- •Электронный вариант конспекта по дисциплине «Электронные приборы»
- •Электропроводность полупроводников.
- •Собственная электропроводность п/п.
- •Основы квантовой статистики
- •Примесные п/п.
- •Электронно-дырочный переход
- •Физические процессы в симметричном р-n – переходе
- •Условия равновесия
- •Изменение концентрации зарядов в р-n – переходе
- •Плотность диффузионного тока.
- •Плотность дрейфового тока. Дырочный ток.
- •Ширина запирающего слоя (зс)
- •Различные виды переходов Несимметричный переход
- •Контакт металл - п/п Контакт Ме – n-п/п
- •Контакт Ме – п/п p-типа
- •Пробой p-n-перехода.
- •Ёмкости p-n-перехода
- •Полупроводниковые диоды Устройство и классификация п/п диодов
- •Вах диода
- •Статические параметры диодов
- •Зависимость характеристики и параметров диодов от температуры
- •Выпрямительные диоды
- •Параметры вд
- •Параллельное соединение диодов
- •Последовательное включение диодов
- •Особенности германиевых и кремниевых вд
- •Импульсные диоды
- •Стабилитроны и стабисторы
- •Варикапы
- •Транзисторы
- •Биполярные транзисторы
- •Режимы работы.
- •Токи в транзисторе
- •Схемы включения биполярного транзистора
- •Транзистор как чп
- •Параметры бт в схеме с об
- •Параметры бт в схеме оэ
- •Параметры бт в схеме с ок
- •Режим большого сигнала
- •Особенности транзисторов на вч при малых сигналах
- •Эквивалентная схема транзистора
- •Полевые транзисторы
- •Транзисторы, управляемые с помощью p-nперехода или барьера Шоттки
- •Пт с изолированным затвором.
- •Принцип работы пт с индуцированным каналом.
- •Пт со встроенным каналом.
- •Приборы с отрицательным сопротивлением
- •Туннельный диод
- •Токи в тд
- •Тиристоры
- •Динисторы. Переход п2 обычно считается коллекторным переходом. Динисторы можно рассматривать как два включённых навстречу друг другу транзистора.
- •Iвыкл III
- •Тринисторы
- •Симисторы
- •Фотоэлектронные приборы
- •Фотоэлемент
- •Светодиоды
- •Диод Устройство и принцип действия
- •Статические параметры диода
- •Предельные параметры диода
- •Устройство и принцип действия триодов
- •Статические параметры триода
- •Тетроды
- •Пентоды
- •Электронно-лучевые приборы
- •Принципы управления электронным лучом
- •Осциллографические трубки с электростатической фокусировкой и отклонением
- •Приложение 1: «Телевизоры на жк-панелях»
- •Глава 1. Исторический обзор развития микроэлектроники.
- •1.1. Основные направления развития электроники.
- •1.2. История развития микроэлектроники.
- •Глава 2. Общие сведения о полупроводниках
- •2.1. Полупроводники и их электрофизические свойства
- •2.2. Структура полупроводниковых кристаллов
- •2.3. Свободные носители зарядов в полупроводниках
- •2.4. Элементы зонной теории твердого тела.
- •Глава 3. Методы получения монокристаллов кремния
- •3.1. Метод Чохральского
- •3.2. Метод зонной плавки
- •Глава 4. Электронно-дырочный переход.
- •4.1. Образование p-n-перехода.
- •4.2. Вольтамперная характеристика p-n-перехода.
- •Глава 5. Биполярные и полевые транзисторы.
- •5.1. Структура биполярных транзисторов и принцип действия.
- •5.2. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом.
- •5.4. Методы получения транзисторов.
- •Глава 6. Интегральные схемы.
- •6.1. Общие понятия.
- •6.2. Элементы биполярных полупроводниковых ис.
- •6.3. Элементы ис на мдп-структуре.
- •Глава 7. Большие интегральные схемы.
- •7.1. Общие положения.
- •Глава 8. Технологический процесс изготовления ис.
- •Глава 9. Гибридные интегральные схемы.
- •Глава 10. Методы обеспечения качества и надежности в процессе серийного производства ппи.
- •10.1. Общие понятия.
- •10.2. Система получения и использования информации при проведении работ по повышению надежности ппи.
- •10.3. Требования по обеспечению и контролю качества ис в процессе производства.
Фотоэлектронные приборы
Это приборы, у которых проводимость изменяется при изменении светового потока, падающего на прибор. Все ФЭП можно разделить на 3 группы: фотоприёмные, фотоизлучающие, оптоэлектронные приборы.
Фотоприёмные приборы.
Вакуумные и полупроводниковые.
Вакуумные приборы работают на основе внешнего фотоэффекта (под действием светового потока определённой длины волны из материала вылетают электроны, которые могут создавать ток при подаче напряжения) или на основе внутреннего фотоэффекта (электроны при воздействии света не покидают материал, а только переходят из валентной зоны в зону проводимости).
К вакуумным фотоприёмнымприборам относятся фотоэлемент ФЭ и фотоэлектронный умножитель ФЭУ, к п/п – фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы;
К излучающим приборам относятся светодиоды;
К оптоэлектронным– оптроны (светодиод – излучающий; фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и т.д. – приёмные элементы).
