Przygotował Paweł Szeląg ELEMENTY UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH Przygotował Paweł Szeląg

I. Elementy bierne Rezystor najprostszy element rezystancyjny, obwodu elektrycznego. Jest elementem liniowym: spadek napięcia jest wprost proporcjonalny do prądu płynącego przez opornik. Przy przepływie prądu zamienia energię elektryczną w ciepło. Występuje na nim spadek napięcia. W obwodzie służy do ograniczenia prądu płynącego w obwodzie. Jednostką rezystancji jest Ohm. Podział rezystorów a) drutowe (konstantan, manganian, nikielina) b) warstwowe (grubowarstwowe, cienkowarstwowe) c) objętościowe (prąd płynie całą objętością) a) drutowe      -zwykłe      -cementowane      -emaliowane b) warstwowe      -węglowe c) objętościowe

Parametry rezystorów rezystancja nominalna - rezystancja podawana przez producenta na obudowie opornika; rezystancja rzeczywista różni się od rezystancji nominalnej, jednak zawsze mieści się w podanej klasie tolerancji. tolerancja - inaczej klasa dokładności; podawana w procentach możliwa odchyłka rzeczywistej wartości opornika od jego wartości nominalnej moc znamionowa - moc jaką opornik może przez dłuższy czas wydzielać w postaci ciepła bez wpływu na jego parametry; przekroczenie tej wartości może prowadzić do zmian innych parametrów rezystora lub jego uszkodzenia, napięcie graniczne - maksymalne napięcie jakie można przyłożyć do opornika bez obawy o jego zniszczenie, temperaturowy współczynnik rezystancji - współczynnik określający zmiany rezystancji pod wpływem zmian temperatury opornika.

Oznaczenia rezystorów - kod literowo-cyfrowy - kod barwny -rezystancje można wyliczyć za pomocą specjalnej tabeli która do każdego paska na rezystorze przyporządkowywuje odpowiednią rezystancje)

Potencjometry liniowa wykładnicza logarytmiczna     Potencjometr jest elementem który wprowadza do obwodu rezystancje nastawczą/regulowaną. Potencjometr składa się z części oporowej lub warstwowej oraz z suwaka. Potencjometry dzielimy ze względu na ich charakterystyki przedstawiające wartość rezystancji do konta przesunięcia. Rodzaje potencjometrów - liniowe - wykładnicze - logarytmiczne liniowa wykładnicza logarytmiczna

Zależności rezystancji od różnych czynników Rezystancja przewodnika zależy od jego konstrukcji: a) długości przewodnika - długość rośnie - rezystancja rośnie b) pola przekroju poprzecznego S -pole przekroju rośnie - rezystancja maleje c) rodzaju przewodnika -konduktywność rośnie - rezystancja maleje Zależność rezystancji od czynników zewnętrznych Ze wszystkich czynników zewnętrznych największy wpływ na rezystancję ma temperatura. Wzrost temperatury powoduje: a) wzrost rezystancji metali i ich stopów. b) spadek rezystancji elektrolitów i półprzewodników. W przedziale temperatur -30°C do 150°C zależność rezystancji od temperatury jest liniowa i opisywana wzorem: Rk = Rp [ 1 + at (Tk - Tp) ] gdzie: Rk - rezystancja końcowa w temperaturze końcowej Tk Rp - rezystancja początkowa w temperaturze [początkowej Tp at - temperaturowy współczynnik rezystancji

KONDENSATOR Podział kondensatorów Kondensatorem nazywamy układ dwóch lub więcej przewodników (okładzin) odizolowanych od siebie dielektrykiem. Zadaniem kondensatora jest gromadzenie ładunków elektrycznych. Zdolność kondensatora do gromadzenia ładunków nazywamy pojemnością kondensatora. Jednostką pojemności jest farad oznaczany dużą literą F. Podział kondensatorów Mikowe Ceramiczne Papierowe Polistyrenowe Poliestrowe Poliwęglanowe Elektrolityczne Cienkowarstwowe (napylane) Monolityczne (półprzewodnikowe) Aluminiowe Tantalowe

