ЭДС, зависящая от величины светового потока. Устройство фотодиода и схема его включения показаны на рис. 3.18, а, а на рис. 3. 18, б приведены его вольт-амперные характеристики. Фототок, возникающий в диоде под действием света, пропорционален величине светового потока: = Я„Ф. 2ОВ 3.8. Разновидности пол проводниковых диодов и их применение Направление фототека совпадает с направлением теплового тока, то есть отрицательное. ф О Емп Ф"'>Ф" б Рис.
3.16 В общем случае уравнение вольт-амперной характеристики фотодиода с учетом принятых положительных направлений тока имеет вид и„ ехр —" — 1 и, Здесь и, = Е„„— Ы вЂ” напряжение на диоде. Если и, «О, то 1 = 4 — 1е, то есть в цепи имеется обратный ток, зависящий от светового потока. Если в цепи отсутствует источник постоянного напряжения (Е„„ = О), то обратный ток создает на резисторе Я падение напряжения ик = Ы.
Ток в этом случае будет равен и„ ехр к 1 и, Решив это уравнение относительно ив получим и„=и,1п — +1 . (1+1 Из полученного уравнения можно найти величину фото-ЭДС, приняв 1 = О (цепь разомкнута). Тогда Е„=и,1п — +1 . (1 ~) Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов; фотодиодном нли фотогальваннческом. В фотодиодном режиме на диод подают обратное напряжение. В этом 2О6 Глава 3. Пол оводииковые дио ы режиме ток и напряжение определяются по пересечению иагрузочной линии с одной нз вольт-амперных характеристик. При изменении светового потока изменяются ток в цепи и напряжение на диоде.
В фотогальваническом режиме внешний источник напряжения в цепи отсутствует. Режим работы определяется также по пересечению нагрузочной линии с соответствующей вольт-амперной характеристикой. В данном случае она проходит через начало координат. При Я = 0 (короткое замыкание) нагрузочная линия совпадает с осью ординат, а при Я = (обрыв цепи) она совпадает с осью абсцисс.
По точкам пересечения вольт-амперных характеристик с осью напряжения можно определить фото-ЭДС при разных световых потоках. У кремниевых фотодиодов она составляет около 0,5 — 0,55 В. Фотодиоды, работающие в фотогальваническом режиме, обычно называют полупроводниковыми фотоэлементами. Их используют для прямого преобразования световой энергии в электрическую. Оптимальным режимом для фотоэлементов является такой режим, когда в нагрузку передается наибольшая мощность.
Такая мощность получается при условии, что площадь прямоугольника с вершиной в точке А, где пересекаются вольт-амперная характеристика и нагрузочная линия, оказывается наибольшей. В этом случае напряжение на нагрузке составляет 0,85-0,4 В, а плотность тока — 15-20 мА/см' при средней освещенности солнечным светом. Светоизпучающие диоды Свеаоизлучающими диодами называют полупроводниковые диоды, в которых осуществляется непосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения. Они работают при прямом напряжении, в них при рекомбинации выделяется энергия в виде квантов электромагнитной энергии, равных ширине запрещенной зоны. Для получения видимого излучения нужны полупроводники с широкой запрещенной зоной (более 1,8 эВ). Поэтому для изготовления светодиодов используют такие полупроводниковые соединения, как фосфид галлия (дает красное свечение), карбид кремния (желтое свечение) и ряд других. Светоизлучающие диоды применяют в качестве индикаторов.
Широкое применение находят буквенно-цифровые индикаторы в виде матриц, содержащих несколько светодиодных структур, расположенных так, что при соответствующей комбинации светящихся элементов получается изображение цифр или букв. Оптопары Овшоларами называют приборы, в которых конструктивно объединены источник и приемник излучения, имеющие между собой оптическую связь.
В оптопаре светоизлучающий диод преобразует электрический сигнал в световой, который через оптическую среду передается на фотоприемник, где снова преобразуется в электрический сигнал. Такое двойное преобразование сигнала позволяет устранить электрическую связь между источником сигнала и нагрузкой. В качестве фотоприемника помимо фотодиодов используют фототранзисторы, фототиристоры и фоторезисторы. Конт ольные вон осы Контрольные вопросы 207 1. Что называется полупроводниковым диодом (ППД)? 2.
Какая область ППД называется эмиттером? 3. Какая область П ПД называется базой7 4. Напишите уравнение вольт-амперной характеристики ППД. 5. Что такое тепловой ток ППД7 6. Как влияет повышение температуры на прямую ветвь ВАХ? 7. Как влияет процесс генерации носителей заряда в п-р-переходе на ВАХ ППД7 8.
Как влияет процесс рекомбинации носителей заряда в и-р-переходе на ВАХ ППД? 9. Охарактеризуйте разновидности пробоя ППД. 10. Как определяется режим работы ППД при наличии резистора, включенного последовательно с диодом? 11. Что такое барьерная и диффузионная емкости диода7 12. Почему ухудшаются выпрямительные свойства диода на высоких частотах? 13. Какие процессы происходят в базе диода в импульсном режиме работы7 14. Что такое стабилитрон? 15. Что такое туннельный диод? 16. Что такое обращенный диод7 17, Какими дифференциальными параметрами характеризуется диод7 Глава 4 Биполярные транзисторы и тиристоры Транзисторами называют трехэлектродные полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования электрических сигналов.
Термин «транзистор» происходит от комбинации английских слов «ггапз(ег о( гез1згог», что в переводе означает «преобразователь сопротивления». Различают две основные группы транзисторов — биполярные и полевые (униполярные), принцип действия которых сушественно различается.
В биполярных транзисторах происходит перемещение как основных, так и неосновных носителей заряда. В полевых транзисторах перемещаются только основные носители заряда. В биполярных транзисторах управление потоком носителей заряда осуществляется путем изменения уровня их инжекции (или экстракции), в полевых транзисторах поток носителей заряда управляется электрическим полем. Тиристорами называют переключательные полупроводниковые приборы. Термин «тиристор» происходит от греческого слова «Фуга», что означает «дверь».
Название подчеркивает возможность открывания и закрывания тиристора. 4.1. Устройство и принцип действия биполярного транзистора Биполярный транзистор — это трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими электронно-дырочными переходами. Оп представляет собой трехслойный полупроводниковый мопокристалл с чередующимся типом электропроводности. Существуют и-р-и -структуры и р -п-р-структуры. Центральную часть монокристалла называют базой (Б). С одной стороны к базе примыкает область с высокой концентрацией примеси, называемая эмиттером (Э), с другой — область с низкой концентрацией примеси, называемая коллектором (К). Между базой и эмиттером существует змиттерный пвреход (ЭП), между базой и коллектором — коллекторный переход (КП).
Взаимодействие между переходами будет существовать, если толшина базы много меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. 209 4.1. Устройство и принцип действия биполя ного транзистора ЭП КП К 3 л' р л Б Э 2 ЭП КП К Р. л Р Б Э б е ЗГОз ЭП КП Рио. 4.1 Основные физические процессы в такой структуре протекают под эмиттером.
Эту область называют активной. Остальная часть структуры является пассивной, не оказывающей существенного влияния на работу транзистора. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать унрошенную модель транзистора, показанную на рис. 4.1, б, На рис. 4.1, е представлено схематичное изображение транзисторов, Режимы работы Каждый из р-и-переходов транзистора может находиться либо в открытом, либо в закрытом состоянии. Поэтому возможны четыре режима работы (табл. 4.1). Таблица 4дн Режимы работы транзистора Погони ЭП КП Режим ЭП Активный Инверсный Насыщения Отсечки Закрыт 1,3 6,8 Открыт 2,4 5,7 Открыт 1,3 2,4 Закрыт 5,7 6,8 На рис. 4.1, а показана структура кремниевого монокристалла, изготовленного по эпитаксиально-планарной технологии, которая характерна для большинства современных транзисторов.
На сильнолегированной подложке 1 л'-типа методом эпнтаксии сформирован слаболегированный слой 2 и-типа толщиной около 10 мкм, в котором методом локальной диффузии созданы слой базы 3 с дырочной электропроводностью и слой эмиттера 4 п'-типа. Толщина базового слоя составляет около 1 мкм. На поверхности кристалла расположен защитный слой диоксида кремния э10, толщиной порядка 1 мкм, через отверстия в котором осуществлены металлические выводы от эмиттера и базы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