Все фотоприёмные приборы имеют 3 основные характеристики:
ВАХ I= f (U),при Ф и = const
Световая характеристика I= f (Ф),приUи=const
Спектральная характеристика I= f (),приUи Ф =const
Фотоэлемент
Это прибор, преобразующий свет в электрический сигнал. Он представляет собой вакуумную стеклянную колбу, внутри которой находится 2 электрода – анод (А) и фотокатод (ФК).
Свет попадает на ФК и заставляет испускать фотоэлектроны. При создании между ФК и А сильного э.п. во внешней цепи возникает ток, пропорциональный приложенному напряжению. Время пролёта электронов мало, поэтому отклик на световое воздействие происходит достаточно быстро.
А
ФК
ФЭУ
Это прибор, в котором фотоэлектроны, возникающие при воздействии света на ФК, направляются на другие электроды – диноды, вызывая эмиссию на динодах вторичных электронов, направляемых на другой динод. Динодов обычно более 10, поэтому при воздействии одного фотона на А попадают сотни электронов. Т.е. происходит эффект усиления светового сигнала внутри ФЭУ, и, благодаря этому, ФЭУ может реагировать на отдельные фотоны.
ФЭУ представляет собой вакуумную трубку с ФК, А и динодами, выводы которых также подключены к внешнему источнику напряжения и нагрузкам.
ФК Rн-U+ А
R0R0R0R0
Фоторезистор
Представляет собой п/п, к которому подключено 2 вывода и в котором имеется окно, через которое свет попадает в фоторезистор.
Электроны п/п получают при поглощении света энергию и переходят из ВЗ в ЗП. При этом уменьшается сопротивление, и ток в цепи увеличивается.
Поглощение света происходит в том случае, если энергия света больше ширины запрещённой зоны.
При Ф = 0 к фоторезистору прикладывается рабочее напряжение. Следовательно, в цепи протекает темновой ток Iт. При возрастании Ф токIФувеличивается, однако при больших значениях Ф наступает замедление роста фототока, т.к. происходит столкновение электронов, потеря ими энергии, замедление скорости дрейфа и увеличение процесса их рекомбинации.
IФФ3>Ф2>Ф1 IФ IФ
Ф3
Ф2
Ф1 Iт
UФ
П/п в зависимости от длины волны света неодинаково реагируют на световой поток, их реакция зависит от ширины запрещённой зоны. Т.к. п/п могут быть сложными веществами, то возможно наличие нескольких локальных максимумов.
Параметры фоторезистора:
Uраб
Iт
Rт (темновое сопротивление, измеряется через 30 с после снятия освещённости в 200 Лк)
Rсв(световое сопротивление, измеряется после 30 с при освещённости в 200 Лк)
кратность сопротивления Rт / Rсв
коэффициент интегральной чувствительности , десятки мА/Лм
коэффициент чувствительности к монохроматическому свету
Фотодиоды
Фотодиоды имеют в основе p-n-переход, и его можно охарактеризовать как приёмник оптического излучения, которое он преобразует в электрический сигнал за счёт процессов вp-n-переходе.
Фотодиод имеет 2 режима работы:
фотовольтарический, или вентильный (не подаётся напряжение)
фотодиодный (на фотодиод подаётся напряжение обратной полярности).
В
n p + - + - + -
nт
IФ
При освещении области nпроисходит генерация носителей заряда. Неосновные носители заряда (дырки) ускоряются полем перехода и переходят вp-область. Электроны остаются вn-области. Таким образом, в областиnнаблюдается скопление электронов, вp– скопление дырок.
Если соединить области n- иp- внешним проводником, то электроны из областиnпо внешней цепи переходят в областьp- (через структуруp-n-перехода они пройти не могут) и начинает протекать токIф.
Статическая характеристика.
IФ
Ф1Ф1>Ф2>Ф3
Ф2
Ф3
U
На некотором участке Iф не зависит отU, т.е. количество носителей заряда ограничено световым потоком.
Световая характеристика.
IФ U=const
Iт
Ф
По характеристике можно рассчитать коэффициент чувствительности по току
KI = Iф / Ф
При таком включении работают солнечные батареи.
Фотодиодный режим
Параметры:
коэффициент интегральнойIФ
чувствительности по токуKI E
диф.сопротивление UР U
темновой токIтRн Ф3
Uобр max Ф2 IФ
P max Ф1
Фотодиоды обозначаются ФД.
Фототранзистор
Фототранзистор – это транзистор, у которого в корпусе есть прозрачное окно и у которого Б либо оборвана, либо есть вывод, который не используется для управления.
KIФТ= Iф / Ф
KIФТ= h21 KIФД
Б Э
n
p
К
При попадании на Б светового потока в ней происходит генерация носителей заряда. Дырки (неосновные носители) уходят в Kиз-за действия поляK-перехода и Б начинает приобретать отрицательный заряд.
Заряд Б отрицательный, следовательно, он снижает потенциальный барьер в Э-переходе и создаёт условия для инжекции дырок в Б, которые, пройдя Б, будут переходить в коллектор за счёт поля коллекторного перехода.
При постоянном напряжении UКЭIКЭзависит от интенсивности светового потока и, следовательно, от величины фототока.
IФ IФ
Ф3 Ф3>Ф2>Ф1 U = const
Ф2
Ф1
Iт Ф=0 Iт
UКЭ Ф
Фототранзистор обозначается ФТ.
Параметры:
Uраб
Rдиф
I т
UКЭ max
PК max
IК max