Parametry kondensatorów pojemność znamionowa - CN wyrażona w faradach, określa zdolność kondensatora do gromadzenia ładunków elektrycznych, podawana na obudowie kondensatora; napięcie znamionowe – UN, jest największym napięciem, które może być przyłożone trwale do kondensatora. Napięcie to jest na ogół sumą napięcia stałego i wartości szczytowej napięcia zmiennego; tangens kąta stratności – tg γ, stosunek mocy czynnej wydzielającej się w kondensatorze przy napięciu sinusoidalnie zmiennym o określonej częstotliwości; prąd upływowy – IU, prąd płynący przez kondensator, przy doprowadzonym stałym napięciu; temperaturowy współczynnik pojemności – αC, określa względną zmianę pojemności, zależną od zmian temperatury.

Kondensatory zmienne Kondensatory o zmiennej pojemności to kondensatory z dielektrykiem powietrznym lub kondensatory ceramiczne dostrojcze zwane trymerami Kondensator powietrzny zbudowany jest z dwóch zespołów równoległych płytek (rotor i stator), które zmieniając swe położenie powodują zmianę wartości pojemności kondensatora. Charakter zmian pojemności kondensatora zależy natomiast od płytek rotora i statora. Ze względu na charakter zmian wartości pojemności, w zależności od kąta obrotu rotora, rozróżniamy kondensatory o: prostoliniowej zmianie pojemności; prostoliniowej zmianie długości fali; prostoliniowej zmianie częstotliwości; logarytmicznej zmianie pojemności. Charakterystyki kondensatorów zmiennych, a) o prostoliniowej zmianie pojemności; b) o prostoliniowej zmianie długości fali w obwodzie rezonansowym a) b) c) c) o prostoliniowej zmianie C C C częstotliwości w obwodzie rezonansowym. C C 

Cewka Cewka jest elementem wnoszącym do obwodu określoną indukcyjność. Cewka składa się z uzwojenia, korpusu wykonanego z izolatora oraz z rdzenia. Jednostką indukcyjności jest Henr. Indukcyjność określa zdolność cewki do przeciwstawiania się zmianą prądu płynącego przez cewkę. Prąd płynący przez cewkę wytwarza wokół niej pole magnetyczne. Klasyfikacja cewek - ze względu na kształt cewki      CYLINDRYCZNE      SPIRALNE      TOROIDALNE (PIERŚCIENIOWE) - ze względu na sposób nawinięcia      JEDNOWARSTWOWE      WIELOWARSTWOWE -ze względu na rdzeń      POWIETRZNE      RDZENIOWE (metalowy, ferrytowy) - ze względu na zmianę      STAŁE (jedno obrotowe, wieloobrotowe)      ZMIENNE (wariometr zmiana poprzez położenie cewek, zmiana położenia rdzenia)

Parametry cewek Podstawowym parametrem elektrycznym opisującym cewkę jest indukcyjność. Jednostką indukcyjności jest 1 henr [H]. Prąd płynący w obwodzie wytwarza skojarzony z nim strumień magnetyczny. Indukcyjność definiujemy jako stosunek tego strumienia i prądu który go wytworzył: L=Ψ/I Reaktancja cewki: XL = ωL Impedancja idealnej cewki jest równa jej reaktancji ZL = XL Dobroć cewki: Q=Xl/Rs

II. Elementy półprzewodnikowe bierne Termistory Termistor jest elementem półprzewodnikowym którego rezystancja zależy od temperatury Podział termistorów - o ujemnym współczynniku temperaturowym rezystancji (NTC), - o dodatnim współczynniku temperaturowym rezystancji (PTC), - o skokowej zmianie rezystancji (CTR). Charakterystyka rezystancyjno temperaturowa termistorów.  Zastosowanie termistorów   -zabezpieczanie układów przed wzrostem temperatury   - regulacja , stabilizacja temperatury   - kompensacja wpływu temperatury

