- •1. Электрические заряды. Строение атома. Энергетические уровни и энергетические зоны. Положительные и отрицательные ионы.
- •2. Электрическое поле. Взаимодействие электрических зарядов с электрическим полем. Закон Кулона.
- •3. Электрический потенциал и разность потенциалов.
- •4. Электрическая емкость. Конденсатор. Способы изменения электрической емкости конденсаторов. Параллельное и последовательное соединения конденсаторов.
- •5. Постоянный электрический ток. Условия существования электрического тока. Направление, сила и плотность постоянного электрического тока.
- •6. Электрическое сопротивление. Единицы измерения сопротивления. Зависимость сопротивления от температуры.
- •7. Резисторы. Виды резисторов. Параллельные и последовательные соединения резисторов.
- •8. Закон Ома для участка и полной электрической цепи.
- •9. Законы Кирхгофа.
- •10. Работа и мощность электрического тока.
- •11. Переменный электрический ток и его основные параметры: период, частота, амплитуда, мгновенное и среднее (действующее) значения.
- •12. Основные сведения о полупроводниках. Разрешенные и запрещенные зоны. Валентная зона и зона проводимости.
- •14. Полупроводники с электронной электропроводностью. Энергетическая диаграмма. Формулы для концентраций основных и неосновных носителей. Положение уровня Фермы.
- •15. Полупроводники с дырочной электропроводностью. Энергетическая диаграмма. Формулы для концентраций основных и неосновных носителей. Положение уровня Фермы.
- •16. Неравновесная и избыточная концентрации основных и неосновных носителей зарядов в полупроводнике.
- •17. Диффузионный и дрейфовый токи в полупроводнике. Причины, вызывающие их появление. Формулы для плотностей токов.
- •19. Прямое включение эдп. Явление инжекции неосновных носителей. Влияние прямого напряжения на контактную разность потенциалов и ширину запирающего слоя. Энергетическая диаграмма.
- •20. Обратное включение эдп. Обратный ток. Включение обратного напряжения на ширину запирающего слоя. Энергетическая диаграмма.
- •21. Вольтамперная характеристика эдп (вах). Уравнение теоретической вах и ее график.
- •22. Емкость эдп. Зарядная и диффузионная емкости, их физическая интерпретация. Графическая зависимость зарядной емкости от обратного напряжения.
- •23. Эквивалентные схемы эдп при прямом и обратном включениях.
- •24. Разновидности электрических переходов. Электрический переход между полупроводником и металлом (переход или барьер Шотки). Выпрямляющие и невыпрямляющие электрические переходы.
- •25. Полупроводниковые диоды. Классификация, основные параметры и система обозначений.
- •26. Выпрямительные полупроводниковые диоды. Назначение, основные параметры, классификация. Простейший выпрямитель на полупроводниковом диоде.
- •27. Полупроводниковые стабилитроны. Назначение, вах и основные параметры. Схема простейшего стабилизатора напряжения на стабилитроне и принцип его работы.
- •28. Варикапы. Назначение вольт-фарадная характеристика. Схема включения варикапа в колебательный контур для изменения его резонансной частоты.
- •29. Туннельные диоды. Энергетическая диаграмма при прямом и обратном включениях. Вах. Пояснить появление на вах участка с отрицательным сопротивлением.
- •30. Общие сведения о биполярных транзисторах (бт). Структурные схемы бт типов р-n-р и n-р-n. Условные графические обозначения.
- •34. Статические гибридные характеристики бт, включенного по схеме оэ. Функциональные зависимости. Схема для их экспериментального снятия. График семейств входных и выходных характеристик.
- •35. Малосигнальные h-параметры бт, включенного по схеме оэ. Формулы и методика определения по статическим гибридным характеристикам.
- •39. Параметры режима усиления. Формулы, методика определения по статическим гибридным характеристикам в схеме оэ,oб
- •40. Факторы, ограничивающие полезную выходную мощность бт. Определение рабочей области на выходных статических гибридных характеристиках.
- •41. Особенности работы бт в ключевом режиме. Схема, графики напряжений и токов.
- •42. Схема ключа с транзистором Шотки. Пояснить причину уменьшения времени рассасывания в таком ключе.
- •43. Устройство, принцип действия, статические характеристики и параметры мдп-транзисторов с индуцированным каналом п- и р- типов.
- •45. Устройство, принципы действия статические характеристики и параметры мдп-транзистора с управляющим р-п-переходом.
- •46. Устройство, принцип действия, статические характеристики и параметры меп-транзисторов.
