Транзистор, назначением которого является усиление мощности эл. сигналов, представляет собой полупроводниковый пробор с тремя чередующимися слоями полупроводника разного вида проводимости, на границе раздела которых образуется два р-n-перехода. Действие биполярного тр-ра основано на использовании носителей заряда обоих знаков (дырок и электронов). .Устройство тр-ра. Биполярный тр-р в своей основе содержит три слоя полупроводника (р-n-р или n-р-n). Каждый слой полупроводника через невыпрямляющий контакт металл-полупроводник подсоединен к внешнему выводу. Средний слой и соответствующий вывод называют базой, один из крайних слоев и соответствующий вывод называют эмиттером, а другой крайний слой и соответствующий вывод-коллектором.

На рис. 1.13, а приведено схем. изображение структуры тр-ра типа n-р-n и два варианта условного графического обозначения (рис. 1.13, б). Тр-р типа р-n-р устроен аналогично, упрощенное изображение его структуры дано на рис. 1.14, а, вариант условного графического обозначения – на рис. 1.14, б. Тр-р называют биполярным, т.к. в процессе протекания эл. тока участвуют носители электричества двух знаков – электроны и дырки.

Рис. 1.13 Устройство (а) и обозначение транзистора типа n-р-n (б)

Но в различных типах транзисторов роль электронов и дырок различна.

Тр-ры типа n-р-n более распространены в сравнении с тр-рами типа р-n-р, т. к.обычно имеют лучшие параметры. Это объясняется следующим образом: основную роль в эл. процессах в тр-рах типа n-р-n играют электроны, а в тр-рах типа р-n-р – дырки. Электроны же обладают подвижностью в два-три раза большей, чем дырки и поэтому быстродействие тр-ров типа n-р-n выше.

Рис. 1.14 Устройство (а) и обозначение транзистора типа р-n-р (б)

Схема с общим эмиттером (рис. 1.19). Так эта схема наз. потому, что в этом случае эмиттер является общим электродом для источников напряжения. Для этой схемы входной характеристикой наз. зависимость тока i_б от напряжения u_бэ, при заданном напряжении u_кэ, т.е. зависимость вида: Выходной характеристикой является зависимость тока i_к от напряжения u_кэ при заданном токе i_б, т.е. зависимость вида:

Входная характеристика Выходная характеристика

Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Законы фотоэффекта:

Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.

Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν₀ (или максимальная длина волны λ₀), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν < ν₀, то фотоэффект уже не происходит.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Фотокатод — электрод вакуумного электронного прибора, непосредственно подвергающийся воздействию электромагнитных излучений и эмитирующий электроны под действием этого излучения.

Зависимость спектральной чувствительности от частоты или длины волны электромагнитного излучения называют спектральной характеристикой фотокатода.

Законы внешнего фотоэффекта

1. Закон Столетова: при неизменном спектральном составе электромагнитных излучений, падающих на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода (иначе: число фотоэлектронов, выбиваемых из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности излучения): и

2. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота ν₀ света (зависящая от химической природы вещества и состояния поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

Внутренний фотоэффект

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта.

Фотопроводимостью называется увеличение электрической проводимости вещества под действием излучения.

Фотодио́д — приёмник оптического излучения^[1], который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

Принцип работы:При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода C_p-n

Фотодиод может работать в двух режимах: фотогальванический — без внешнего напряжения; фотодиодный — с внешним обратным напряжением.

Особенности: 1- простота технологии изготовления и структуры 2-сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия 3-малое сопротивление базы 4-малая инерционность

Параметры: 1- чувствительность (отражает изменение эл. состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала.) 2-шумы (помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром — шум фотодиода). Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.

Характеристики: 1-вольт-амперная характеристика (зависимость выходного напряжения от входного тока. U_Φ = f(I_Φ)); 2-спектральные характеристики (зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод); 3-световые характеристики (зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости). 4-постоянная времени ; 5-темновое сопротивление (сопротивление фотодиода в отсутствие освещения); 6-инерционность

Фоторези́стор — полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом.

Для изготовления фоторезисторов используют полупроводниковые материалы с шириной запрещенной зоны, оптимальной для решаемой задачи. Так, для регистрации видимого света используются фоторезисторы из селенида и сульфида кадмия, Se. Для регистрации инфракрасного излучения используются Ge (чистый или легированный примесями Au, Cu или Zn), Si, PbS, PbSe, PbTe, InSb, InAs, HgCdTe, часто охлаждаемые до низких температур. Полупроводник наносят в виде тонкого слоя на стеклянную или кварцевую подложку или вырезают в виде тонкой пластинки из монокристалла. Слой или пластинку полупроводника снабжают двумя электродами и помещают в защитный корпус.

Фоторезистор

Важнейшие параметры фоторезисторов:

• интегральная чувствительность — отношение изменения напряжения на единицу мощности падающего излучения (при номинальном значении напряжения питания);

• порог чувствительности — величина минимального сигнала, регистрируемого фоторезистором, отнесённая к единице полосы рабочих частот.

Выпрямитель (эл. тока) — преобразователь эл. энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного эл. тока в постоянный выходной эл.ток.

Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры