Питання 2 контролю з дисципліни «Твердотільна електроніка»

1. Фотоприймачі з внутрішнім підсиленням. Фоторезистори та фототиристори. Будова та принцип роботи. Схеми вмикання. Вигляд вах. Фотоприймачі з внутрішнім підсиленням

• До таких фотоприймачів належать фототранзистори та фототиристори.

• Крім перетворення світлової енергії в електричну з утворенням фотоструму, як у фотодіодах, фототранзистор ще й підсилює цей фотострум.

• Розглянемо роботу фототранзистора у ССЕ в режимі з вимкненою базою (I_Б=0) (рис. ).

Якщо Ф=0, то через фототранзистор проходить невеликий темновий струм

I_Т=I_КБ0(h_21Е+1).

При освітленні області бази через вікно (Ф>0) в ній генеруються нерівноважні пари носіїв заряду – фотоелектрони та фотодірки, які дифундують до ЕП та КП. При цьому поле КП розділяє заряди: електрони рухаються до n - колектора, дірки – до p- бази. У колі колектора під дією цих електронів зростає струм на величину I_Ф. Дірки створюють у базі позитивний заряд, який зміщує ЕП у прямому напрямі і викликає інжекцію електронів. Унаслідок інжекції електронів через ЕП, їх дифузії через базу та екстракції через КП струм колектора додатково зростає на величину h_21Е I_Ф. Тобто фотодірки у базі відіграють роль вхідного струму бази.

Структура і схема вмикання фототранзистора 

(а), статичні вихідні характеристики (б)

• Загальний колекторний струм фототранзистора

I_К=I_Ф+h_21ЕI_Ф+I_Т= (1+h_21Е)I_Ф+I_Т

• Сім’я ВАХ фототранзистора I_К = f(U_КБ)Ф = const пока­зана на рис. Збільшення освітлення фототранзистора приводить, згідно з формулою, до зростання колек­торного струму. Інтегральна чутливість фототранзистора S_Ф в (1+h_21Е) раз більша, ніж у фотодіода. Це пояснюється тим, що у фототранзистора струм I_Ф підсилюється в (1+h_21Е) раз.

• Фототиристори (рис.) є фотоприймачами з ключо­вою пороговою характеристикою, вони застосовуються для перемикання великих струмів і напруги. ВАХ з відкриваю­чою дією світлового потоку показана на рис. 

• Засвічення базової області тиристора зумовлює генерацію надлишкових носіїв заряду, що приводить до перемикання чотиришарової структури із закритого стану у відкритий так само, як це буває у триністорі при перемиканні керувальним струмом.

Структура, схема вмикання (а) та ВАХ (б) фототиристора

2. Сонячні елементи. Загальні відомості. Сонячні елементи на основі p-n- переходів та гетеропереходів. Характеристики сонячного випромінювання. Режими освітлення. ККД фотоперетворювачів.

   ОСНОВНІ ПАРАМЕТРИ ФОТОПРИЙМАЧІВ

• До основних параметрів фотоприймачів відносяться:

• 1. Довгохвильова границя ₀ або довжина хвилі, що відповідає максимуму фоточутливості _m;

• 2. Спектральна чутливість R_ - величина вихідного сигналу, що припадає на одиницю потужності монохроматичного випромінювання у даній спектральній області;

• 3 Мінімальна потужність що виявляється P_min - потужність при якій вихідний сигнал дорівнює рівню шуму. Часто використовується еквівалентна потужність шуму.

NEP = P_min()^-1/2

Тобто потужність, віднесена до одиничної полоси пропускання. Тут  - ефективна полоса пропускання підсилювача.

4. Виявна здатність D* - величина обернена P_min віднесена до одиничної полоси пропускання (1 Гц) і одиничної площі поверхні фотоприймача.

5. Квантова ефективність  - число фотогенерованих носіїв, що припадають на один поглинутий фотон

6. Стала часу  - час за який вихідний сигнал детектора досягне 63% максимального значення.

7. Опір приймача R або приведений опір. Звичайно він наводиться при нульовому зміщенні.

8. Гранична частота  - найбільша робоча частота приладу.

p-n ПЕРЕХІД В СТАНІ РІВНОВАГИ