Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Германиевые и кремниевые фотодиоды чувствительны как в видимой, так и в инфракрасной части спектра излучения. По сравнению с фоторезисторами фотодиоды являются более быстродействующими, но имеют меньшую чувствительность. Частотные характеристики зависят от материалов фотодиода В настоящее время созданы высокочастотные (быстродействующие) фото- диоды на основе германия и арсенида г аллия, которые могут работать при частотах модуляции светового потока в несколько сотен мегагерц Существенным недостатком фотодиодов является зависимость значений их параметров от температуры, при этом следует иметь в виду, что кремниевые фотодиоды более стабильны Если в фотодиодах использовать обратимый электрический пробой, сопровождающийся лавинным умножением носителей заряда, как в полупроводниковых стабилитронах, то фототок, а, следовательно.
и чувствительность значительно возрастут Чувствительность лавинных фотодиодов может быть на несколько порядков больше, чем у обычных фотодиодов (у германиевых -- в 200 — 300 раз, у кремниевых — в 10 — 10 раз). Лавинные фотодиоды являются быстродействующими 4 б фотоэлектрическими приборами, их частотный диапазон может досги~ ать 1О ГГц Недостатком лавинных фотодиодов является более высокии уровень шумов по сравнению с обычными фотодиодами Лавинпые фотодиоды можно применять для обнару кения световых сигналов и счета световых импульсов в релейных устроиствах автоматики. Фототранзисторы.
Фототранзистором называют полупроводниковыи фотоэлектрический прибор с двумя р-п-переходами Устройство и схема включения показаны на рнс 2 27, а и б Обычно используют лишь два вывода — — коллекторный и эмнттерный Базовый' вывод иногда используют для обеспечения режима по постоянному току и для температурной стабилизации рабочей точки Световой поток. направленный на базовую область, генерирует в ней электронно-дырочные пары, которые диффунзируют к коллекторпому р-п-переходу.
Под деиствием электрического поля коллекторного р-и-перехода пары разделяются. Лырки (для зранзисгора типа о-и-р) втягиваются в коллектор, а электроны накапливаются в "азе, смещая эмиттерный переход в прямом направлении. В результате увеличивается количество инжектированных из эмиттера в базу дырок, Лишь незначительная часть их рекомбинирует с электронами базы, а основная — диффундирует к коллекторному р-н -переходу. Под влиянием электрического поля внешнего источника дырки втягиваются в коллектор, увеличивая его ток. Таким образом, влияние светового потока на коллекторный ток фототранзистора сходно с влиянием тока базы на ток коллектора обычного транзистора.
ВЛХ фототранзистора изображены на рис.2.27, в Они подобны выходным характеристикам обы шого транзистора, включенного по схеме с ОЭ, но параметром у них является не ток базы, а световой поток Ф. Являясь фактически усилителем тока базы, фототранзистор обладает гораздо более высокой чувствительностью по сравнению с фотодиодом, однако из-за относительно большой емкости эмиттерного р-н-перехода фототранзисторы существенно более инерционны, рабочая частота их не превышает нескольких десятков килогерц. Кроме биполярных существуют полевые фототранзисторы, чувствительность которых в 1,5 — 2 раза выше, чем у биполярных.
Инерционность полевых фототранзисторов приближается к инерционности фотодиодов, поскольку р-л-переход затвор — канал, на который направлен управляющий световой поток, фактически представляет собой фотодиод. Рабочая частота полевых фототранзисторов достигает значений в несколько десятков мегагерц. гк,мА — 1к 4,о 2,о б) о в ~о |в у~в в) Рис 2.27 Ус1ройство (и), схема включения (б) и ВАХ (в) фототранзистора я и„ "пр и) б) Рис 2 28 Схема включения (и) и ВАХ (б) фототиристора при различных ав®фщеннос гях 94 Фогозиристорыс Фототиристором называют полупроводниковый фооэлектрический прибор с тремя чсредующимися р-п-переходами, имею- „гий участок вольт-амперной характеристики, соответствующий отрицаельному дифференциальному сопротивлению и используемый в качестве правляемого ключа для переключения токов.
