Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Общий ток коллектора 1„фототранзистора, включенного по схеме с общим эмиттером и свободной базой, определяется как сумма трех составляющих: 1(+ 1Ф + 1~. Подставив значение 1„' = 51ь, получим: 1„= 51ф + 1ь + 1,. Или окончательно: 1„= (й + 1) 1ф + 1,. Таким образом„в фототранзисторе наряду с появлением фототока происходит его усиление, за счет чего он имеет гораздо большую интегральную чувствительность, чем фотодиод. Чувствительность фогогранэистора определяется как отношение изменения тока коллектора к вызвавшему его изменению светового потока при свободной базе и коротком замыкании нагрузки: Ы„ В,„ь= — "при 1,=О; Я„=О.
Чувствительность фототранзисторов составляет сотни милли- ампер на люмен. Важный параметр фототраизистора — коэффициент усиления ло фогогоку Кь, который определяется как отношение тока коллектора освещенного фототранзистора со свободной базой к фототоку коллекторного р-и перехода при отключенном эмиттере при той же величине светового потока: 1к Кь = — при Ф = сопз1.
Коэффициент усиления Кь можно определить по формуле: Кь — — 1 + р = 1 + )ьь,. Кь составляет десятки и сотни единиц. 182 Основные характеристики фототранзистора — вольт-амперные и световые. Вольт-амперная характеристика фототранзистора — эт симость тока колл к — это завиколлектора от напряжения между коллектором и эмиттером при постоянном световом потоке (рис. 3.24, б): 1„= 1(11„,) при Ф = сопз(. В ольг-амперные характеристики фототранзистора по виду т анзисто а, но аналогичны выходным характеристикам обычного б г иполярного р ра, но постоянной величиной, при которой снимается каждая характеристика, будет не ток базы, а световой От вольт-ампе рных характеристик фотодиода они отличаются во поток.
масштабом оси токов (ток фототранзистора гораз о б тем, что все ха а авдо ольше) и п и(1.,=01 =О. е характеристики выходят из начала координат, т.е. р „, = . — . Чем больше световой поток, тем выше распо- лагаются характеристики. такой же ви, Световые характеристики фототранзистора линей е ны и имеют о же вид, как характеристики фотодиода, работающего с внешним источником питания. Спектральные характеристики зависят от материала и приме- сей и перекрывают видимую и инфракрасную часть спектра. 1Оь Гц. Граничная частота биполярных фототранзисторов составл яет В схеме использования фототранзистора с включенной цепью базы (см.
рис. 3.23, в) происходят такие же процессы, как в схеме со свободной базой. При наличии цепи базы появляется дополнительная возможность управлять током коллектора путем изменения тока базы и расширяется область применения фото- транзисторов: наряду с преобразованием слабых свеговы х сигнарические и их усилением внутри фототранзистора можно суммировать их с электрическими сигналами, поступаю- щими в цепь базы и усиленными фототранзистором как обычным биполярным транзистором. Помимо биполярных фототранзисторов разработаны полевые фототранзисторы с управляющим р-п переходом.
Они б- лее высок ю у чувствительность — до нескольких ампер на люмен, допускают большую мощность; граничная частота — 10'— 1О' Гц их — до Фототранзисторы наряду с фоторезисторами и фотодиодами находят применение в различных областях, в том числе и в мик- роэлектронике — в качестве фотоприемников совместно со свето- диодами, являющимися фотоизлучателями. Фототиристор — фотоэлектронный прибор, имеющий четырех- слойную структуру с двумя выводами (рис. 3.25, а).
Его услов- ное графическое обозначение показано на рис. 3.25, б. Фототиристор, как и обычный полупроводниковый тиристо, р 18З имеет структуру р-и-р-и и три р-и перехода, из которых крайние П, и П, включены в прямом направлении, а средний — П, — в обратном. Величина напряжения на фототиристоре выбирается так, что при отсутствии светового потока он закрыт. В отличие от обычного тиристора напряжение включения фототиристора зависит не от тока управления, а от светового потока. Фототиристор устроен так, что свет падает на внутренние слои рэ и пь в которых за счет энергии фотонов происходит образование пар электрон — дырка.
