Германиевых транзисторах

Темновой ток фотодиодов, так же как и фоторезисторов, ограничивает минимальное значение измеряемого светового потока. У германиевых фотодиодов он равен 10—30 мкА, у кремниевых — 1— 3 мкА. Энергетические характеристики фототока фотодиода в ре-

Спектральная характеристика германиевых фотодиодов имеет максимум при К = 1,5 мкм, а кремниевых фотодиодов — соответственно при К = 0,9 мкм.

ловой ток составляет 300 мка, интегральная чувствительность достигает 0,17 •*• 1,5 а/лм, спектральная характеристика имеет максимум, как и у германиевых фотодиодов, при Я, = 1,5 мкм.

Основными материалами для фотодиодов являются германий и кремний. Кремниевые фотодиоды обычно чувствительны в узкой области спектра ( от К = 0,6 -т- 0,8 мкм до К = 1,1 мкм) с максимумом при К = 0,85 мкм, а германиевые фотодиоды имеют границы чувствительности Я, = 0,4 -Ь 1,8 мкм с максимумом при А, « 1,5 мкм. В фотодиодном режиме при напряжении питания 20 В темновой ток кремниевых фотодиодов обычно не превышает 3 мкА, в то время как у германиевых фотодиодов при напряжении питания 10 В он достигает 15—20 мкА.

При этом /?н = 0, т. е. измерение соответствует режиму короткого замыкания (см. 8.5, в нагрузочная прямая для Я„ = 0). Чувствительность селеновых фотодиодов 0,3 — 0,85 мА/лм, кремниевых 3 мА/лм, сернисто-серебряных 10— 15 мА/лм, германиевых до 20 мА/лм. Темновой ток фотодиодов, так же как фоторезисторов, ограничивает минимальную величину измеряемого све тового потока. У германиевых фотодиодов этот ток равен 10— 30 мкА, у кремниевых 1 — 3 мА.

Такое включение возможно также для германиевых и кремниевых фотоэлементов, называемых фотодиодами. Основные параметры германиевых фотодиодов типа ФД и кремниевых типа ФДК представлены в табл. 8-4 [Л. 286; 309]. Интегральная чувствительность германиевых фотодиодов достигает величины 30000 мка/лм. Чувствительность кремниевых фотодиодов ниже, но их свойства стабильнее. В этой же таблице приведены характеристики кремниевого фототриода типа ФТ-1.

фотодиод не освещен, в цепи проходит темновой ток. При освещении фотодиода происходит генерация электронов и дырок. Под действием электрического поля источника Еа неосновные носители слоев р- и n-типов полупроводника создают в цепи ток, значение которого практически определяется только световым потоком Ф и равно приблизительно току короткого замыкания в генераторном режиме. Поэтому чувствительность фотодиодов в обоих режимах принято считать одинаковой. Для германиевых фотодиодов интегральная чувствительность достигает 20 мА/лм.

Недостатком германиевых фотодиодов является больший чем у кремниевых темновой ток, величина которого сильно зависит от температуры. Спектральные характеристики фотодиодов и фотосопротивлений, выполненных из аналогичных материалов, одинаковы. Спектральная характеристика германиевого фотодиода приведена на 4.36, б.

вительности А = 0,4—1,8 мкм с максимумом при А~1,5 мкм. В фотодиодном режиме при напряжении питания 20 В темновой ток кремниевых фотодиодов обычно не превышает 3 мкА, в то время как у германиевых фотодиодов при напряжении питания 10 В он достигает 15—20 мкА.

При этом RH = 0, т. е. измерение соответствует режиму короткого замыкания (см. 8.5, в, нагрузочная прямая для /?н = 0). Чувствительность селеновых фотодиодов 0,3...0,85 мА/лм, кремниевых — 3, сернисто-серебряных — 10... 15, германиевых — до 20 мА/лм. Темновой ток фотодиодов, так же как фоторезисторов, ограничивает минимальную величину измеряемого светового потока. У германиевых фотодиодов этот ток равен 1О...ЗОмкА, у кремниевых — 1...3 мА.

В настоящее время основными материалами для изготовления фотодиодов являются германий и кремний. Обратный ток кремниевых р — л-переходов много меньше, чем германиевых, поэтому порог чувствительности фотодиодов на кремнии соответственно меньше и достигает значения порядка 10~13...10_н Вт/Гц1/2. Для германиевых фотодиодов при Х=Хтах порог чувствитель-ности составляет примерно Ю-12 Вт/Гц1/2. Следует отметить, что малые значения Фцор достигаются вследствие существенного повышения сопротивления фотоприемника и, следовательно, сопротивления нагрузки. Поэтому ясно, что малый порог чувствительности может быть реализован только при низких частотах модуляции света. Достоинство кремниевых фотодиодов — широкий интервал рабочих температур.