Warystory Warystor to element półprzewodnikowy nieliniowy, którego rezystancja zależy od napięcia. Warystory mają nieliniową charakterystykę prądowo napięciową i jest ona symetryczna względem początku układu współrzędnych. Warystory wykonuje się najczęściej jako spiek węglika krzemu. Parametry warystorów - napięcie charakterystyczne (Uch) jest to spadek napięcia na warystorze określany dla stałej wartości prądu (1mA , 10mA , 100mA) i maksymalnej mocy jaka może się w nim wydzielić. - współczynnik nieliniowości (ß) zależny od materiału i technologii wykonania, mieści się w przedziale od 0,12-1. - moc znamionowa.

Zastosowanie warystorów -zabezpieczenie obwodów elektrycznych i elektronicznych przed przepięciami. -jako element stabilizujący napięcie.

III. Elementy czynne III.1.Diody Diodą półprzewodnikową nazywamy element wykonany z półprzewodnika i zawiera jedno złącze p-n oraz dwa wyprowadzenia. Charakterystyka diody zgodnie zezjawiskami występującymi w złączy PN kształtuje się następująco. W kierunku przewodzenia diodę można traktować jako źródło napięciowe (spadek napięcia na diodzie nie zależy od prądu płynącego przez diodę). W kierunku zaporowym diodę można traktować jako źródło prądowe o bardzo małej wartości prądu. Diodę można traktować jako element nieliniowy dla całej charakterystyki lub liniowy dla pewnej części charakterystyki prądowo napięciowej. Wartość napięcia UF = 0,7V wynika z konieczności pokonania bariery potencjału istniejącej na złączu p-n.

Dioda Zenera (stabilizacyjna) Dioda Zenera (stabilizacyjna) jest przeznaczona do stabilizacji , ograniczania napięć lub jako źródło napięć. Dioda Zenera pracuje przy polaryzacji w kierunku zaporowym (wstecznym). Charakteryzuje się niewielkimi zmianami napięcia pod wpływem dużych zmian prądu. Wykorzystuje się w nich zjawisko Zenera oraz jonizacji lawinowej. Zjawisko Zenera polega na przechodzeniu elektronów z pasma walencyjnego półprzewodnika typu p i przenoszeniu ich przez barierę potencjału do pasma przewodnictwa w obszarze typu n. W wyniku tego zwiększa się gwałtownie prąd wsteczny złącza.

Dioda pojemnościwa Diody pojemnościowe to diody półprzewodnikowe w których wykorzystuje się zjawisko zmian pojemności warstwy zaporowej złącza p-n pod wpływem doprowadzonego z zewnątrz napięcia. Diodę polaryzuje się w kierunku wstecznym. Pojemność diody zależy od grubości warstwy zaporowej. Gdy wartość napięcia polaryzującego diodę w kierunku wstecznym wzrasta wówczas pojemność diody maleje. Zakres zmian pojemności diody określa się z jednej strony jako pojemność minimalną wyznaczoną przy napięciu bliskim napięciu przebicia, z drugiej strony pojemność maksymalną wyznaczoną przy napięciu bliskim zero. Dla typowych diod pojemność zmienia się od kilkunastu do ponad stu pF. U

Diody pojemnościowe dzieli się na warikapy i waraktory Warikapy są to elementy o zmiennej pojemności stosowane głównie w układach automatycznego przestrajania obwodów rezonansowych. Przestrajanie odbywa się przez zmianę wartości napięcia polaryzującego. Zastosowanie w odbiornikach radiowych.  Waraktory są to diody o zmiennej reaktancji spełniające funkcje elementów czynnych. Parametry dopuszczalne dla diody pojemnościowej UR max - dopuszczalne napięcie wsteczne URM max - dopuszczalne szczytowe napięcie wsteczne IF max - dopuszczalny prąd przewodzenia tj max - temperatura złącza

