Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Основные недостатки тиристоров — неполная управляемость (тиристор не выключается после снятия сигнала управления) и относительно низкое быстродействие (десятки микросекунд). Наряду с тиристорами в качестве переключающих элементов используются биполярные и полевые транзисторы, которые являются полностью управляемыми элементами. Биполярный транзистор способен выдерживать большие токи при малом сопротивлении в режиме насыщения. К недостаткам его следует отнести невысокие значения допустимых обратных напряжений (менее 1000 В) и большие значения тока управления транзистора при на сы сцен и и. 88 Полевые МДП-транзисторы используют для переключения токов до 100 А при напряжении до 500 В. МДП-транзисторы управляются напряжением, подаваемым на изолированный затвор, причем для не очень высоких частот переключения мощность управляющей цепи чрезвычайно мала из-за высокого входного сопротивления транзистора.
МДП-транзистор является одним из самых быстродействующих приборов, время переключения его составляет единицы наносекунд. Сравнительно недавно был создан новый и весьма перспективный управляемый переключающий прибор, получивший название биполярный транзистор с изолированным затвором (1ОВТ вЂ” 1пзц!а1ес1 расе Ь1ро!аг 1гапв1в1ог). Этот прибор сочетает в себе достоинства биполярных и полевых МДП-транзисторов и способен коммутировать значительные токи при высоком быстродействии, малой мощности управляющей цепи и высоких значениях обратных напряжений. Полупроводниковая структура прибора похожа на тиристорную (см.рис.2.21), но со свойствами управляемого усилителя.
Ток управления задается МДП-транзистором, который в свою очередь управляется напряжением. Вся полупроводниковая часть прибора выполнена в одном кристалле полупроводника. Прибор позволяет коммутировать токи до 400 А при напряжениях до 1600 В, а его быстродействие составляет десятые доли микросекунды. Вопрос 2.4. Как влияет на характеристики триодного тиристора увеличение тока через управляющий переход? Варианты ответа 2.4.1.
Напряжение выключения тиристора увеличивается. 2.4.2. Напряжение включения тиристора уменьшается. 2.4.3. Напряжение включения тиристора увеличивается. 2.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Фотоэлектрическими приборами называют преобразователи энергии оптического излучения в электрическую энергию. К оптическим относят ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения с длиной волны от десятков нанометров до десятых долей миллиметра. Как известно, видимое излучение лежит в диапазоне длин волн 0,38 — 0,76 мкм. Работа полупроводниковых фотоэлектрических приборов основа- "а на так называемом внутреннем фотоэчпректе — ионизации квантами света атомов кристаллической решетки, в результате чего изменяется концентрация свободных носителей заряда, а следовательно, и э"ектрические свойства вещества.
В металлах внутренний фотоэффект "е наблюдается. Фоторезисторьь Фоторезистором называют полупроводниковый Рибор с двумя выводами, электрической проводимостью которого можно управлять с помощью оптического излучения. а) ! Иоо 600 400 200 0 10 20 30 4050 С/,В б) в) 1'ис 2 23. Устройство га). схема вк:почения (б) фозоре!исторд и его 1)АХ (!1) при ра'5. !ич)!! !х осве!пенностях Устройство фоторсзистора показано на рис.2.23.а. Пластина или пленка полупроводникового материала 1 закреплена нд подложке 2 из непро водящсго матсриала — стекла, керамики или квдрца.
Световой поток паддст на фотоактивный материал через защищенное своам прозрачного лдкд спсциальнос отвсрстис — окно. Если к неосвсщснномз фаторс)истор! подклю (ить источник пит! Ни" Е' (см.рис. 2.23 6) то в элсктричсской цепи появится нсбальшай ток. назыв;!смый !))с!!и!1!гыл! ))!!)к!)Л(, обусловленный н(!личисы в нсосвсщснном полу проводникс некоторого количества свободных носитслси заряда При освсщснии фаторсзисторд ток в цспи сущсствснно вазрастаст зд счет увсличсния концснтрдции свободных носитслсй заряда Типичныс ВАХ фотарс)исторд для р,'))ли !Ных свставых потоков Ф изображены нд рис.2. 23,в Фототок (разность таков при наличии и отсутствии освещения) зависит также ат спектрального состава светового потока.