Поскольку концентрация неосновных носителей значительно больше в базе, чем в коллекторе, обратный ток коллекторного перехода состоит в основном из дырок базы. Величина /Ко является параметром транзистора, характеризующим его качество (чем /Ко меньше, тем транзистор лучше). Ток /ко определяют при разомкнутой цепи эмиттера (/э = 0) и при определенном значении обратного напряжения на коллекторе. Ток /Ко вызывается термогенерацией и с повышением температуры растет по экспоненциальному закону. В германиевых транзисторах /Ко при повышении температуры на каждые 10° приблизительно удваивается, в кремниевых — увеличивается в 2,5 раза.

Значит, составляющая тока коллектора, связанная с тепловой . генерацией носителей заряда, зависит от тока носителей, пришедших от эмиттера. Чтобы такое влияние было существенным, концентрации неосновных и основных носителей в коллекторе должны отличаться не очень сильно. Такие условия создаются при повышенной температуре в германиевых транзисторах, изготовленных методом диффузии.

Практически а* > 1 только в германиевых транзисторах с высокоомной коллекторной областью. В кремниевых транзисторах а* « 1, так как обратный ток через кремниевый р-п-переход обусловлен в основном тепловой генерацией носителей в самом р-л-переходе, а не экстракцией неосновных носителей заряда.

Статические входная и выходная характеристики в схеме ОБ (при С/кв = О и /э=0 соответственно) подобны прямой и обратной ветвям статической характеристики диода. Поэтому все рассуждения, приведенные в § 11-3, могут быть использованы для объяснения температурной зависимости статических характеристик транзистора. Из этого рассмотрения следует прежде всего вывод о том, что основным источником нестабильности характеристик служит обратный ток /Обр или (для транзисторов) коллекторный от температуры описывается соотно-германиевых транзисторах основ-тепловой ток, значение кото-В кремниевых транзисто-

увеличивается. Поэтому с повышением температуры ток /Кбо растет по экспоненциальному закону. Приближенно можно считать, что величина обратного тока в германиевых транзисторах удваивается при повышении температуры на каждые 10°С.

а) изменяется обратный ток коллекторного перехода /Кбо, в германиевых транзисторах с увеличением температуры удваиваясь примерно на каждые 10° С; в кремниевых транзисторах ток /Кбо можно не учитывать, так как он очень мал, однако в этих транзисторах большую роль играют токи утечки коллекторного перехода и термогенерации;

в) изменяется коэффициент передачи тока a(f5); ориентировочно можно считать, что изменение а с температурой в германиевых транзисторах происходит с коэффициентом, равным 2-10~4 1/град, в кремниевых — 6-10~4 1/град. Кривые изменения р с температурой часто приводятся в справочных данных.

Влияние отдельных слагаемых на A/K(s=i) в усилителях на германиевых транзисторах приблизительно одинаковое. В кремниевых транзисторах основную роль играет изменение напряжения на эмиттерном переходе AUae=
В этом соотношении коэффициент насыщения Кя&е определяется с учетом воздействия наибольшей нагрузки как статического типа, так и динамического. В общем случае коэффициент /Свас показывает, во сколько раз наименьший ток коллектора превышает свое номинальное значение. Если в триггере используются германиевые транзисторы, то можно считать t/6H^OH/7KB»OH тем самым упростить формулы (5.2) и (5.4). Для кремниевых приборов можно пренебречь токами /к наиб и ^б а наиб- При расчетах триггеров на германиевых транзисторах наименьшие величины токов базы /с 8 наиб и коллектора /К8навб при работе в области отсечки определяются наибольшим значением теплового тока коллекторного перехода 1кт, соответствующим наивысшей температуре перехода.

Для предварительной оценки второй составляющей тока смещения UK в наиб/ Rt в триггерах на германиевых транзисторах можно принять R, = 5.. .10 кОм. Считая /?i=5 кОм и учитывая, что UK „ на„й = = 0, 15 В при /„ „ = 10 мА, получаем

Статические входная и выходная характеристики в схеме ОБ (при С/кв = О и /э=0 соответственно) подобны прямой и обратной ветвям статической характеристики диода. Поэтому все рассуждения, приведенные в § 11-3, могут быть использованы для объяснения температурной зависимости статических характеристик транзистора. Из этого рассмотрения следует прежде всего вывод о том, что основным источником нестабильности характеристик служит обратный ток /Обр или (для транзисторов) коллекторный от температуры описывается соотно-германиевых транзисторах основ-тепловой ток, значение кото-В кремниевых транзисто-