1.2.Фототранзистор

ФОТОТРАНЗИСТОР - транзистор (обычно биполярный), в котором управление коллекторным током осуществляется на основе внутреннего фотоэффекта; служит для преобразования световых сигналов в электрические с одноврем. усилением последних. Основу Ф. составляет монокристалл полупроводника со структурой n-р-n- или р -n-р-типа. Кристалл монтируется в защитный корпус с прозрачным входным окном. Включение Ф. во внеш. электрич. цепь подобно включению биполярного транзистора, выполненному по схеме с общим эмиттером и оборванным базовым выводом (нулевым током базы). При попадании излучения на базу (или коллектор) в ней образуются парные носители зарядов (электроны и дырки), которые разделяются электрическим полем коллекторного перехода. В результате в базовой области накапливаются осн. носители заряда, что приводит к снижению потенциального барьера эмиттерного перехода и увеличению тока через Ф. по сравнению с током, обусловленным переносом только тех носителей, которые образовались непосредственно под действием света.

Основные параметры и характеристики фототранзистора:

интегральная чувствительность (отношение фототока к падающему световому потоку); у Ф., изготовленных по диффузионной планарной технологии, она достигает 10 А/лм; спектральная характеристика (зависимость чувствительности к монохроматич. излучению от длины волны этого излучения), позволяющая, в частности, установить ДВ-границу применимости Ф.; эта граница (в случае собств. поглощения зависящая прежде всего от ширины запрещённой зоны полупроводникового материала) для германиевого Ф. составляет 1,7 мкм, кремниевого-1,1 мкм; постоянная времени (характеризующая инерционность Ф.) не превышает неск. мкс; темновой ток (ток через Ф. при отсутствии излучения) не превышает десятков нА. Кроме того, Ф. характеризуется коэффициентом усиления первоначального тока, достигающим 102-103.

Высокие надёжность, чувствительность и временная стабильность параметров Ф., а также малые размеры и относит. простота конструкции позволяют широко использовать Ф. в системах контроля и автоматики в качестве датчиков освещённости и элементов гальванич. развязки.

БИЛЕТ № 16

1. Светодиоды, параметры и характеристики.

2. Усилительный каскад по схеме оэ. Параметры и характеристики усилительного каскада.

3. Файл A_UOS1-005.CIR.

2. Усилительный каскад по схеме оэ. Параметры и характеристики усилительного каскада.

Каскад с общим эмиттером (ОЭ) (рис.1) является одним из самых распространенных усилительных каскадов на биполярных транзисторах. Он получил такое название потому, что эмиттер транзистора является общим электродом для входной и для выходной цепей каскада для переменной составляющей (для сигнала). Например, у каскада, схема которого приведена на рис.1, эмиттер через малое сопротивление конденсатора С₃ соединен по переменной составляющей с общей точкой (с корпусом) и, таким образом, является общим для входной и выходной цепей. Емкость конденсатора С₃ специально подбирается такой, чтобы ее сопротивление в рабочем диапазоне частот было приблизительно равно нулю (X_C3»0).

Не знаю,нужно ли это«Назначение элементов каскада. Резисторы R₁ и R₂ задают потенциал базы в режиме покоя каскада (в отсутствие сигнала) и, следовательно, участвуют в задании положения точки покоя на линии нагрузки.

Резистор R₃ задает совместно с источником питания положение линии нагрузки, служит для выделения выходного сигнала и одновременно определяет коэффициент усиления каскада.

Резистор R₄ в цепи эмиттера предназначен для термостабилизации режима работы каскада. При повышении температуры транзистора увеличивается ток покоя коллектора за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это вызывает смещение точки покоя на линии нагрузки, что может вызвать нарушение нормальной работы усилительного каскада. Термостабилизация происходит следующим образом. Например, при увеличении температуры увеличивается ток покоя коллектора I_К0. Это ведет к увеличению напряжения на резисторе R₄ (U_R4=R₄I_К0). Поскольку сопротивления R₁ и R₂ практически не зависят от температуры, постоянное напряжение между базой и корпусом U_{Б КОРП} при изменении температуры не изменится. Тогда, согласно уравнению, записанному по 2-му закону Кирхгофа для контура R₂, U_БЭ, R₄, напряжение база-эмиттер U_БЭ уменьшится

,

что приведет к уменьшению тока покоя коллектора. Уменьшение тока покоя коллектора за счет действия резистора R₄ не может полностью скомпенсировать его рост за счет повышения температуры, но влияние температуры на ток I_К0 при этом во много раз снижается.

