Читать онлайн «Большая энциклопедия техники». Страница 410

Фазоинвертор

Фазоинвертор – электрическое устройство, которое преобразует одно входное напряжение в два напряжения, по фазе сдвинутые на 180°. Элементарными фазоинверторами являются электрический трансформатор с симметричной вторичной обмоткой, которая имеет отвод от средней точки. Часто в качестве фазоинверторов применяют колебательный контур, у которого есть отвод от средних точек в емкостной или индуктивной ветвях от общей точки двух последовательно включенных конденсаторов или от средней точки катушки индуктивности. В радиотехнических устройствах широкое распространение получили ламповые, а позднее – транзисторные фазоинверторы с разделенной нагрузкой. В подобных фазоинверторах выходные сигналы на коллекторе и эмиттере обладают разной полярностью, т. е. сдвинуты по фазе на 180°. Существуют и другие фазоинверторы, например, собранные на лампе по схеме с общей сеткой или с общим катодом, а также на составных транзисторах. Фазоинверторы применяют и в устройствах вычислительной техники, измерительной аппаратуре и др.

Фотодиод – полупроводниковый диод, который при воздействии на него оптического излучения обладает свойством односторонней фотопроводимости. Фотодиод представляет собой полупроводниковый кристалл, как правило, с электронно-дырочным переходом, снабженный двумя металлическими выводами и вмонтированный в пластмассовый или металлический защитный корпус. Материалами, из которых изготавливаются фотодиоды, служат GaAs, Ge, Si, HgCdTe и др.

Различают два режима работы фотодиодов: фотодиодный, когда во внешней цепи фотодиода имеется источник постоянного тока, который создает обратное смещение на р-n-переходе, и вентильный, когда подобный источник отсутствует.

В фотодиодном режиме фотодиоды применяют для управления электрическим током в цепи фотодиода в соответствии с переменой интенсивности падающего излучения.

Образующиеся под воздействием излучения неосновные носители проходят через р-n-переход и ослабляют его электрическое поле.

Фототок в фотодиоде линейно зависит от интенсивности падающего излучения в широких пределах и почти не зависит от напряжения смещения.

В вентильном режиме фотодиоды, как и полупроводниковые фотоэлементы, применяют в качестве генератора фотоЭДС.

Основными параметрами фотодиодов являются:

  1) порог чувствительности – величина минимального сигнала, который фиксируется фотодиодом, отнесенная к единице полосы рабочих частот, достигает 10—14 Вт/Гц;

  2) уровень шумов – не выше 10—9 А;

  3) область спектральной чувствительности находится в пределах 0,3—15 мкм;

  4) спектральная чувствительность, т. е. отношение фототока к потоку с известной длиной волны падающего монохроматического излучения, составляет 0,5—1 А/Вт;

  5) инерционность – время установления фототока, порядка 10-7—10-8 с.

В лавинном фотодиоде, который представляет собой разновидность фотодиода с р-n-структурой, применяют лавинное умножение тока в р-n-переходе для увеличения чувствительности, базирующееся на ударной ионизации атомов в области перехода фотоэлектронами. При этом коэффициент лавинного умножения составляет 102—104. Существуют также фотодиоды с р-i-n-структурой; по сравнению с фотодиодами с р-n-структурой они имеют гораздо меньшую инерционность (до 10-10 с).

Фотодиоды находят применение в вычислительной технике, устройствах автоматики, лазерной технике, измерительной технике и т. п.

Фоторезистор – полупроводниковый прибор, который под воздействием оптического излучения характеризуется свойством менять свое электрическое сопротивление. Через фоторезистор, который включен в электрическую цепь, имеющую источник постоянного тока, течет электрический ток.

При облучении фоторезистора в результате появления фототока увеличивается ток. Фототок пропорционален уровню действующего сигнала и не зависит от полярности напряжения, приложенного к фоторезистору. Появление фототока применяется для регистрации излучений.

