14-04-2020-ЭЛЕКТРОНИКА-1.1-ГЛАЗАЧЕВ (1171923), страница 30

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 30)

6.15. Процесс генерации свободных носителей зарядаляется суммарный положительный заряд, а вобласти К  lgN – суммарный отрицательный заряд, которые обусловят возникновение разности потенциалов между областью p и областью n .Эту разность потенциалов называют фотоЭДС. Если теперь создать внешнюю электрическую цепь междуобластями p и n , то по ней потечёт электрический ток – фототок под действием возникшей фотоЭДС.Следует отметить, что из всех образовавшихся в результате поглощения лучистой энергии носителей не все будут участвовать в образовании светового тока, а только те, которые попадают в зонудействия электрического поля потенциального барьера, ограниченную (рис.

150) областью  . Остальные неосновные носители, образовавшиеся вне этой зоны, скорее всего, рекомбинируют, снижаяэффективность использования световой энергии. Отсюда становится ясной целесообразность конструктивного исполнения фотодиода, когда освещают не обе области полупроводника, а только одну,зато очень тонкую, когда практически все образовавшиеся под действием освещения неосновныеносители будут разделены р–n-переходом.1. Вольт-амперная характеристика I Ф  f U .Это зависимость фототока I Ф отФ  constнапряжения на фотодиоде при неизменном световом потоке.Вольт-амперная характеристика описывается следующим уравнением: I  Iн kTU н  ln  св 1,(6.4) I темн qгде U н – напряжение между анодом и катодом фотодиода.

В случае фотогальванического включения это– напряжение на нагрузке; I св – световой ток – суммарный поток носителей электрического заряда, образовавшихся вследствие внутреннего фотоэффекта и разделённых полем p–n-перехода; I н – ток нагрузки(в случае фотогальванического включения); I темн – темновой ток – суммарный поток носителей электрических зарядов, пересекающих границу раздела при отсутствии освещения; k – постоянная Больцмана,Джk  1,38 10  23Дж/град; q – заряд электрона, q  1,6 10 19 Кл; T – абсолютная температура.градВид вольт-амперной характеристики показан на рис.

6.16. При Ф  0 вольтамперная характеристика фотодиода превращается в вольт-амперную характеристику обычного p–n-перехода, достаточноподробно изученную ранее. При наличии освещения ток нагрузки, как видно из рисунка, потечёт повнешней цепи от области p к области n , а внутри кристалла – от области n к области p , т.е.

в направлении, которое для обыкновенного диода является обратным и откладывается вниз от нуля по оси ординат; напряжение на фотодиоде – (  ) на области p , (–) на области n является прямым для обыкно-108А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийвенного диода и поэтому откладывается вправо от нуля на оси абсцисс. Фактически вольт-ампернаяхарактеристика фотодиода представляет собой вольт-амперную характеристику обычного p–nперехода, смещённую вниз и вправо в зависимости от светового потока Ф .Точки пересечения характеристикис осями координат представляют собойIнапряжение холостого хода U хх (илифотоЭДС) на оси абсцисс и ток короткогоU хх1замыкания I кз на оси ординат.U хх2Участок характеристики за точкойU хх3 UI кз1Ф0U хх представляет собой режим, когдафотодиод работает с внешним источниI кз2Ф1ком ЭДС, включенным встречно по отФ2I кз3ношению к фотодиоду.Участок за точкой I кз характеризуФ3ФотогальваническоеФотодиодноеет работу фотодиода с внешним источвключениевключениеником ЭДС, включенным согласно по отношению к фотодиоду.

Это и есть фотоРис. 6.16. Вольт-амперная характеристика фотодиодадиодное включение, которое будет рассматриваться ниже.2. Световая характеристика фотодиода I св  f Ф  или E  f Ф представлена на рис. 6.17.Как следует из выражения (6.4), напряжение наRн  0фотодиоде или, в режиме холостого хода, фотоЭДС EI Ф , ЕФизменяется по логарифмическому закону при возрасЕФтании светового потока Ф , а световой ток I св прямоR1пропорционально зависит от светового потока Ф . Поэтому при увеличении светового потока Ф характеристики смещаются неодинаково по оси абсцисс и по осиординат. Так по оси ординат, где откладывается световой ток, характеристики, смещаются равномерно приизменении светового потока.

По оси абсцисс, где откладывается U хх E , эти характеристики смещаютсяне линейно, а в соответствии с кривой E  f Ф .R2R3ФРис. 6.17. Световая характеристика фотодиода*3. Спектральная характеристика. Это – зависимость S*  f   , где S – относительная мощность фотодиода;  – длина волны электромагнитного излучения.

