1-60ORE
.pdfтемнової опір Rт - опір фоторезистори під час відсутностіпадаючого на нього випромінювання в діапазоні його спектральної чутливості (варіює у звичайних приладах від 1000 до 100000000 ом).
Світлове опір RС - опір фоторезистори, вимірянийчерез певний інтервал часу після початку впливу випромінювання,що створює на ньому освітленість заданого значення.
Кратність зміни опору KR - відношення темновогоопору фоторезистори до опору при певному рівніосвітленості (світловому опору).
Допустима потужність розсіювання - потужність, при якій не наступаєнезворотних змін параметрів фоторезистори в процесі його експлуатації.
Загальний струм фоторезистори - струм, що складається з темнового струму і фотоструму. фотоструму - струм, що протікає через Фоторезистор при зазначеній напрузіна ньому, обумовлений тільки впливом потоку випромінювання із заданимспектральним розподілом.
Питома чутливість - відношення фотоструму до твору величинипадаючого на Фоторезистор світлового потоку на прикладена до ньогонапруга, мкА/(лм (В)
К0 = Iф/(ФU), (7)
де Iф - фотоструму, що дорівнює різниці струмів, що протікають по фоторезистори втемряві і при певній (200 лк) освітленості, мкА; Ф - падаючийсвітловий потік, лм; U - напруга, прикладена до фоторезистори, В.
Інтегральна чутливість - добуток питомої чутливостіна граничне робоча напруга Sінт = К0Umax. Постійна часу (ф - час, протягом якого фотоструму змінюється на
63%, тобто в e раз. Постійна часу характеризує інерційністьприладу і впливає на вигляд його частотної характеристики.
При включенні і виключенні світла фотоструму зростає до максимуму (рис.
8 додатка) і спадає до мінімуму не миттєво. Характер і тривалістькривих наростання і спаду фотоструму в часі суттєво залежать відмеханізму рекомбінації нерівноважних носіїв у даному матеріалі, а такожвід величини інтенсивності світла. При малому рівні інжекції наростання іспад фотоструму в часі можна представити експонентами з постійноючасу (, рівний часу життя носіїв у напівпровіднику. У цьому випадкупри включенні світла фотоструму iф буде наростати і спадати в часі ззакону
iф = Iф (1 - e - t/(); iф = Iф e - t/(,
(8)
де Iф -- стаціонарне значення фотоструму при освітленні.
За кривим спаду фотоструму в часі можна визначити час життя (нерівноважних носіїв. Виготовлення фоторезисторів Як матеріали для фоторезисторів широко використовуються сульфіди,селенідом і теллуріди різних
елементів, а також з'єднання типу AIIIBV. Уінфрачервоної області можуть бути використані фоторезистори на основі PbS,
PbSe, PbTe, InSb, в області видимого світла і ближнього ультрафіолету - CdS.
Фотодіо́д — це приймач оптичного випромінювання, який перетворює падаюче на його фоточутливу область світло в електричний заряд за рахунок процесів в p-n-переході. Його можна класифікувати як напівпровідниковий діод, в якому використовується залежність його вольт-амперної характеристики від освітленості.
Коли фотон, що має достатню енергію, потрапляє на фотодіод, в останньому відбувається внутрішній фотоефект: фотон збуджує електрон з матеріалу діода, таким чином створюючи пару носіїв заряду: вільний електрон і позитивно заряджену дірку. Якщо поглинання відбувається в області збіднення напівпровідника, ці нові носії виносяться з області її власним електричним полем. Завдяки цьому дірки рухаються до анода, а електрони до катода, і виникає
фотострум. Струм фотодіода як діода визначається струмом неосновних носіїв (дрейфовий струм).
