Сравнение полевых и биполярных транзисторов

Достоинства полевых транзисторов:

1. Очень большое входное сопротивление. У транзисторов с p–n переходом R_вх=10^5...6 Ом, с изолированным затвором R_вх=10^10...12 Ом. Полевые транзисторы практически не нагружают источник сигнала. Их можно ставить после любой микросхемы.

2. Технологичность. По конструкции они проще биполярных, занимают меньше места на кристалле. СБИС имеют на одном кристалле до 10⁷ элементов по КМОП – технологии.

3. Параметры полевых транзисторов мало зависят от температуры.

Недостатки полевых транзисторов:

1. Меньше усиление по напряжению.

2. Меньше рабочая частота из–за большой входной емкости. Однако сейчас разработаны полевые транзисторы с укороченным затвором с рабочей частотой 100 МГц.

3. Большое напряжение насыщения, что уменьшает КПД ключевых устройств на полевых транзисторах.

В последние годы разработаны силовые полевые транзисторы, в которых в одном корпусе включены параллельно тысячи одиночных транзисторов с изолированным затвором.

Примерные параметры хороших силовых полевых транзисторов такие: U_{си макс} = 500 В, I_с = 30 А, U_{си нас} = 2 В.

В настоящее время источники вторичного электропитания с преобразованием по высокой частоте выполняются только на полевых транзисторах. Частота преобразования до 1 МГц.

Основные схемы включения полевых транзисторов: схема с общим истоком (аналогичная схеме с общим эмиттером на биполярном транзисторе) и схема с общим стоком (аналог – схема с общим коллектором на биполярном транзисторе).

Схема с общим затвором практического применения не имеет.

В последние годы достоинство полевых транзисторов – большое входное сопротивление и достоинство биполярных – большой коэффициент усиления по напряжению – объединяют в одних схемах.

В современных операционных усилителях для повышения входного сопротивления первый каскад выполняют на полевых, а остальные – на биполярных транзисторах.

 

 

Контрольные вопросы

1. Какие основные разновидности полевых транзисторов Вы знаете, и какая из них является самой распространенной?

2. Какие схемы включения униполярных транзисторов и их основные характеристики известны?

3. Какими преимуществами обладают полевые транзисторы по сравнению с биполярными?

4. Назовите недостатки полевых транзисторов.

5. Какие основные параметры полевых транзисторов Вам известны?.

 

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

Фотоэлектрическими (фотоэлектронными) называют приборы, преобразующие энергию оптического излучения в электрическую.

Одна из основных характеристик фотоприборов – спектральная плотность. Она отражает зависимость относительной чувствительности Sотн от длины волны падающего оптического излучения.

Sотн= S / Sмакс, где S – чувствительность для излучения с длиной волны , Sмакс – максимальная чувствительность излучения, УФ – область ультрафиолетового излучения, ИК – область инфракрасного излучения, 1 – характеристика для глаз человека, 2 – ФСК – сернисто-кадмиевый фоторезистор, 3 – ФС – сернистовисмутовый фоторезистор.

 

Фоторезисторы

Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, изменяющие свою проводимость под действием лучистой энергии. Принцип действия их основан на появлении дополнительных пар носителей заряда под действием лучистой энергии.

Рабочее напряжение у некоторых фоторезисторов достигает до сотен вольт, а отношение светового тока к темновому при освещении 100 лк достигает 100. Однако частотный диапазон фоторезисторов невелик. На частоте порядка 1кГц чувствительность падает почти вдвое.

 

 

Фотодиоды (ФД)

Это полупроводниковые приборы, с p–n–переходом, в которых под действием лучистой энергии в области p появляются дополнительные носители электричества дырки а в области n – электроны

На рис. 1.4.1 показаны две схемы включения ФД: а – фотогенерации (солнечной батареи), б – фотопреобразования. Наибольший КПД солнечных батарей (до 20 %) удается получить, используя кремниевые ФД. Удельная выходная мощность солнечных батарей достигает кВт/м2.

Вольт – амперные характеристики ФД в режиме фотогенератора и фотопреобразователя представлены на рис.1.4.1в,г (германиевый ФД).

Чувствительность ФД (мА/лм): селеновые 0,3 – 0,75, кремниевые – 3, сернистосеребряные 10 – 15, германиевые – до 20.

Спектральные и частотные характеристики ФД зависят от материалов, используемых для их изготовления. Селеновые имеют спектральную характеристику, близкую к спектральной характеристике чувствительности человеческого глаза. Поэтому их широко применяют в фото– и кинотехнике. ФД на основе германия и арсенида галлия могут работать при модуляции

света в сотни МГц.

Существенным недостатком ФД является зависимость их параметров от температуры. По сравнению с фоторезисторами ФД имеют большее быстродействие, но меньшую чувствительность.

 

Фототранзисторы

Это полупроводниковые фотоприборы (ФТ) с двумя p –n-переходами. Часто ФТ изготавливают как обычный германиевый или кремниевый транзистор. Иногда в этом транзисторе делают всего два вывода: эмиттерный и коллекторный Световой поток падает на базовую область.

. Обозначение ФТ, схема включения и вольт–амперные характеристики показаны на рис.1.4.2 а,б.

 

Рис.1.4.1 Схемы включения ФД

 

Фототок, возникающий в p–n–переходе эмиттер – база, усиливается транзистором, и его коллекторный ток будет Iк= bIф, где b статический коэффициент усиления по току (усиления транзистора).

Рис.1.4.2 Схема включения и ВАХ фототранзистора

 

Чувствительность ФТ значительно выше, чем у ФД и составляет 0,5 – 1 А/лм. Граничная частота составляет обычно несколько кГц. Спектральная характеристика ФТ зависит от вещества, из которого сделан прибор.

Фототиристоры

Эти ключевые приборы с p-n-p-n – структурой, управляемые на включение лучистой энергии. Структура фототирисиора, его обозначение и вольт-амперные характеристики даны на рис 1.4.3.

Под действием лучистой энергии в переходе 2 появляются свободные носители заряда, которые определяют напряжение включения тиристора. Значение светового потока Ф4 по аналогии с

Рис.1.4..3

Структура фототиристора, его обозначение и ВАХ

обычным тиристором можно назвать световым потоком спрямления Ф4=Флм спрямления. Фототиристоры выпускаются на токи до сотен ампер и напряжения киловольты. Возможность управлять моментом включения лучистой энергией позволяет гальванически развязать силовую цепь тиристоров и маломощные цепи управления.