Для создания фоторезисторов применяют Ge (чистый либо легированный Au, Cu или Zn), Se, Te, Si, InSb, InAs, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, HgCdTe. Характерная особенность данных полупроводниковых материалов – небольшая ширина запрещенной зоны. Полупроводник наносят тонким слоем на кварцевую или стеклянную подложку либо вырезают из монокристалла в виде тонкой пластинки. Слой или пластинку комплектуют двумя электродами. Подложку или пластинку с фоточувствительным слоем и электроды помещают в защитный корпус.

Главными параметрами фоторезистора являются: интегральная чувствительность, которая определяется при номинальном значении напряжения питания как отношение изменения напряжения на единицу мощности падающего излучения и составляет 103—108 В/Вт; порог чувствительности – величина минимального сигнала, фиксируемая фоторезистором, отнесенная к единице полосы рабочих частот, достигает 10—12 Вт/Гц1/2. Постоянная времени, которая характеризует инерционность фоторезистора, лежит в пределах 10-3—10-8 с. Для расширения рабочего диапазона длин волн принимаемого излучения и увеличения порога чувствительности фоточувствительный слой некоторых фоторезисторов охлаждают.

Фототиристор – тиристор, перевод которого в состояние с высокой проводимостью производится световым воздействием.

При освещении фототиристора в полупроводнике образуются парные носители заряда (дырки и электроны), которые разделяются электрическим полем электронно-дырочных переходов. Вследствие чего через р-n-переходы начинают протекать токи, которые играют роль токов управления.

Конструктивно фототиристор представляет собой светочувствительный монокристалл с р-n-р-n-структурой, как правило, из кремния, находящийся на медном основании и закрытый герметичной крышкой с предназначенным для прохождения света окном. Широкое распространение получили конструкции с освещаемой р-базой и с освещаемым n-эмиттером.

Пригодные для управления фототиристором источники излучения – импульсные газоразрядные лампы, электрические лампы накаливания, квантовые генераторы, светоизлучательные диоды и др. Величина светового потока, который необходим для перевода фототиристора в состояние с высокой проводимостью, определяет чувствительность устройства; она зависит от спектрального состава излучения, коэффициента поглощения и отражения монокристалла, а также определенных значений электрических параметров фототиристора: скоростью нарастания прямого напряжения, напряжением переключения и т. д.

Современные фототиристоры производят на токи от нескольких мА до 500 А и напряжения от нескольких десятков В до 3 кВ. Мощность управляющего светового излучения составляет порядка 1—102 мВт. Фототиристоры используются в различных устройствах защиты и автоматического управления, а также в мощных высоковольтных преобразовательных устройствах.

Фототранзистор – транзистор, как правило, биполярный, в котором инжекция неравновесных носителей производится на базе внутреннего фотоэффекта; служит для преобразования световых сигналов в электрические с параллельным усилением электрических сигналов. Фототранзистор представляет собой монокристаллическую полупроводниковую пластину, изготовленную из Ge или Si, в которой с помощью специальных технологических приемов созданы три области, они называются, как и в простом транзисторе, базой, коллектором и эмиттером, причем база, в отличие от транзистора, в большинстве случаев вывода не имеет. Кристалл устанавливается в защитный корпус с прозрачным входным окном. Включение во внешнюю электрическую цепь фототранзистора подобно включению биполярного транзистора, изготовленного по схеме с нулевым током базы и общим эмиттером. При попадании света на базу либо коллектор в ней появляются парные носители зарядов (дырки и электроны), они разделены электрическим полем коллекторного перехода. В конце концов в базовой области скапливаются основные носители, что приводит к увеличению тока через фототранзистор по сравнению с током, который обусловливается переносом только тех носителей, появившихся непосредственно под воздействием света, и понижению потенциального барьера эммитерного перехода.

Основными характеристиками и параметрами фототранзистора, как и других фотоэлектрических приборов (фотоэлемента, фотодиода), являются:

  1) интегральная чувствительность – отношение фототока к падающему световому потоку. У наилучших образцов фототранзисторов, например, изготовленных по диффузионной планарной технологии, она достигает порядка 10 А/лм;