Параметри та характеристики
∙чутливість
∙еквівалентна потужність шуму (англ. noise-equivalent power)
∙вольт-амперна характеристика
∙спектральна характеристика
∙темновий рівень струму
∙інерційність
Режими включення
Схематичне позначення фотодіода
Фотодіод може працювати в двох режимах:
∙фотогальванічний (також: фотовентильний,
генераторний, англ. photovoltaic mode) - без зовнішньої напруги
∙фотодіодний (також: діодний, англ. photoconductive mode) - із зовнішньою зворотною напругою
Модифікації p-i-n фотодіод
Між p- та n- областями протилежних типів провідності додається середня i-область з ізолятора. Переваги:
∙є можливість забезпечення чутливості в довгохвильовій частині спектру за рахунок зміни ширини i-області
∙висока чутливість і швидкодія
∙мала робоча напруга
Недоліки:
∙технологічна складність отримання високої чистоти i-області Переваги фотодіодів
∙простота технології виготовлення і структур
∙поєднання високої фоточутливості та швидкодії
∙малий опір бази
∙мала інерційність
Застосування
Фотодіоди використовуються в побутових електронних пристроях, зокрема програвачах компактдисків, детектори диму, приймачах для пультів дистанційного управління. Фотодіоди часто використовуються для точного вимірювання інтенсивності світла в науці та промисловості.
39. Напівпровідниковий діод, принцип дії й типи.
Електронно-дірковий перехід являє собою напівпровідниковий діод. У pn переході носії заряду утворюється при введенні в кристал акцепторної чи донорної домішки. Напівпровідникові діоди
виготовляють з германію, кремнію. селену та інших речовин.
На малюнку 3 показано пряме (б) і зворотне (в) подсоедененіе діода. Вольта-мперная характеристика при прямому і зворотному з'єднанні показана на малюнку 3.
Н
Малюнок 1
елінейние властивості діода видно при розгляді його вольтамперной характеристики. Прямий струм в десятки міліампер виходить при прямому напрузі порядку десятих часток вольта. Тому пряме опір має величину не вище десятків Ом. Для більш потужних діодів прямий струм становить сотні міліампер і більше при такому ж малому напрузі, а R відповідно знижується до одиниць Ом і менше. Зворотний струм при зворотному напрузі до сотень вольт у діодів невеличкий потужності становить лише одиниці або десятки мікроампер. Це відповідає зворотному опору до сотень кОм і більше.
Напівпровідникові діоди підрозділяються за багатьма ознаками. Насамперед варто розрізняти точкові, площинні і полікристалічні діоди. У точкових діодів лінійні розміри, що визначають площу pn переходу, такого ж порядку як товщина переходу, або менше її. У площинних діодів ці розміри значно більше товщини переходу.
Малюнок 3
Точкові діоди мають малу ємність pn переходу і тому застосовуються на будь-яких частотах аж до СВЧ. Але вони можуть пропускати струми не більше одиниць або декількох десятків міліампер. Площинні діоди залежно від площі переходу володіють ємністю в десятки пікофарад і більше. Тому їх застосовують на частотах не більше десятків кілогерц. Допустимий струм в площинних діодах буває від десятків міліампер до сотень ампер і більше.
Основою точкових і площинних діодів є платівки напівпровідника, вирізані з монокристалу, що має в усьому своєму обсязі правильне кристалічну будову. В якості напівпровідникових речовин для точкових і площинних діодів застосовують найчастіше германій і кремній, а останнім часом також і арсенід галію і карбід кремнію.
Полікристалічні діоди мають pn перехід, утворений напівпровідниковими шарами, що складаються з великої кількості кристалів малого розміру, різноорієнтованих один щодо одного і тому не представляють собою єдиного монокристала. Ці діоди бувають селенових, меднозакісние
(купроксние) і титанові.
П
рінціп пристрої точкового діода показаний на малюнку 3 (а). У ньому тонка загострена зволікання (голка) з нанесеною на неї домішкою приварюється за допомогою імпульсу струму до пластинки напівпровідника з певним типом електропровідності. При цьому з голки в основний напівпровідник дифундують домішки які створюють в ньому область з іншим типом провідності. Це процес наз. формовкой діода. Таким чином, близько голки виходить міні pn перехід напівсферичної форми. Отже, принципової різниці між точковими і площинними діодами немає. Останнім часом з'явилися ще так звані мікро площинні або мікросплавние діоди, які мають дещо більший по площині pn перехід, ніж точкові діоди (б).