- •47. Дифференциальные параметры полевых транзисторов и методика их определения по статическим характеристикам.
- •48. Работа пт в режиме усиления. Схема простейшего усилителя. Параметры режима усиления и методика их определения по характеристикам.
- •49. Инвертoр на мдп-транзисторах с индуцированным каналом. Схема, графики входного и выходного напряжения. Уровни выходного напряжения u0 и u1.
- •52. Этапы изготовления полупроводниковых имс, обеспечивающие формирование в кристалле полупроводника транзисторной структуры.
- •53. Интегральные транзисторы n-p-n и p-n-p. Способ увеличения коэффициента передачи тока h21э транзистора типа p-n-p. Многоколлекторный транзистор.
- •54. Интегральные многоэмиттерые транзисторы. Структура. Схема включения мэт в цифровых устройствах.
- •55. Интегральные транзисторы с инжекционным питанием. Структурная и эквивалентная схемы. Принципа работы.
- •56. Диоды, резисторы и конденсаторы полупроводниковых имс.
- •57.Фоторезисторы
- •58. Фотодиод, устройство, принцип действия, схема включения.
- •59. Фототранзистор, устройство, принцип действия, схема включения, выходные характеристики.
- •60. Полупроводниковые источники излучения. Светоизлучающие диоды. Оптопары.
59. Фототранзистор, устройство, принцип действия, схема включения, выходные характеристики.
Фототранзисторы
Фототранзистором называют полупроводниковый управляемый оптическим излучением прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами (рис. 7.6)
Фототранзисторы, как и обычные транзисторы, могут иметь p-n-p- и n-p-n-структуру Конструктивно фототранзистор выполнен так, что световой поток облучает область базы Наибольшее практическое применение нашло включение фототранзистора в схеме с ОЭ, при этом нагрузка включается в коллекторную цепь Входным сигналом фототранзистора является модулированный световой поток, а выходным - изменение напряжения на резисторе нагрузки в коллекторной цепи.
Напряжение питания на фототранзистор подают, как и на обычный биполярный транзистор, работающий в активном режиме, т е эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный- в обратном. Однако он может работать и с отключенным выводом базы, а напряжение прикладывается между эмиттером и коллектором Такое включение называется включением с плавающей базой и характерно только для фототранзисторов При этом фототранзистор работает в активном режиме близко к границе отсечки При Ф = 0 ток очень мал и равен темновому току. ВАХ аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ, где параметром является не ток базы, а световой поток или фототок при IБ=const
Энергетические и спектральные характеристики такие же, как у фотодиода
Основными параметрами фототранзистора являются:
рабочее напряжение (10 15 В),
темновой ток (до сотен микроампер),
рабочий ток (до десятков миллиампер),
максимально допустимая мощность рассеяния (до десятков ватт),
статический коэффициент усиления по фототоку , который измеряется как отношение фототока коллектора транзистора с плавающей базой к фототоку коллекторного перехода при отключенном эмиттере и достоянном световом потоке й лежит в диапазоне значений (1 6) 10 ,
интегральная чувствительность- отношение фототока к падающему световому потоку, составляет 0,2 2 А/лм, что выше по сравнению с чувствительностью эквивалентного диода
отношение тока на выходе оптрона к вызвавшему его входному току для статического и динамического режимов
Рис. 1
60. Полупроводниковые источники излучения. Светоизлучающие диоды. Оптопары.