Дырки из области п~ переходят в область рэ, а электроны — из области рэ в область п| под действием об- Генерации паР носителей честно анналов во втоРично-электронном умножителе; например, ФЭУ-1 — од каскадный фотоумножитель, ФЭУ-18 — фотоумножитель многокаскадный, имеющий 18 динодов. и олупроводннковые фотоэлектронные приборы имеют в системе обозначений четыре элемента: первый элемент — две буквы, определяющие группу прибора по принципу действия: ФР— фоторезнсторы, ФД вЂ” фотоэлектронные приборы с р-и переходами, ФУ вЂ” приборы с Р-и переходами и внутренним усилением; второй элемент — буква, определяющая исходный материал, из которого изготовляется прибор: К вЂ” кремний, à — германий; третий элемент — число от 001 до 999 — порядковый номер разработки прибора; четвертый элемент — буква, определяющая подгруппу прибора: Б — биполярный фототранзистор, У вЂ” полевой (уииполярный1 фототранзистор, Т вЂ” фототиристор П римеры обозначений: ФДК9 — фотодиод кремниевый, порядковый номе разработки 9, ФЛК155 — то же, порядковый номер разработки 155.
Р 1 вил ян о а 6 Ри 3 чб фототнрнстор: а — структура и схема включения; б — Условяое графическое обозначение; а — вольт-амперные характеристики ратного напряжения на коллекторном переходе Пз. При этом возрастает ток через этот переход, следовательно, увеличивается ток ( во внешней цепи. При определенной величине тока фототиристор включается. Чем больше световой поток Ф, тем меньше напряжение П.„., при котором включается фототиристор. Вольт-амперные характеристики фототиристора аналогичны вольт-амперным характеристикам обычного тиристора (рис. 3.25, в), но каждая из них соответствует определенному постоянному значению светового потока: ) = ((П) при Ф = сопзС При переходе из закрытого состояния в открытое сопротивление фототиристора уменьшается от сотен мегаом до десятых долей ома; это происходит практически мгновенно — в течение миллионных долей секунды.
Фототиристоры используют для коммутации электрических цепей большой мощности при помощи световых сигналов. Система обозначения фотоэлектронных приборов. Электровакуумные фотоумножители обозначают тремя буквами — ФЭУ вЂ” и числом, определяющим коли- Контрольмые вопросы 1. На чем основан принцип действия фоторезистора» ъясните пРоцессы, происходящие в фотодиоде при раб е в фотоди режиме, и его вольт-амперные характеристики. 3.
Об . Объясните процессы, происходящие в фотодиоде прн работе в фотогальваническом режкме. 4. Нарисуйте и объясните световые характеристики фотодиода в фотодиодном и фотогальваническом режиме и назовите его основные параметры. 5. Объясните принцип действия н вольт-амперные харнктеристнки фототрэнзнстора и фототиристора. Гяааа 3.4. светоизлучд1цэщве диоды 3.4.!. Устройство и принцип действия светодиода Светоизлучвющий диод (светодиод) — это полупроводниковый прибор с одним р-и переходом, в котором осуществляется непосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения.
Светодиоды предназначены для использования в устройствах визуального представления информации, а также в качестве светоизлучающего элемента в оптоэлектронных устройствах. Принцип действия светодиода основан на излучении света р-п переходом некоторых полупроводников, вызываемом рекомбинацией электронов и дырок при прохождении прямого тока. Светодиод имеет двухслойную структуру (рис.
3.26, а). Процессы, происходящие в р-п переходе при отсутствии внешнего напряжения и при прямом напряжении, такие же, как в обычном полупроводниковом диоде„но главную роль в светодиоде играют процессы рекомбинации, на рассмотрении которых следует остановиться подробно. Как известно, в собственных и примесных 185 полупроводниках наряду с генерацией электронно-дырочных пар (за счет поглощения дополнительной энергии) происходят обратные процессы — рекомбинации электронов и дырок с выделением квантов энергии.
В большинстве полупроводников, в том числе в германии и в кремнии, выделяемая при рекомбинации энергия в основном превращается в тепловую, а излучаемая энергия мала; излучение из-за малой ширины запрещенной зоны находится в невидимой части спектра. В этом случае рекомбинация носит название безызлучательной. Рвномбннвция винв В Ь Звнлтыв уровни омбннвция Свбодныв уровни (дырин) ынр а Ввлвнтнвя зона б Рис. 3.26.
Структура светоднодн (и) и внергетическвя диаграмма, понсняюгция его принцип действия (б) )86 В некоторых полупроводниках, имеющих большую ширину запрещенной зоны Л)й'„например арсениде галлия (1,5 эВ), фосфиде галлия (2,2 эВ), карбиде кремния (2,5 — 3 эВ) и других, рекомбинация сопровождается выделением квантов света (фотонов), т. е. является изличательной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