Структура. схемы включе- „ия а также ВАХ фототиристора ~рис 2.28) и обычного тиристора 1см.рис 2.21 и 2.22) идентичны. Отличие заключается в том, что напряже- ние включения Г '„фототиристора регулируется не управляющим током. а управляющим световым потоком, воздействующим на области и, н р2 фототиристора. В отсутствии освещения работа фототиристора не отличается от рабо- ты обычного тиристора ВАХ фототиристора при световом потоке Ф=О грис.2 28,б) соответствует ВАХ тиристора при управляющем токе 7 =О У Если напряжение, подведенное к фототиристору,не превышает напряже- ния 1."„~, при котором происходит резкое увеличение тока тиристора за счет лавинного умножения носителей заряда, то ток фототиристора, обус- ловленный движением неосновных носителей заряда через переход!1з, имеет очень небольшос значение и представляет собой темновой ток При освещении фототирнстора возникают новые свободные носители заряда, которые увеличивают его ток.
Составляющая тока, обусловленная процессами, вызванными освеще- нием полупроводниковых слоев, представляет собой фототок фототирис- тора. При увеличении светового потока Ф напряжение 1/„,. уменьшается 1см рис 2 28), Фототиристоры обладают высокой чувсгвительносгью. Инерцион- ность фототирисгора определяется кремне.ч выг.ин>чения г„„,г в течение которого (после отключения напряжения питания) наряды в базе рассасы- ваются и прибор переходит из открытого состояния в закрытое Это вре- мя составляет десятки микросекунд Следовательно, фототиристоры мо- гут работать при частотах модуляции светового потока порядка несколь- ких десятков килогерц.
Сопротивление фототиристов лежит в пределах от десятых долей ома в открытом состоянии до десятков килоом в закрытом Вопрос 2,5. Будет ли в цепи, состоящей из последовательно соединен- ных фотодиода и источника ЭДС, существовать ток и, если будет. то будет ли он зависеть от освещенности фотодиода'? Варианты «пнета. 2 5 1. Ток будет существовать и работа фотодиода в этом случае не отличается от работы фоторезистора. 25.2 При вклгочении фотодиода в прямом направлении ток будет зависеть от освещенности, если же фотодиод включен в обратном направ- лении, то тока в цепи не будет 2.5 3 При включении фотодиода в обратном направлении в цепи бу- дет существовать ток и он будет зависеть от освещенности м 2.7.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ Интегральная микросхема (ИМС) представляет собой сложное микроэлектронное изделие в миниатюрном корпусе с электрическими выводами, включающее в себя множество простейших элементов (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов), электрически соединенных между собой по заданной схеме, и реализующее определенную функцию преобразования электрических сигналов.
Отдельные элементы микросхемы не имеют внешних выводов и не могут рассматриваться как самостоятельные изделия, однако в состав микросхем моГут включаться компоненты, имеющие самостоятельное конструктивное оформление — навесные бескорпусные транзисторы, другие микросхемы, дроссели и т.д. Создание и непрерывное совершенствование технологии интегральных микросхем связано с быстрым развитием информационной и вычислительной техники и значительным в связи с этим усложнением электрических и электронных схем приборов и устройств.
Применение ИМС как самостоятельных функциональных узлов кардинальным образом решает проблемы уменьшения габаритов, снижения потребляемой энергии, повышения надежности и быстродействия приборов и устройств и в особенности электронных вычислительных машин. Важными характеристиками интегральных микросхем в числе прочих являются еи~епень интеграции и ппотноетпь упаковки. Степень интеграции характеризует количество элементов в микросхеме. ИМС первой степени интеграции имеют до 1О элементов, второй — до 102 элементов и т.д. Под плотностью упаковки понимают количество элементов и компонентов в ! ем~ обьема микросхемы. В современных полупроводниковых ИМС степень интеграции достигает шести, а плотность упаковки принципиально может быть доведена до 10-' эл/смэ и выше, линейные размеры отдельных элементов могут быть менее 1 мкм.
Площадь полупроводникового кристалла обычной микросхемы составляет в зависимости от сложности 03 — 6 мм Площадь кристалла микросхем, применяе- 2 мых в ЭВМ, может достигать 40 мм- и выше. Дальнейшее увеличение 2 площади кристалла нецелесообразно в связи с возрастающей вероятностью наличия в кристаллической решетке дефектов, делающих непригодной всю микро-схему По технологии изготовления различают гибридные и полр~рокодниковые интегральные микросхемы.
В гибридных микросхемах используется так называемая пленочная техно7огия, пассивные элементы (резисторы. конденсаторы, дроссели) и проводники выполняют в них в виде проводящих пленок, а в качестве активных элементов используют навесные транзисторы. диоды и т.д. В полупроводниковых ИМС все активные и пассивные элементы выполнены в объеме и на поверхности кристалла полупро- водника, В отдельных случаях при производстве микросхем используют овмещение обеих технологий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