Dioda prostownicza      Diody prostownicze w technice stosowane są w układach zasilających do prostowania napięć przemiennych o małej częstotliwości. Do celów prostowniczych stosuje się diody dla bardzo różnych prądów przewodzących. Ze względu, że diody prostownicze stosuje się bardzo często zostały wprowadzone gotowe mostki prostownicze, zawierające odpowiednie połączenie diod prostowniczych:

Diody tunelowe b) są diody półprzewodnikowe, w których dzięki zastosowaniu bardzo dużej koncentracji domieszek powstaje bardzo wąska bariera pozwalająca na wstąpienie tzw. przejścia tunelowego; diody tunelowe są stosowane w Symbol graficzny diody tunelowej (a) i jej charakterystyka (b) a)

III.2. Tranzystory Tranzystor bipolarny posiada dwa złącza p-n wytworzone w jednej płytce półprzewodnikowej. Ze względu na kolejność ułożenia warstw półprzewodnika rozróżniamy dwa typy tego tranzystora. a) b) p n E B C   Nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony i dziury. Zasada działania, tranzystora jako wzmacniacz. Aby tranzystor wzmacniał należy go odpowiednio spolaryzować tzn. w taki sposób, aby złącze emiterowe było spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze kolektorowe w kierunku wstecznym.

Układy pracy tranzystorów bipolarnych

Układy pracy , omówienie Tranzystor pracujący w układzie OE charakteryzuje się: dużym wzmocnieniem prądowym ( ), dużym wzmocnieniem napięciowym, dużym wzmocnieniem mocy. Napięcie wyjściowe w układzie OE jest odwrócone w fazie o 180 w stosunku do napięcia wejściowego. Rezystancja wejściowa jest rzędu kilkuset  a wyjściowa wynosi kilkadziesiąt k. Tranzystor pracujący w układzie OB charakteryzuje się: małą rezystancją wejściową, bardzo dużą rezystancją wyjściową, wzmocnienie prądowe blisko jedności ( ). Tranzystor w tym układzie pracuje przy bardzo dużych częstotliwościach granicznych. Tranzystor pracujący w układzie OC charakteryzuje się: dużą rezystancją wejściową – co ma istotne znaczenie we wzmacniaczach małej częstotliwości, wzmocnieniem napięciowym równym jedności, dużym wzmocnieniem prądowym ().

Charakterystyki statyczne tranzystora pracującego układzie OE

Stany pracy i parametry tranzystorów bipolarnych Najważniejsze parametry tranzystorów bipolarnych: Wzmocnienie prądowe. W układzie OE przy określonym prądzie kolektora i napięciu kolektor-emiter; Napięcie nasycenia. Przy określonym prądzie bazy i kolektora; Prąd zerowy. Przy określonym napięciu kolektor-baza lub kolektor-emiter; Częstotliwość graniczna; Pojemność złącza kolektorowego; Czas wyłączenia; Stała czasowa związana z rezystancją rozproszoną bazy; Maksymalna moc wydzielana. Stany pracy: -Aktywny. -Nasycenia. -Zatkania. -Inwersyjny

