- •Глава 14 электронные приборы для отображения информации и фотоэлектрические приборы
- •14.1. Электронно-лучевые приборы
- •14.1.1. Классификация
- •14.1.2. Устройство и принцип действия элт с электростатическим управлением
- •14.1.3. Электронный прожектор с электростатической фокусировкой
- •14.1.4. Электронный прожектор с магнитной фокусировкой
- •14.1.5. Электростатическая отклоняющая система элт
- •14.1.6. Магнитная отклоняющая система элт
- •14.1.7. Экраны электронно-лучевых трубок
- •14.1.8. Основные типы электронно-лучевых трубок
- •14.2. Электросветовые приборы
- •14.3. Оптоэлектронные индикаторы
- •14.3.1. Классификация
- •14.3.2. Активные индикаторы
- •14.3.3. Пассивные индикаторы
- •14.4. Фотоэлектрические приборы
- •14.4.1. Электровакуумные фотоэлектрические приборы
- •14.4.2. Фотопроводимость полупроводников
- •14.4.3. Фоторезисторы
- •14.4.4. Фотодиоды
- •14.4.5. Фотоэлементы
- •14.4.6 P-I-n-фотодиоды и лавинные фотодиоды
- •14.4.7. Фототранзисторы
- •14.4.8. Полевые фототранзисторы
- •14.4.9. Фототиристоры
- •14.5. Оптопары
14.4.3. Фоторезисторы
Фоторезистор – полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием излучения. Схема фоторезистора приведена на рис. 14.21,а. Фоточувствительный слой 2 с контактами 3 наносится на диэлектрическую пластину 1. Если фоторезистор не освещен, то он обладает большим (104...107 Ом) темповым сопротивлением. Соответствующий ток через фоторезистор называется темновым. При достаточной энергии фотонов в фоторезисторе происходит генерация пар носителей, приводящая к уменьшению сопротивления. При включении в цепь внешнего резистора (рис. 14.21,б) ток, протекающий в цепи, будет являться функцией светового потока Ф и напряжения U.
Основные характеристики фоторезистора: вольт-амперная I= f(U) при Ф = const (рис. 14.22,а); световая (энергетическая) I = f(Ф) при U = const (рис. 14.22,6). Для аппроксимации световой характеристики используют зависимость
I=+=+b,
где – темновой ток фоторезистора; b и n – постоянные коэффициенты, зависящие от типа фоторезистора; – фототок.
Спектральная характеристика фоторезистора – зависимость фототока от длины волны падающего света (рис. 14.22,8). Для каждого фоторезистора существует свой максимум спектральной характеристики . Это связано с различной шириной запрещенной зоны используемых материалов. Максимум спектральной характеристики может находиться в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой частях спектра. Фоторезисторы характеризуют также интегральной чувствительностью К, т.е. отношением фототока к световому потоку Ф при номинальном значении напряжения: К= /Ф.
Существенный недостаток фоторезисторов – значительная зависимость сопротивления от температуры и большая инерционность, связанная с большим временем жизни электронов и дырок после прекращения облучения. Переходные процессы в фоторезисторе происходят с постоянной времени, примерно равной времени жизни электронов и дырок в полупроводнике.
14.4.4. Фотодиоды
Полупроводниковым фотодиодом называют полупроводниковый диод, обратный ток которого зависит от освещенности (светового потока). Фотодиоды изготовляются на основе электронно-дырочных переходов, контактов металл-полупроводник и гетеропереходов.
Рассмотрим процессы в конкретной структуре фотодиода (рис. 14.23,а). Пусть р-область через прозрачное защитное окно и тонкий n-слой освещается потоком фотонов, энергия которых больше ширины запрещенной зоны полупроводника. Тогда в n-области будут образовываться пары носителей электрон-дырка. Появившиеся неравновесные электроны являются основными носителями для n-области. Поэтому относительное увеличение концентрации электронов из-за освещения будет очень малым, и им в первом приближении можно пренебречь. Незначительная доля неравновесных электронов может преодолеть имеющийся для них в n-р-переходе потенциальный барьер, создаваемый контактной разностью потенциалов и обратным напряжением от источника питания. Вследствие малости исходной концентрации неосновных носителей в n-области относительное увеличение концентрации дырок (из-за неравновесных дырок, появившихся за счет освещения) будет значительным. Если пара носителей электрон-дырка возникает на таком расстоянии от границы р-n-перехода, что время пролета (диффузии) дырок до этой границы меньше времени ее жизни в n-полупроводнике (или, другими словами, путь меньше диффузионной длины дырок), то дырка, являясь неосновным носителем, будет захвачена ускоряющим электрическим полем перехода. Переход дырки в р-область означает увеличение обратного тока перехода. Добавка к обратному току, связанная с освещением, называется фототоком . Полная величина обратного тока=+, где– темновой ток (при нулевом световом потокеФ = 0), т.е. это обратный ток обычного диода.
Фототок обычно представляют выражением =Ф, а коэффициент пропорциональности называютинтегральной токовой чувствительностью фотодиода. Темновой ток фотодиода (Ф = 0) представляется уравнением
, U<0,
а семейство вольт-амперных характеристик при Ф0
.
Это семейство характеристик
изображено в III квадранте на рис. 14.24. На рис. 14.23,б показана схема включения фотодиода с резистором . Изменение напряжения на резистореи есть полезный эффект, связанный с освещением. Если= 0 (режим короткого замыкания), то в цепи течет так называемый фототек короткого замыкания, соответствующий на рис. 14.24 значению приU= 0.