Вид этой характеристики представлен на рис. 6.18.Зависимость 1 представляет собой отSносительную мощность солнечного излуче0,9ния. Другие две зависимости показываютGeSiотносительную мощность фотодиодов, вы0,7полненных на основе кремния и германия.1Очевидно, что в области видимой части0,5спектра солнечного излучения наибольшую0,3относительную мощность имеет фотодиодна основе кремния. Именно из кремния де0,1лают чаще всего фотодиоды, работающие вэтой области длин волн.0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 Фотодиодное включение представленоРис. 6.18. Спектральные характеристикина рис.

6.19.109А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийIФ3RнEФФ2UФ1Ф0UРис. 6.19. Схема фотодиодного включенияРис. 6.20. Вольт-амперная характеристика фотодиодного включенияВ данном случае фотодиод работает с внешним источником U , который по отношению к затенённому фотодиоду включен в обратном, запирающем направлении, и следовательно, при отсутствииосвещения ток в цепи практически отсутствует.

При освещении фотодиода появляется фотоЭДС EФ ,которая по отношению к источнику E включена последовательно и согласно и в цепи нагрузки появляется ток, пропорциональный световому потоку Ф . Этот режим иллюстрируется отрезками вольтамперной характеристики фотодиода в третьем квадранте (рис. 6.16). Однако в справочной литературе эти характеристики приводятся чаще в первом квадранте (рис. 6.20) для удобства использования.Основными параметрами фотодиодов являются:I св1. Чувствительность K ;Ф2. Рабочее напряжение U раб ;U.I Ф  constВ настоящее время важное значение имеют полупроводниковые фотоэлементы, используемые вкачестве преобразователей солнечной энергии в электрическую.

Из таких элементов создают солнечные батареи, которые обладают сравнительно высоким КПД (до 20 %) и могут развивать мощность донескольких киловатт. Солнечные батареи являются основными источниками питания искусственныхспутников Земли, космических кораблях, автоматических метеостанциях и др. Практическое применение солнечных батарей непрерывно расширяется.3. Динамическое сопротивление Rд 6.2.3. ФототранзисторыФототранзистор – это полупроводниковый фотоэлектрический прибор с двумя p–nпереходами.

Устройство и принцип действия фототранзистора такие же, как и биполярного транзистора. Отличие же заключается в том, что внешняя часть базы является фоточувствительной поверхностью, а в корпусе имеется окно для пропускания света (рис. 6.21).Э pnpUкэКФБабвРис. 6.21. Конструкции фототранзисторов (а); структура (б)и условное графическое обозначение фототранзистора (в)110Иногда фототранзисторимеет только два вывода:эмиттерный и коллекторный.Принцип действия фототранзистора заключается вследующем. В затемнённомсостоянии и отсутствии входного сигнала на базе транзистор закрыт и в его коллекторной цепи протекает небольшой обратный ток коллекторного перехода.

Приосвещении базовой областилучами света там происходитА.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийвозникновение пар «электрон – дырка». Неосновные носители (в нашем случае дырки) подхватываются полем коллекторного перехода и перебрасываются в область коллектора, а в базе остаётсянескомпенсированный заряд электронов – основных носителей – который приводит к снижению потенциального барьера эмиттерного перехода и к инжекции дырок из эмиттера в базу. Это приведёт кувеличению коллекторного тока, как если бы на вход транзистора был бы подан входной сигнал, вызвавший такую же инжекцию носителей.

Но здесь вместо входного электрического сигнала был использован световой сигнал. Коллекторный ток I к   I ф , где  – коэффициент передачи транзистора по току; I ф – фототок, возникший в базовой области под действием светового входного сигнала.Таким образом, чувствительность фототранзистора в  раз больше чувствительности фотодиода.Схемы включения его, так же, как и биполярного транзистора, могут быть с общей базой, общим эмиттером, с общим коллектором.

В качестве примера на рис. 6.22 приведена схема включенияс общим эмиттером.Вольт-амперная характеристика фототранзистора очень напоминает выходные характеристикибиполярного транзистора (рис. 6.23), с той лишь разницей, что снимаются они при постоянном световом потоке. Остальные характеристики фототранзистора идентичны характеристикам фотодиода.Основными недостатками фототранзистора являются его большая температурная зависимость и плохие частотные свойства.Iк EкФ3Ф2RкU выхФ1Ф0Рис. 6.22. Включение фототранзистора по схемес общим эмиттеромU кэРис. 6.23.

Характеристики

Список файлов учебной работы