Светодиод
Одним из наиболее распространенных источников оптического излучения является светодиод- полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, преобразующий электрическую энергию в энергию обычного некогерентного светового излучения, при смещении p-n-перехода в прямом направлении. Условное обазначение на рис. 7.7
При приложении прямого напряжения UВНк p-n-переходу происходит диффузионный перенос носителей через переход Увеличивается инжекция дырок в n-область, а электронов в p-область Прохождение тока через р n-переход в прямом направлении сопровождается рекомбинацией инжектированных неосновных носителей заряда Рекомбинация происходит как в самом p-n-переходе, так и в примыкающих к переходу слоях, ширина которых определяется диффузионными длинами Lnи LpВ большинстве полупроводников рекомбинация осуществляется через примесные центры (ловушки) вблизи середины запрещенной зоны и сопровождается выделением тепловой энергия - фонона Такая рекомбинация называется безызлучательной В ряде случаев процесс рекомбинации сопровождается выделением кванта света -фотона. Это происходит у полупроводников с большой шириной запрещенной зоны - прямозонных полупроводников Электроны с более высоких энергетических уровней зоны проводимости переходят на более низкие энергетические уровни валентной зоны (переход зона- зона), при рекомбинации происходит выделение фотонов и возникает некогерентное оптическое излучение Из-за относительно большой ширины запрещенной зоны исходного полупроводника рекомбинационный ток р n-перехода оказывается большим по сравнению с током инжекции, особенно при малых прямых напряжениях, процесс рекомбинации в этом случае реализуется в основном в p-n-переходе Излучательная способность светодвода характеризуется
внутренней квантовой эффективностью (или внутренним квантовым выходом), определяемой отношением числа генерируемых фотонов к числу инжектированных в активную область носителей заряда за один и тот же промежуток времени Так как часть фотонов покидает полупроводник, а другая часть отражается от поверхности полупроводника и затем поглощается объемом полупроводника, то вводится понятие квантовой эффективности излучения,
внешней квантовой эффективностью излучения (квантовым выходом), определяемой отношением числа фотонов, испускаемых диодом во внешнее пространство, к числу инжектируемых носителей через p-n-переход
Внешний квантовый выход является интегральным показателем излучательной способности светодиода, который учитывает эффективность инжекции, электролюминесценцию и вывод излучения во внешнее пространство С целью повышения эффективности вывода излучения светодиода используют различные конструкции (рис 1 2) полусферы, отражающие металлизированные поверхности и др., у которых практически отсутствует полное внутреннее отражение
Основными характеристиками светодиодов являются:
ВАХ Различие прямых ветвей ВАХ из разных полупроводниковых материалов связано с различной шириной запрещенной зоны Чем больше прямое падение напряжения на диоде, тем меньше длина волны излучения и больше потери электрической энергии в нем Обратные ветви ВАХ имеют относительно малые пробивные напряжения, что объясняется малой толщиной p-n-переходов Светодиоды работают преимущественно при прямом включении При работе в схеме с большими обратными напряжениями последовательно со светодиодом необходимо включать обычный (неизлучающий) диод, имеющий достаточное значение допустимого обратного напряжения
Яркостная характеристика - это зависимость яркости излучения от величины тока, протекающего через p-n-переход (рис 4)
Спектральная характеристика - зависимость интенсивности излучения от длины волны излучаемого света или от энергии излучаемых квантов Длина волны излучения определяется разностью двух энергетических уровней, между которыми происходит переход электронов при люминесценции Поэтому светодиоды на основе полупроводников с разной шириной запрещенной зоны имеют спектральные характеристики с максимумом излучения при различных длинах волн
Параметры светодиодов:
Сила света IV- световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в заданном направлении, выражается в канделах (кд) и составляет десятые доли единицы милликанел. Кандела есть единица силы света, испускаемого специальным стандартным источником
Яркость излучения - отношение силы света к площади светящейся поверхности Она составляет десятки сотни кандел на квадратный сантиметр
Постоянное прямое напряжение - падение напряжения на диоде при заданном токе (2 4 В)
Цвет свечения или длина волны, соответствующая максимальному световому потоку. Зависит от примесей: ZnO - красный, N - зеленый
Максимально допустимый постоянный прямой ток составляет десятки миллиампер и определяет максимальную яркость излучения
Максимальное допустимое постоянное обратное напряжение (единицы вольт)
Быстродействие излучающего диода определяется инерционностью возникновения излучения при подаче прямоугольного импульса прямою тока
Время переключения tПЕРскладывается из времени включения tВКЛи выключения tвыклизлучения. Инерционность излучающего диода определяется процессом перезарядки барьерной емкости и процессами накопления и рассасывания неосновных носителей в активной области диода
Оптопары
Оптопара (оптрон) -оптоэлектрический п/п прибор, содержащий излучающий и принимающи элементы, оптически и конструктивно связанные друг с другом. В качестве излучателя обычно используются СИД, а в качестве приемника - ФС, ФД, ФТ. Структурная схема оптопары представлена на рис. 7.8.
В качестве оптоканала (ОК) может использоваться воздух, стекло, пластмасса, волоконнооптические материалы.
Средой ОК (ее прозрачностью можно управлять с помощью внешнего УУ (устройства управления).
Важным свойством оптопар является их способность усиливать эл. сигналы по напряжению, току и мощности, а так же полная эл. развязка между узлами аппаратуры, находящимися под различными потенциалами или имеющих различные значения логических уровне, в качестве эл-тов оптического управления сильноточными и высоковольтными узлами.
На рис. 7.9представлены резисторная (а), диодная (б) и транзисторная (в) оптопары.
Рис. 1 Рис. 2
Рис. 3