a) b) c) d)kênh n đặt
3.7 CÁC DỤNG CỤ QUANG ĐIỆN BÁN DẪN
Trong kỹ thuật điện tử hiện đại nhiều khi tớn hiệu điện phải biến thành tớn hiệu quang và ngược lại để tiện cho cỏc quỏ trỡnh xử lý. Ta xột sơ lược cỏc phần tử xử lý tớn hiệu quang điện.
3.7.1.Điện trở
quang(photoresisto)
Điện trở cú trị số biến thiờn theo cường độ của ỏnh sỏng chiếu vào nú gọi là điện trở quang. Nú cấu tạo và ký hiệu trỡnh bày ở như ở hỡnh 3.27a,b. Trờn đế cỏch điện 1 người ta phủ một màng hoặc một khối bỏn dẫn 2 và cú hai cực 3 đưa ra để hàn vào mạch. Toàn bộ kết cấu trờn được bọc trong vỏ cỏch điện sao cho ỏnh sỏng cú thể chiếu xuyờn qua vỏ để tỏc động vào lớp bỏn dẫn. Khi khụng cú ỏnh sỏng chiếu vào thỡ khối bỏn dẫn cú số hạt dẫn nhất định nờn điện trở của khối cũng cú một trị số nhất định. Khi cú ỏnh sỏng chiếu thỡ hạt dẫn tăng tỷ lệ với cường độ ỏnh sỏng, tức là độ dẫn điện sẽ tỷ lệ với cường độ của ỏnh sỏng.
3.7.2.Điụt quang điện - Fotodiụt
Điụt quang là phần tử cú một mặt ghộp n-p, dưới tỏc động của ỏnh sỏng nú khụng chỉ thay đổi độ dẫn mà cũn xuất hiện hiệu điện thế giữa cỏc đoạn khỏc nhau của điụt. Hỡnh 3.28a trỡnh bày cấu trỳc đơn giản của một điụt quang. Một mặt ghộp n-p được đặt trờn một đế cỏch điện. Tất cả đặt trong hộp nhựa trong suốt, cú điện cực đưa ra ngoài. I 3 3 2 1 + E -
Hình 3.27a)Cấu tạo của điện trở quang:1.Đế điện môi 2.lớp bán dẫn 3.điện cực kim loại
b)Ký hiệu điện trở quang
a) ánh sáng b)
àA
Dưới tỏc động của ỏnh sỏng, một số điện tử của lớp ngoài cựng chuyển sang vựng dẫn, làm tăng hạt dẫn trong cả hai loại bỏn dẫn. Dưới tỏc dụng của hiệu điện thế tiếp xỳc cỏc hạt dẫn phụ sẽ chuyển qua mặt ghộp (lỗ trống từ n chuyển sang p,
điện tử từ .p chuyển sang n hỡnh 3.3a). Như vậy trong bỏn dẫn n sẽ thừa điện tử vỡ mất lỗ trống, trong bỏn dẫn p thỡ thừa lỗ trống vỡ mất điện tử. Kết quả mặt ngoài của hai bỏn dẫn tạo nờn một suất điện động quang EF cỡ 0,1V. Điụt quang cú hai chế độ làm việc :
- Chế độ mỏy phỏt quang điện : Dưới tỏc động của ỏnh sỏng điụt quang tạo EF. Người ta ghộp nhiều điụt quang để tạo pin mặt trời.
- Chế độ điụt: Ta mắc điụt quang phõn cực ngược vào mạch như hỡnh 3.28c. Nếu khụng cú ỏnh sỏng tỏc động ,dũng qua điụt là dũng ngược do cỏc hạt dẫn phụ tạo thành. Khi cú ỏnh sỏng tỏc động, hạt dẫn phụ tăng nờn dũng qua điụt (dũng ngược) cũng sẽ tăng tỷ lệ với cường độ của ỏnh sỏng. Như vậy điụt biến đổi tớn hiệu quang thành tớn hiệu điện.
3.7.3.Tranzisto quang
Tranzisto quang lưỡng cực cú hai mặt ghộp n-p . Cấu trỳc của Tranzisto được thực hiện sao cho ỏnh sỏng tỏc động được vào cực gốc bazơ. Kớch thước của lớp bazơ khỏ lớn để ỏnh sỏng tỏc động được vào lớp bazơ dễ dàng. (hỡnh 3.29a)
1
3 2
4 4
Hình3.28 .a)Cấu tạo của photodiot1.vỏ bảo vệ(trong suốt)2.lớp bán dẫn p 3.lớp bán dẫn n4.điện cực b)ký
hiệu photodiot c)mặc diot vào mạch ngoài
a) b)
- E +c) c)
Nguyờn lý hoạt động như sau:khi cú ỏnh sỏng tỏc động vào miền bazơ thỡ trong miền này xuất hiện cỏc cặp điện tớch : điện tử và lỗ trống. Điều đú tương đương với xuất hiện dũng IB trong tranzisto lưỡng cực. Sự xuất hiện dũng cực gốc IB làm xuất hiện dũng cực gúp IC . Như vậy cú thể dựng ỏnh sỏng để điều khiển dũng IB
.Đặc tuyến của Tranzisto quang cú dạng như ở hỡnh 3.29b. Đú là sự phụ thuộc của dũng IC vào điện ỏp UC khi ta thay đổi quang thụng φ của ỏnh sỏng tỏc động vào cực B .