Учебное пособие: Полупроводники. Диоды, биполярные и униполярные (МОП) транзи-сторы. Свет. Светочувствительные и светоизлучающие устройства. Оптопары
с изолированным затвором (затвор изолирован диэлектриком). Кроме того, транзисторы с изолированным затвором бывают со встроенным или индуцированным каналом.
Рассмотрим принцип действия полевого транзистора с управляющим р-п- переходом (рис. 2.11). Транзистор, изображенный на нем, называется п- канальным, и среди биполярных транзисторов ему соответствует транзистор структуры n-p-п . Вывод эмиттера биполярных транзисторов у полевых называется истоком, база - затвором и коллектор - стоком. На этом сходство этих двух классов полупроводниковых приборов оканчиваются, дальше начинаются одни различия.
Рис. 2.11.Полевой транзистор с управляющим р-п переходом (п-канал): а- строение;б - упрощенная схема строения; в - вольт-ампернаяхарактеристика
Области стока и истока у полевых транзисторов изготавливают из сильно легированных полупроводников, т. е. из тех, у которых очень большой избыток основных носителей тока - электронов для n- проводника и дырок - для р -проводника. На рисунке эту самую "сильную легированность" обозначают значком "+" после обозначения типа полупроводника (п+, р+).
Свет
Свет - это электромагнитное излучение, видимое человеческим глазом. Свет распространяется подобно радиоволнам. Как и радиоволны, свет имеет свою длину волны.
Свет распространяется в вакууме со скоростью 300 000 000 метров в секунду. В различных средах скорость света меньше. Частота световых колебаний лежит в диапазоне от 300 до 300 000 000 гигагерц (1 гигагерц = 1000000000 герц). Из этого частотного диапазона только небольшая часть видима человеческим глазом. Видимый диапазон простирается примерно от 400000 до 750000 гигагерц. Частота инфракрасного излучения лежит ниже 400000 гигагерц, а частота ультрафиолетового излучения - выше 750000 гигагерц. Световые волны в верхней части частотного диапазона обладают большей энергией, чем световые волны в нижней части диапазона.
Фоторезистор. Внутреннее сопротивление фоторезистора изменяется при изменении интенсивности света. Изменение сопротивления не пропорционально интенсивности света. Фотосопротивления изготовляют из светочувствительных материалов, таких как сульфид кадмия (CdS) или селенид кадмия (CdSe).
Его сопротивление может изменяться от нескольких сотен мегом до нескольких сотен ом. Оно применяется при низких интенсивностях света. Фотосопротивление может выдерживать высокие рабочие напряжения 200-300 вольт при малом потреблении мощности - до 300 милливатт.
На рис. 2.12 показаны схематические обозначения фотосопротивления. Стрелки показывают, что это - светочувствительное устройство. Иногда для обозначения светочувствительного устройства используется греческая буква лямбда (
).
Фотосопротивления используются для измерения интенсивности света в фотографическом оборудовании, в охранных датчиках, в устройствах автоматического открывания дверей, в различном тестирующем оборудовании для измерения интенсивности света.
Фотогальванический элемент (солнечный элемент) преобразует световую энергию непосредственно в электрическую. Батареи солнечных элементов применяются главным образом для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию.
Солнечный элемент - это устройство на основе р-п-пе-рехода, выполненное из полупроводниковых материалов.
Рис. 2.12. Схематические обозначения фотосопротивления
Солнечные элементы дают низкое выходное напряжение 0,45 вольта при токе 50 миллиампер. Их необходимо соединять в последовательно- параллельные цепи для того, чтобы получить желаемое выходное напряжение и ток.
Схематические обозначения солнечных элементов показаны на рис. 2.13. Положительный вывод обозначается знаком плюс (+).
Солнечные элементы применяются для измерения интенсивности света в .фотографическом оборудовании, для декодирования звуковой дорожки в кинопроекторах и для зарядки батарей на космических спутниках.
Фотодиод также использует p-n-переход и его устройство подобно устройству солнечного элемента. Он используется так же, как и фотосопротивление в качестве резистора, сопротивление которого меняется при освещении. Фотодиоды - это полупроводниковые устройства, которые изготовляются главным образом из кремния.
Рис. 2.13. Схематические обозначения солнечного элемента.
Это делается двумя способами. Первый способ - создание простого р-п-перехода (рис. 2.14). При другом способе между слоями р-типа и п-типа вставляется слой нелегированного полупроводника, образуя p-i-n фотодиод (рис. 2.15).
|
|
Преимущество p-i-n фотодиода - его быстрый отклик на изменения интенсивности света, самый быстрый из всех фоточувствительных устройств. Недостаток - низкая выходная мощность по сравнению с другими фоточувствительными устройствами.
Фототранзистор устроен подобно другим транзисторам с двумя p-n-переходами. Он похож на стандартный n - p - n транзистор. Используется так же, как и фотодиод, и имеет корпус как у фотодиода, за исключением того, что у него три вывода (эмиттер, база и коллектор). На рис. 2.16.
показана его эквивалентная цепь. Проводимость транзистора зависит от проводимости фотодиода. Вывод базы применяется редко. Когда он все же используется, на него подается напряжение, открывающее транзистор.
Рис. 2.16. Эквивалентная схема фототранзистора