Площинні діоди виготовляються, головним чином, методами сплавки дифузії. Для прикладу на малюнку 4.а) показаний принцип устрою сплавного германієвого діода. До платівки германію n-типу вплавляют при температурі близько 500 градусів краплю індію, яка сплавляючись з германієм, утворює шар германію p-типу.
Область з електропровідністю p-типу має більш високу концентрацію домішки, ніж основна пластинка порівняно високоомного германію, і тому є емітером. До основної платівці германію та до індію припаюються вивідні зволікання, звичайно з нікелю. Якщо за вихідний матеріал взятий високоомний германій p-типу, то в нього вплавляют сурму і тоді виходить емітерного область n- типу.
Слід зазначити, що сплавним методом отримують так звані різкі чи ступінчасті pn переходи, в яких товщина області зміни концентрації домішок значно менше товщини області об'ємних зарядів, що існують у переході.
Типи діодів.
За призначенням напівпровідникові діоди підрозділяються на випрямні діоди малої, середньої та великої потужності, імпульсні діоди і напівпровідникові стабілітрони.
Випрямні діоди малої потужності. До них відносяться діоди, поставляються промисловістю на прямий струм до 300мА. Довідковим параметром випрямних діодів малої потужності є припустимий випрямний струм (допустимої середнє значення прямого струму), який визначає в заданому діапазоні температур допустиме середнє за період значення довгостроково протікають через діод імпульсів прямого струму синусоїдальної форми при паузах у 180 (напівперіод) і частоті 50 Гц. Максимальна зворотна напруга цих діодів лежить в діапазоні від десятків до 1200В.
Випрямні діоди середньої потужності. До цього типу відносяться діоди, допустиме середнє значення прямого струму яких лежить в межах 300мА-10мА. Великий прямий струм цих порівняно з малопотужними діодами досягається збільшенням розмірів кристала, зокрема робочої площі pn переходу. Діоди середньої потужності випускаються переважно кремнієвими. У зв'язку з цим зворотний струм цих діодів при порівняно великій площині pn переходу досить малий (кілька десятків мікроампер). Теплота, що виділяється в кристалі від протікання прямого та зворотного струмів в діодах середньої потужності, вже не може бути розсіяна корпусом приладу.
Потужні (силові) діоди. До даного типу відносяться діоди на струми від 10А і вище. Промисловість випускає силові діоди на струми 10,16,25,40 і т.д. і зворотні напруги до3500 В. Силові діоди мають градацію по частоті охоплюють частотний діапазон до десятків кілогерц. Потужні діоди виготовляють переважно з кремнію. Кремнієва платівка з pn переходом, створюваним дифузним методом, для таких діодів є диск діаметром 10-100мм і товщиною 0,3-0,6 мм.
Основні параметри напівпровідникового діода
∙Is — струм насичення (тепловий струм);
∙Rб — опір бази діода;
∙Rа — активний опір;
∙RД — диференційний опір;
∙Cб — бар'єрна ємність;
∙СД — дифузійна ємність
∙ Rтп к — тепловий опір перехід — корпус;
∙Кв — коефіцієнт випростування;
∙φк — контактна різниця потенціалів.
40. Генератори лінійно змінюються напруг
Для отримання напруг пилкоподібної форми використовуються генератори лінійно змінюється напруги (ГЛИН). Їх поділяють на генератори лінійно наростаючої і лінійно падаючого напруги. У першому випадку за час t, рівне тривалості прямого ходу, відбувається зміна напруги, що генерується від мінімуму до максимуму.
Розглянемо принцип отримання пилоподібного напруги. Закон зміни напруги, близьке до лінійного, можна отримати на конденсаторі, якщо струм заряду або розряду буде постійним.
Р
ассмотрім процеси заряду і розряду в схемі, наведеній на малюнку 21.5.
