Курс лекции и примеры решения задач по электротехнике и электронике

Электротехника
Расчет трансформатора
Выбор типа выпрямителя
Выбор типа сглаживающего фильтра
Определение тока холостого хода
Расчет магнитной системы
Методы расчета электрических цепей
Курсовая работа
Метод проводимостей
Метод узловых и контурных уравнений
Метод законов Кирхгофа
Метод контурных токов
Метод узловых потенциалов
Метод двух узлов
Расчет электрических цепей переменного тока
Расчёт трёхфазной цепи
Векторные диаграммы переменных токов
Мощность переменного тока
Активные и реактивные составляющие токов и напряжений
Резонанс в электрических цепях
резонанса токов
Достоинства трехфазной системы
Мощность трехфазной цепи
Расчет магнитных цепей
Магнитносвязанные электрические цепи
Сложная цепь с магнитносвязанными катушками
Круговая диаграмма тока и напряжений
Топологические методы расчета
Уравнения Ома и Кирхгофа в матричной форме
Вращающееся магнитное поле
Расчет токов коротких замыканий
Курсовая работа по ТОЭ
Анализ линейных электрических цепей
Расчет методом узловых потенциалов
Расчет методом эквивалентного генератора
Расчет методом контурных токов
Переходные процессы в линейных цепях
Сборник задач с решениями по ТОЕ
Цепи постоянного тока
ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
Лабораторные по электротехнике
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ УТРОИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ
ЧАСТИЧНЫЕ ЕМКОСТИ В СИСТЕМЕ ПРОВОДНИКОВ
Доказать закон Ома с помощью эксперимента
Линейные цепи
  • Электрический ток
  • Источник ЭДС и источник тока
  • Электрическая энергия и электрическая мощность
  • Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС
  • Преобразование линейных электрических схем
  • Метод преобразований треугольника резисторов
  • Расчет разветвленной электрической цепи с помощью законов Кирхгофа
  • Метод двух узлов
  • Принцип наложения
  • Резистор, индуктивная катушка и конденсатор в цепи
  • Анализ цепей синусоидального тока с помощью векторных диаграмм
  • Параллельное включение приемников энергии
  • Мощности цепи синусоидального тока
  • Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока
  • Мощности в комплексной форме
  • Электрические цепи с взаимной индуктивностью
  •  

    Фоторезисторы

    Полупроводниковые приборы, работа которых основана на использовании внутреннего фотоэффекта, называются фоторезисторами.


    Конструкция фоторезистора и включение его в электрическую цепь схематично показаны на рис. 4. Фоторезистор представляет собой тонкий слой поликристаллического полупроводникового материала, нанесенного на диэлектрическую подложку. В качестве фоточувствительного материала обычно используют сульфид кадмия CdS, селенид кадмия CdSe, сульфид свинца PbS или селенид свинца PbSe. На поверхность фоточувствительного слоя наносят металлические электроды.

    Если фоторезистор включен во внешнюю цепь последовательно с источником напряжения U, то в отсутствие освещения через него течет темновой ток

    Iт = σтU. (1.6)

    При освещении его поверхности в цепи течет световой ток

    Iс = σсU = σтU+σфU. (1.7)

    Разность между световым током и темновым током называется фототоком

    Iф = Iс−Iт.= σфU. (1.8)

    Вольтамперными характеристиками (ВАХ) фоторезистора называются зависимости темнового тока, светового тока и фототока от приложенного к фоторезистору напряжения при постоянной величине светового потока, падающего на фоторезистор (рис. 5).

    ВАХ имеют слабую нелинейность при малых напряжениях, что связанно с потерей энергии при туннелировании электронов через небольшие потенциальные барьеры, между отдельными зернами или кристаллами полупроводника. При повышении U энергия электронов становится существенно больше энергии необходимой для туннелирования, и ВАХ становится линейной. При больших напряжениях температура фоторезистора повышается из-за мощности электрического тока (Джоулева тепла), выделяющейся в фоторезисторе P = UI и ВАХ снова становится нелинейной.

    1.5. Основные характеристики и параметры фоторезисторов

    1. Темновое сопротивление фоторезистора Rтем, т.е. сопротивление при отсутствии освещения (Rтем = 104÷108 Ом).

    2. Максимально допустимая мощность рассеяния Рmax (Рmax =0.05÷0.10 Вт).

    3. Максимальное рабочее напряжение Umax (Umax =10÷100 В).

    4. Спектральная характеристика, т.е зависимость фототока Iф фотопроводимости σф или фотосопротивления Rф = 1/σф от длины волны падающего света. Максимумы этих характеристик лежат в видимой или инфракрасной частях спектра (рис. 2).

    5. Световая характеристика фоторезистора, т.е. зависимость фототока или фотопроводимости от величины освещенности Iф = f(Е) или σф = f(Е) (или падающего светового потока Ф = ЕS, см. приложение 1) при постоянном напряжении, приложенном к резистору (рис. 6).

    При малых освещенностях световые характеристики близки к линейным. При больших освещенностях начинается отступление от линейности и зависимость фототока (фотопроводимости) может быть описана законом (1.5)

    (1.9)

    На практике обычно используют интегральные световые (люкс-амперные) характеристики фоторезисторов, полученные при освещении фоторезистора светом лампы накаливания, вольфрамовая нить которой нагнета до температуры Т = 2849 К (рис. 6).

