Материал: Физические основы электроники

к увеличению коллекторного тока, как если бы на вход транзистора был бы подан входной сигнал, вызвавший такую же инжекцию носителей. Но здесь вместо входного электрического сигнала был использован световой сигнал. Коллекторный ток Iк βIф, где β – коэффициент передачи тран-

зистора по току; Iф – фототок, возникший в базовой области под дей-

ствием светового входного сигнала. Таким образом, чувствительность фототранзистора в β раз больше чувствительности фотодиода.

Схемы включения его, так же как и биполярного транзистора, могут быть с общей базой, общим эмиттером, с общим коллектором. В качестве примера на рис. 6.22 приведена схема включения с общим эмиттером.

Вольт-амперная характеристика фототранзистора очень напоминает выходные характеристики биполярного транзистора (рис. 6.23), с той лишь разницей, что снимаются они при постоянном световом потоке. Остальные характеристики фототранзистора идентичны характеристикам фотодиода. Основными недостатками фототранзистора являются его большая температурная зависимость и плохие частотные свойства.

Uкэ

6.2.4. Фототиристоры

По такому же принципу, как и управление фототранзистором, можно управлять и тиристором. Такой прибор называется фототири-

стором.

Вместо управляющего электрода сигнал управления в виде потока лучистой энергии (рис. 6.24) подается в специальное окно в корпусе прибора, что приводит к тем же явлениям, как если бы был подан электрический сигнал управления на управляющий электрод. Все остальные характеристики такого тиристора аналогичны характеристикам обычного тиристора с электрическим управлением.

196

R

U

Ф

Рис. 6.24. Конструкция фототиристора (а); структура фототиристора (б) и его условное графическое обозначение (в)

На рис. 6.25 представлена вольт-амперная характеристика фототиристора.

IА

Фу Ф спр Фу 0

Фу 0

UАК

Рис. 6.25. Вольт-амперная характеристика фототиристора

Фототиристоры используются для коммутации световым сигналом

электрических сигналов большой мощности. Сопротивление фототиристора изменяется от 108 Ом (в запертом состоянии) до 10–1 Ом в открытом со-

стоянии. Времяпереключениятиристоровлежитвпределах 11–5…10–6 с.

6.3. Светодиоды

Светодиод, или светоизлучающий диод (СИД), – это полупровод-

никовый диод на основе p–n- или гетероперехода, излучающий кванты света при протекании через него прямого тока.

В светодиодах используется явление излучательной рекомбинации. Когда через p–n-переход протекает прямой ток (рис. 6.26), то при этом происходит рекомбинация носителей, т. е. заполнение свободного энергетического уровня в валентной зоне электроном, находящимся в зоне про-

197

водимости, что сопровождается выделением энергии. Чаще всего эта энергия выделяется в виде тепла, но можно подобрать такие полупроводниковые материалы, в которых явление рекомбинации будет сопровождаться излучением квантов лучистой энергии. Обычно это наблюдается в полупроводниках, представляющих собой двойные и тройные соединения.

Рис. 6.26. Энергетическая диаграмма прямовключенного светодиода

По характеристике излучения светодиоды разделяют на две группы:

светодиоды с излучением в видимой части спектра;

светодиоды с излучением в инфракрасной части диапазона.

Конструктивное оформление светодиодов также различное, однако чаще всего они выполняются в виде монокристалла полупроводника, в котором создан p–n-переход; кристалл вмонтирован в стеклянный корпус-линзу, свободно пропускающую излучаемый свет (рис. 6.27).

p

Рис. 6.27. Конструкции светодиодов (а), структура (б) и условное графическое обозначение светодиода (в)

Светодиоды нашли широкое применение в устройствах отображения информации, в вычислительных устройствах для ввода–вывода информации, а также в устройствах оптоэлектроники.

198

Светодиоды могут иметь несколько p–n-переходов, расположенных на одном монокристалле. В зависимости от их включения или режима работы они излучают в различных областях спектра и имеют управляемый цвет свечения. При этом используются или зависимость интенсивности отдельных частот излучения от тока p–n-перехода, или смешение излучений двух светодиодов, имеющих свечение разного цвета.

Наибольшее распространение получил второй случай. Как видно из рис. 6.28, на кристалле полупроводника созданы два p–n-перехода.

Рис. 6.28. Структура двухцветного светодиода (а); условное графическое обозначение двухцветного светодиода (б)

Примеси подобраны таким образом, что один переход излучает свет красного цвета, а другой – зеленого. При их смешивании получается желтый цвет. В структуре имеется три (1, 2, 3) вывода, что позволяет через каждый p–n-переход пропускать свое значение тока. Изменяя токи переходов, удается менять цвет излучения от желто-зеленого до красножелтого оттенка, а также получать чистые красный и зеленый цвета.

Комбинируя включение отдельных переходов, можно получить изображение светящейся цифры, буквы или знака. Для этого на базе светодиодов выпускаются знакосинтезирующие индикаторы (рис. 6.29),

например цифровые, которые могут быть одноразрядными (рис. 6.29, в) и многоразрядными (рис. 6.29, г). В сегментных знакосинтезирующих индикаторах каждый сегмент выполнен в виде отдельного светодиода. Для высвечивания цифр от нуля до девяти необходимо иметь по меньшей мере семь сегментов (рис. 6.29, д).

Низкое напряжение питания, малые токи, миниатюрность, долговечность, высокое быстродействие – основные достоинства светодиодных индикаторов отображения информации.

199