Малюнок 21.5 - Еквівалентна схема генератора лінійно
змінюється напруги При розмиканні ключа конденсатор С починає заряджатися від джерела ЕРС Е 0. Процес заряду
супроводжується наростанням напруги на конденсаторі С, триває протягом часу t, відповідає тривалості прямого ходу. Потім він припиняється замиканням ключа, а конденсатор розряджається (зворотний хід).
Швидкість наростання напруги на С визначається співвідношенням 
Якщо потрібно забезпечити лінійну зміну U c ( 
), То відповідно до наведеними виразом зарядний струм повинен бути постійним. Але зменшення напруги на конденсаторі С відбувається за експоненціальним законом:
.
Е
слі вимоги до лінійності дуже великі, можна використовувати схему, наведену на малюнку 21.6.
Малюнок 21.6 - Генератор лінійно змінюється напруги
на операційному підсилювачі Диференціюємо попередній вираз і отримуємо
.
Якщо час t багато менше R C, то
,
тобто якщо тривалість прямого ходу Т пр багато менше R C, то закон зміни напруги на конденсаторі С близький до лінійного.
41. Випрямлячі - це електротехнічні пристрої, призначені для перетворення енергії джерела напруги змінного струму в енергію напруги постійного струму.
До складу входять (9.1) :
-трансформатор напруги;
-вентильна схема;
-згладжуючий фільтр;
-стабілізатор напруги (регулятор напруги);
-навантаження.
Як правило, випрямляч підмикається до розподільної мережі напруги змінного струму.
Трансформатор призначений для перетворення величини напруги мережі до значення, необхідного для роботи випрямляча. Він також забезпечує електричну (гальванічну) розв’язку мережі і навантаження.
Вентильна схема перетворює змінну напругу у випрямлену – пульсуючу одно полярну. Вона, як правило, виконується на напівпровідникових ключах.
Згладжуючий фільтр перетворює випрямлену напругу у постійну. Фільтри виконуються на реактивних елементах, що мають властивість накопичувати електричну енергію: конденсаторах, дроселях. Такі фільтри називаються пасивними.
Для живлення радіоелектронних пристроїв часто використовують активні фільтри, що будуються на транзисторах, операційних підсилювачах та реактивних елементах.
Стабілізатор напруги підтримує напругу на навантаженні на незмінному рівні при змінах напруги мережі або навантаження у заданих межах.
При необхідності регулювання напруги на навантаженні за необхідним законом і у заданих межах використовують регулятори напруги.Стабілізатор також являє собою різновид регулятора, у якого забезпечується автоматичне регулювання за ознакою постійності значення напруги на навантаженні.
Регулятор (стабілізатор) може бути увімкнено і зі сторони змінної напруги (до трансформатора).
Параметри вузлів випрямляча та їхніх елементів,режими роботи повинні бути узгоджені із заданими умовами роботи навантаження. Навантаження також вважають елементом випрямляча, бо зміни його опору в процесі роботи впливають на режим роботи усього пристрою.
Згладжуючий фільтр, стабілізатор( регулятор), а іноді й трансформатор можуть не входити до складу випрямляча, якщо у них немає необхідності.
Крім вказаних вузлів, випрямляч може мати вузли і елементи захисту від короткого замикання, пе5ревантаженнязниження напруги мережі та ін.. (запобіжник, автоматичний вимикач, електронний пристрій захисту, елементи і вузли індикації наявності і значення напруги і струму, а також вузли діагнозтики працездатності).
Випрямлячі класифікують за числом фаз – однофазні та багатофазні (останні – найчастіше трифазні). За потужністю випрямлячі бувають малої потужності (до 100Вт), середньої(до 10кВт) і великої (понад 10кВт).
Є некеровані випрямлячі та керовані. Перші будуються на некерованих вентилях – на діодах, другі – на керованих – наприклад, на тиристорах.
За принципом дії випрямлячі поділяються на одноконтактні та двоконтактні.
Одноконтактними називаються випрямлячі, у яких по вторинній обмотці трансформатора струм протікає один раз за один період напруги мережі і лише у одному напрямку.