Кроме обеспечения термостабилизации, резистор R₄ участвует совместно с базовым делителем, состоящим из сопротивлений R₁ и R₂, в создании начального смещения U_БЭ между базой и эмиттером

,

где I_Э0 – ток покоя эмиттера.

Применение резистора R₄ для термостабилизации ведет к уменьшению коэффициента усиления каскада из-за возникающей при этом отрицательной обратной связи. Для ослабления этой обратной связи параллельно резистору R₄ включают конденсатор С₃. Емкость конденсатора С₃ выбирают такой, чтобы даже на самой нижней частоте полосы пропускания каскада его сопротивление было много меньше сопротивления R₄.

Конденсатор С₁ разделяет по постоянному току источник сигнала и усилительный каскад.

Конденсатор С₂ разделяет по постоянному току усилительный каскад и нагрузку.

Транзистор обеспечивает усиление сигнала.

Источник питания Е_П обеспечивает энергию усиления сигнала.

Каскад ОЭ инвертирует (поворачивает на 180°) фазу выходного сигнала относительно входного. Действительно, например, при нарастании напряжения входного сигнала u_ВХ увеличивается напряжение u_БЭ. Это ведет к увеличению тока базы i_Б и, следовательно, к увеличению тока коллектора. Увеличение тока коллектора ведет к уменьшению выходного напряжения (напряжения между коллектором и корпусом u_ВЫХ=u_{К. КОРП}) и, наоборот, уменьшение тока коллектора ведет к увеличению выходного напряжения»

.

Каскад с общим эмиттером усиливает и напряжение, и ток, поэтому у него самый большой по сравнению с другими каскадами коэффициент усиления мощности К_Р. Под другими каскадами подразумеваются каскады с общим коллектором (усиливают только ток) и каскады с общей базой (усиливают только напряжение).

Основными характеристиками усилительного каскада являются амплитудная характеристика (АХ), амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазочастотная характеристика (ФЧХ).

Основными параметрами усилительного каскада являются входное и выходное сопротивления, динамический диапазон D (определяется по АХ), полоса пропускания сигнала Df (определяется по АЧХ), нижняя f_Н и верхняя f_В граничные частоты полосы пропускания.

Основные свойства каскада ОЭ

1. Каскад инвертирует фазу входного сигнала, если нагрузка включена так, как показано на рис.1.

2. Каскад не инвертирует фазу входного сигнала, если нагрузка включена так, как показано на рис.2.

Рис. 2. Схема включения нагрузки, когда каскад ОЭ не инвертирует сигнал

3. Каскад усиливает напряжение, ток и мощность. По сравнению с каскадами ОК и ОБ каскад ОЭ имеет наибольший коэффициент усиления мощности при прочих равных условиях.

4. Каскад имеет не очень большое входное сопротивление R_ВХ (обычно сотни Ом – единицы кОм) без учета сопротивления базового делителя.

5. Выходное сопротивление каскада больше входного и составляет обычно единицы кОм.

6. При прочих равных условиях каскад ОЭ имеет более узкую полосу пропускания, чем каскад ОК или каскад ОБ.

Формулы даны применительно к каскаду, схема которого показана на рис.1.

Входное сопротивление

где – сопротивление в цепи базы,

h_11Э – входное сопротивление транзистора;

– глубина местной последовательной ОС по току, используемой для эмиттерной стабилизации точки покоя,

где h_21Э – коэффициент передачи тока транзистора;

– коэффициент усиления в области средних частот,

где – эквивалентное сопротивление нагрузки каскада.

БИЛЕТ № 17

1. ВАХ реального p-n перехода.

2. Усилительный каскад по схеме ОК. Параметры и характеристики усилительного каскада.

3. Файл A_UOS1-05.CIR.