    6. Интегральная чувствительность Kинт фоторезистора, т.е. отношение фотопроводимости к величине освещенности его поверхности

    . (1.10)

    При определении интегральной чувствительности освещение фоторезисторов производят лампой накаливания, вольфрамовая нить которой нагрета до 2840 К.

    Из световой характеристики следует, что интегральная чувствительность фоторезисторов убывает с возрастанием освещенности.

    7. Кратность изменения сопротивления, т.е. отношение

    Rтем/Rcв = Ic/Iт, (1.11)

    где Rтем – темновое, а Rcв – световое сопротивление, которые определяяются в темноте и при освещенности Е = 200 лк соответственно.

    8. Постоянная времени спада фототока τ, т.е. время, в течение которого фототок уменьшается в e раз после прекращения освещения фоторезистора. Постоянная времени τ характеризует инерционность фоторезистора и определяется временем жизни неосновных носителей. Фоторезисторы различных типов имеют постоянные времени от 0.1 до 100 мс.

    ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА p–n-ПЕРЕХОДА

    Воздействие света на p–n-переход

    Зонная диаграмма освещенного p–n-перехода с “толстой” базой l > Ln, где l – толщина базы, а Ln – средняя длина диффузии электронов в базе, приведена на рис. 7.


    В невырожденных легированных полупроводниках концентрации основных носителей nn и pp (электронов в n-области и дырок в р-области) велики по сравнению с концентрацией собственных носителей ni и pi: nn >> ni и pp >> pi. На границе раздела р- и n-областей образуется слой, обедненный основными носителями заряда, который называется р–n-переходом. Между р- и n-областями возникает электрическое поле Е и контактная разность потенциалов φ0, созданные неcкомпенсированными зарядами донорных и акцепторных примесей в обедненном слое. Потенциал n-области положителен по отношению к р-области (в обедненном слое).

    Через р–n-переход происходит диффузия основных носителей заряда (электронов из области n- в область р-полупроводника и дырок из области р- в область n-полупроводника) и дрейф неосновных носителей (электронов из р- в n-область и дырок из n- в р-область). Таким образом, через р–n-переход протекают четыре тока: два диффузионных (InD и IpD) и два дрейфовых (InE и IpE). В состоянии термодинамического равновесия выполняется принцип детального равновесия: каждая из компонент тока (и электронная In = InD–InЕ = 0 и дырочная Ip = IpD–IpЕ = 0) равны нулю и общий ток I = In+Ip равен нулю.

    При поглощении квантов света в p–n-переходе и в прилегающих к нему областях полупроводника, образуются новые носители заряда – пары электрон-дырка. Неосновные носители, возникшие в прилегающих к p–n-переходу областях, не превышающих средней диффузионной длины Ln для электронов и Lр для дырок, диффундируют к p–n-переходу и проходят через него под действием электрического поля Е. При этом возрастает дрейфовый ток через р–n-переход на величину Iф. Величина фототока Iф пропорциональна числу квантов света, поглощенных в слое L = Ln+d+Lр (рис. 7):

    Iф = qχβkSLN = qχβkSLФλ/hν = KλФλ, (2.1)

    где β – квантовый выход, k – коэффициент поглощения света, χ – коэффициент переноса, учитывающий долю непрорекомбинировавших носителей заряда от общего количества носителей, возникших под действием света, S – площадь p–n-перехода.

    Таким образом, освещение полупроводника приводит к нарушению термодинамического равновесия. Возникший в результате световой генерации пар электрон-дырка фототок приводит к накоплению основных носителей заряда в n- и р-областях полупроводника, между которыми возникает дополнительная (к контактной φ0) разность потенциалов (фото-ЭДС) φф, что понижает общую разность потенциалов p–n-перехода φ = φ0–φф и уменьшает величину потенциального барьера qφ =q(φ0–φф) для основных носителей. Вследствие этого возрастает дрейфовый ток основных носителей InDф и IpDф (рис. 6, точечные пунктиры).

    В стационарном состоянии потоки зарядов через p–n-переход в обоих направлениях уравновешивают друг друга

    –Iф–InE–IpE+InDф+IpDф = 0. (2.2)

    Между р- и n- областями полупроводника устанавливается разность потенциалов – фото ЭДС φф.

    ФОТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ Поглощение света в полупроводниках Внутренний фотоэффект – это процесс ионизации атомов полупроводника под действием света, приводящий к образованию добавочных, неравновесных носителей заряда. Добавочную проводимость, обусловленную внутренним фотоэффектом, называют фотопроводимостью.

    Фотодиоды Фотоэлектрический полупроводниковый прибор с одним p–n-переходом называется фотодиодом.

    БИПОЛЯРНЫЙ ФОТОТРАНЗИСТОР

    Выбор и обоснование структурной схемы Существуют несколько типов стабилизаторов постоянного напряжения: параметрические, компенсационные последовательные и параллельные, на ОУ и интегральных микросхемах. В рамках ТЗ будут рассматриваться только первые три типа. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

    Расчет схемы сравнения и усилителя

    Расчет токостабилизирующего двухполюсника

    Расчет выпрямителя

    Лабораторные по электротехнике