Важливим параметром випрямляча є кратність пульсацій випрямленої напругиm –
відношення частоти пульсацій випрямленої напруги до частоти мережі. У одно контактних випрямлячів він відповідає числу фаз мережі. Двоконтактними (двопівперіодними) називають випрямлячі, у яких по вторинній обмотці трансформатора струм за період напруги мережі протікає двічі і у різних напрямках. Кратність пульсацій у двотактних випрямлячів дорівнює подвоєному числу фаз.
Робота випрямлячів фактично полягає в тому, що навантаження за допомогою ключів так підмикається до джерела енергії напруги змінного струму, щоб за час кожного півперіоду його напруги (позитивного і негативного) струм у навантаженні протікав у одному напрямку. Виходячи з цього, найважливішим вузлом випрямляча є вентильна схема– схема випрямлення.
При розрахунку випрямляча відомі параметри навантаження та мережі живлення. Невідомими є параметри елементів вузлів, що до нього входять.
Теорія випрямлячів зводиться до розробки аналітичних виразів, що зв’язують відомі параметри напруги мережі живлення і навантаження з невідомими параметрами, які характеризують роботу вентильної схеми. На підставі цього робиться вибір типу вентилів для конкретної схеми випрямляча та розрахунок його вузлів.
42. Фототранзистор представляет собой твердотельное полупроводниковое устройство с внутренним усилением, которое используются для обеспечения аналоговых или цифровых сигналов. Фототранзисторы используются практически во всех электронных устройствах, функционирование которых, так или иначе, зависит от света, например, детекторы дыма, лазерные радары, системы дистанционного управления. Фототранзисторы способны реагировать не только на обычное освещение, но и на инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Фототранзисторы более чувствительные и создают больший ток по сравнению с фотодиодами.
Конструкция фототранзистора
Как известно, самым распространенным видом транзистора является биполярный транзистор. Фототранзисторы, как правило, биполярные устройства NPN типа.
Несмотря на то, что и обычные биполярные транзисторы достаточно чувствительные к свету, фототранзисторы дополнительно оптимизированы для более четкой работы с источником света. Они имеют большую зону базы и коллектора по сравнению с обычными транзисторами. Как правило, они имеют непрозрачный темный корпус с прозрачным окошком для света.
Большинство фототранзисторов производят из полупроводникового монокристалла (кремний, германий), хотя встречаются фототранзисторы, построенные и на основе сложных типов полупроводниковых материалов, например, арсенид галлия.
Принцип работы фототранзистора
Обычный транзистор состоит из коллектора, эмиттера и базы. В работе фототранзистора, как правило, вывод базы остается отключенным, так как свет генерирует электрический сигнал, позволяющий току протекать через фототранзистор.
При отключенной базе, коллекторный переход фототранзистора смещен в обратном, а эмиттерный переход — в прямом направлении. Фототранзистор остается неактивным до тех пор, пока свет не попадает на базу. Свет активирует фототранзистор, образуя электроны и дырки проводимости — носители заряда, в результате чего через коллектор — эмиттер протекает электрический ток.
Усиление фототранзистора
Диапазон работы фототранзистора напрямую зависит от интенсивности его освещения, поскольку от этого зависит положительный потенциал базы.
Базовый ток от падающих фотонов усиливается с коэффициентом усиления транзистора, который варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч единиц. Следует отметить, что фототранзистор с коэффициентом усиления от 50 до 100 более чувствителен, чем фотодиод.
Дополнительное усиление сигнала может быть обеспечено с помощью фототранзистора Дарлингтона. Фототранзистор Дарлингтона представляет собой фототранзистор, выход которого (эмиттер) соединен с базой второго биполярного транзистора. Схематическое изображение фототранзистора Дарлингтона:
Это позволяет обеспечить высокую чувствительность при низких уровнях освещения, так как это дает фактическое усиление равное усилению двумя транзисторами. Два каскада усиления может образовать коэффициент усиления до 100 000 . Однако необходимо учесть, что фототранзистор Дарлингтона имеет более медленную реакцию, чем обычный фототранзистор.