Спектразьныс свойства фоторезисторов принято характсризовать длиной волны 2-„,.„,. соотвстствующсй максимуму чувствитсльности. и порогом фотоэффсктд. равным ллинс волны г.а при которой чзвствитсльнасть састдвляст 1'!4 МДКСИМДЛЬНОЙ. Фотарсзисторы обладают зн(гчитсльнай инсрцианнастью. обусловленной врсмснсм гснсрации и рскомбшищии элсктронов и дырок. происходящих при измснснии Освсщснности (1)отарс')истар(! М(!кси~((!льн()я гастат(! модуляции светового патака. при которой могут работать фаторсзистары. ластигдст ')г!д'!синя порялк,'! 1() Гц, Тсчновос сопротивлснис неосвещенных фаторсзисторав рд )ли'!Иых типов имсет широкий ли(!назон от 102 ла 1()в Ом, Зн!)чснис рдбочсга н;шряжсния фоторс!истард, котарос гдвисит ат сга рдзмсрав.
т с от Р'!сстояния мсжду элсктроддми. выбирдкп в предел!! От нсскальких единиц вальт до 100 В Достоинств(! фотарсзистаров высокая чувствительность. во)можность использования в инфракрасной области спектра излучения, небольшие габариты и применимость для работы как в цепях постоянного, так и переменного токов.
Фотодиоды. Фотодиодом называют полупроводниковый фотоэлектрический прибор с двумя выводами, имеющий один р-п-переход. Структура фотодиода не отличается от структуры обычного диода. На границе р- и п-областей образуется лишенный подвижных носителей заряда запирающий слой, электрическое поле которого. обусловленное контактной разностью потенциалов, препятствует движению основных носителей заряда. При освещении фотодиода (световой поток направляется перпендикулярно плоскости р-п-перехода) в результате ионизации фотонами в р- и л-областях образуются электронно-дырочные пары, которые диффундируют к р-в-переходу (разность концентраций). Под действием электрического поля р-в-перехода пары разделяются и носители заряда перебрасываются в области, где они становятся основными (рис.2.24), т.е.
неосновные носители заряда л-области — дырки — переходят в р-область, а электроны робласти переходят в и-область. Это приводит к созданию на выводах фотодиода при разомкнутой внешней цепи разности потенциалов, называемой фото-ЭДС, предельно возможное значение которой равно контактной разности потенциалов, составляюшей десятые доли вольта.
Так, например, у селеновых и кремниевых фотодиодов фото-ЭДС достигает 0,5 — 0,6 В, у фотоднодов из арсенида галлия — 0,87 В. Если замкнуть зажимы освещенного фотодиода через резистор, то в электрической цепи появится ток, значение которого зависит от фото-ЭДС и сопротивления резистора. Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов — без внешнего источника электрической энергии (режим фото~енерпторп) либо с внешним источником электрической энергии (режим фотопреобрпзовпшля).
Схема включения и ВАХ фотодиода в фотогенераторном режиме для различных освешенностей показань1 на рис.2.25. В этом режиме световая энергия непосредственно преобразуется в электрическую. Из рис.2,25 видно, что при К„=О ток короткого замыкания 1 фотодиода будет максимальным, а при размыкании нагрузочного резистра максимальным будет напряжение холостого хода (,'х фотодиода. Ф Рис,2,24. Устройство фотодиода 91 а) б) Рис.2.25. Схема включения (а) и ВАХ ® фотодиода в фотогенераторном режиме Фотодиоды, Работающие в режиме фотогенератора, часто применяют в качестве источников питания, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую.
Они называются солнечными элементами и входят в состав солнечных батарей, используемых на космических кораблях. КПД кремниевых солнечных элементов составляет около 20'о, а у пленочных солнечных элементов он может иметь значительно большее значение. Важными техническими параметрами солнечных батарей являются отношения их выходной мощности к массе и площади, занимаемой солнечной батареей. Эти параметры достигают значений 200 Вт/кг и ! кВт/м2 соответственно. При работе фотодиода в фотопреобразовательном режиме источник питания Е включается в цепь в запирающем направлении ~рис.2.26,а). Используются обратные ветви ВАХ фотодиода при различных освещенностях ~рис.
2.2б,б) Ток и напряжение на нагрузочном резисторе Ян могут быть определены графически по точкам пересечения ВАХ фотодиода и линии нагрузки, соответствующей сопротивлению резистора й„. При отсутствии освещенности фотодиод работает в режиме об ы ч ного диода. Ф Ф, Фг и) б) Р"с 2 26 Схема включения (и) и ВАХ (б) фотодиода в фотопреобразоаательном режиме 92 Темновой ток у германиевых фотодиодов равен 10 — 30 мкА, у кремниевых -- 1 — 3 мкА. Спектральные характеристики фотодиодов зависят от материалов, используемых для их изготовления Селеновые фотодиоды имеют спектральную характеристику, близкую по форме к спектральной зависимости чувствительности человеческого глаза, поэтому их широко применяют в фото- и кинотехнике.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
