Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
Is---V-----
Транзистор
Ф--0 Ф,
Фь><Рз>Ф2>(рг
¦1к,мА
Рис. 4.17. Схема включения (а), эквивалентная схема (6) и вольт-амперные характеристики фототранзистора (в)
стью 2х 10“6 см2 и обратным напряжением 8—15 В имеет диапазон спектральной чувствительности 0,35—1,13 мкм и = = 0,5 А/Вт при X = 0,9 мкм; емкость перехода около 1,5 пФ, что позволяет реализовать частотный диапазон до 10 ГГц, темновой ток /тйё 10~9 А.
Фототранзисторы. Фототранзистором (ФТ) называют полупроводниковый ПИ на основе использования внутреннего фотоэффекта, совмещающий в себе свойства ФД и усилительного триода. Различают униполярные и биполярные ФТ. Униполярные ФТ создаются на основе МДП-структур. Различают два их типа: в первом ток обусловлен электронами, и его называют «-канальным; во втором — дырками, и его называют р-канальным. Наиболее распространены р-канальные униполярные ФТ.
Чаще всего используют биполярные ФТ, поэтому рассмотрим их более подробно в настоящем параграфе, называя их просто ФТ.
Биполярным ФТ называют полупроводниковый ПИ на основе использования внутреннего фотоэффекта с двумя р—«-переходами и с дополнительным усилением фототока на втором р—«-переходе. Такой ФТ состоит из монокристалла германия я-типа (рис. 4.17, а) — базы, — в котором с двух сторон созданы сплавные р—«-переходы — коллекторный и эмиттерный. Значительный эффект усиления фототока ФТ наблюдается при его включении с «оборванной» базой (рис. 4.17, б), при этом на эмиттерный переход подается напряжение в прямом, а на коллекторный — в запирающем направлении.
Входным сигналом для ФТ (в отличие от обычного транзистора) служит падающий поток излучения Ф, который и управляет током в цепи. Когда ФТ не освещен, через него протекает ток, определяемый неосновными носителями, инжектированными из эмиттера, прошедшими базу и достигшими коллектора. Несмотря на то что переход база — эмиттер включен в прямом направлении, число дырок, инжектированных эмиттером на базу, невелико, а сам ток фактически мал. Объясняется это тем, что дырки накапливаются в базе вследствие отсутствия контактирующих от-
127
рицательных зарядов, которые не могут туда поступать из-за ее обрыва.
При облучении образующиеся дырки диффундируют к эмиттеру и коллектору. Дырки, пришедшие к коллектору, увеличивают его ток, а электроны создают избыточный нескомпенсирован-ный отрицательный объемный заряд, уменьшающий потенциальный барьер перехода эмиттер—база и резко увеличивающий поток дырок из эмиттера в область базы. Эти дырки, пройдя базовую область, попадают на коллектор и еще больше увеличивают ток ФТ, причем ток за счет дырок, вызванных отрицательным объемным зарядом в области базы, превосходит значение тока, определяемого дырками, генерированными в базе первоначально под действием света. Таким образом, усиливается фототок. Если есть базовый вывод, его можно использовать для выбора начального режима и стабилизации рабочей точки ФТ при изменении окружающей температуры.
Благодаря усилению фототока интегральная чувствительность ФТ выше, чем у ФД, и достигает 0,2—0,5 А/млм. Вольтовая чувствительность ФТ немного выше, чем у ФД (а иногда и ниже), так как темновой ток ФД больше, а рабочее напряжение питания меньше (3 В). Вольт-амперные характеристики ФТ аналогичны ФД (рис. 4.17, в). Они имеют меньшее внутреннее сопротивление, и их характеристики обладают большей крутизной, чем у ФД. Световые характеристики ФТ линейны в широком диапазоне.
По постоянной времени и частотным характеристикам ФТ уступают ФД, так как эмиттерный переход имеет большую емкость (примерно 105 пФ/см2), что увеличивает постоянную времени схемной релаксации (постоянная времени ФТ 10'4— ЮЛ с).
Кроме схемы включения с оборванной базой, рассмотренной выше, для ФТ разработаны специальные схемы включения, учитывающие необходимую стабильность его работы при изменении температуры окружающей среды. Повышения стабильности работы ФТ добиваются применением компенсирующих элементов и отрицательной обратной связи по переменному току [29].
Для того чтобы достичь наибольшей чувствительности схемы включения ФТ с автоматическим смещением (рис. 4.18, а), сопротивление резистора Rx выбирают около 100 кОм, R2 — таким, чтобы напряжение на эмиттере в прямом направлении равнялось нулю. Термостабильность этой схемы не слишком высока, так как напряжение на коллекторе в силу больших значений Rx и R2 зависит от температуры.
Наибольшей термостабильностью обладает схема включения ФТ с избирательной связью между эмиттером и базой (рис. 4.18, б). Дроссель в схеме создает короткое замыкание по постоянному току и определенную, зависящую от частоты, связь между эмиттером и базой по переменному току. Рис. 4.18, в показывает зависимость чувствительности схемы от частоты. Для наибольшей
128
Рис. 4.18. Схема включения фототранзисторов с автоматическим смещением (а), высокостабильная схема с избирательной связью (б) и ее чувствительность (в), схема с избирательной связью (г) и устройство и включение полевого транзистора (д)
чувствительности необходимо, чтобы сопротивление дросселя на частоте модуляции потока излучения /м было равно