Tranzystory unipolarne W tranzystorze unipolarnym, zw. też polowym, obszary stanowiące elektrody noszą nazwy: źródło S ,bramka G ,dren D ,Istota działania tranzystora unipolarnego polega na sterowaniu prądem płynącym między dwiema elektrodami: źródłem i drenem, w obszarze zw. kanałem, za pomocą zmian potencjału przyłożonego do trzeciej elektrody — bramki. Prąd ten jest strumieniem nośników jednego rodzaju — nośników większościowych, dostarczanych przez źródło i odbieranych przez dren. Tranzystory unipolarne można podzielić na złączowe JFET wytwarzane z półprzewodników monokrystalicznych i z izolowaną bramką IGFET wytwarzane zarówno z półprzewodników monokrystalicznych jak i polikrystalicznych. Do tranzystorów złączowych zalicza się tranzystory ze złączem p–n, tj. PNFET, wytwarzane gł. z krzemu, i tranzystory ze złączem metal–półprzewodnik, tj. MESFET wytwarzane z krzemu i arsenku galu .Do tranzystorów z izolowaną bramką zalicza się tranzystory, których podstawową strukturą są warstwy metal–izolator–półprzewodnik, tj. MISFET lub MOSFET, wytwarzane gł. z krzemu, oraz tranzystory polowe cienkowarstwowe, tj. TFT, wytwarzane gł. z fosforku indu i siarczku kadmu. Wyróżniającą cechą tranzystorów unipolarnych jest b. wielka rezystancja wejściowa, określona rezystancją warstwy izolatora w tranzystorach z izolowaną bramką lub rezystancją zaporowo polaryzowanego złącza p–n w tranzystorze złączowym.

Tranzystory MISFET

III.3. Elementy przełączające tranzystor jednozłączowy (dioda dwubazowa,), przyrząd półprzewodnikowy o jednym złączu p–n i 3 elektrodach (emiter, baza 1, baza 2); działa na zasadzie modulacji konduktywności obszaru półprzewodnika (między elektrodami: baza 1 i baza 2) przez wstrzykiwanie w ten obszar nośników ładunku z emitera złącza p–n. Charakterystyka tranzystora dla przebiegu idealnego Parametry tranzystora jednozłączowego: -wewnętrzny współczynnik blokowania; -rezystancja międzybazowa (rB1 + rB2); -napięcie nasycenia (napięcie emiter-baza pierwsza, przy maksymalnym -----prądzie emitera); -prąd doliny; -prąd szczytu. Tranzystory jednozłączowe używa się do budowy przerzutników astabilnych, bistabilnych i monostabilnych. UE UP UV UES IV IP IE E B2 B1

Dynistor Ma on strukturę czterowarstwową. Składa się on z aż trzech złącz p-n . Aby dynistor mógł przewodzić potencjał na anodzie musi być większe od potecjału katody (mamy już spolaryzowane dwie diody w kierunku przewodzenia - 1 i 2 - stan blokowania). Ale załączenie dynistora następuje dopiero po gwałtownym wzroście napięcia pomiędzy anodą a katodą lub przez przekroczenie napięcia włączenia. Jeśli potecjały są odwrotne tzn. katody większy od anody to dynistor jest w stanie zaporowym.

Diak charakterystyka prądowo – napięciowa. symbol graficzny Diak jest to dynistor symetryczny. Zachowuje się tak jak dioda przełączająca, różni się tylko tym, że napięcie po załączeniu zmniejsza się o stosunkowo małą wartość, nie zbliżając się do zera. Diaki wykorzystuje się do wytwarzania impulsów załączających tyrystory, a w układach sterujących spełniają one funkcje szybkich przełączników, reagujących na wartość chwilową napięcia. charakterystyka prądowo – napięciowa. symbol graficzny

Tyrystor Tyrystor jest to element półprzewodnikowy o strukturze czterowarstwowej typu n-p-n-p. Trzy wyprowadzone na zewnątrz końcówki są dołączone do trzech warstw półprzewodnika: anoda A do skrajnej warstwy p1, katoda K do skrajnej warstwy n2 oraz trzecia końcówka zwana bramką G, do wewnętrznej warstwy p2. Taka struktura może być uważana za połączenie dwóch tranzystorów n-p-n i p-n-p. Przełączenie tyrystora może nastąpić w wyniku przepływu prądu przez bramkę. Im mniejsze jest napięcie między anodą a katodą, tym większy musi być prąd bramki, aby nastąpiło przełączenie tyrystora. Można go włączyć dopiero wówczas, gdy przez bramkę nie będzie płynął prąd i gdy zmniejszymy napięcie między anodą a katodą.

Parametry i zastosowanie tyrystorów Parametry tyrystorów: napięcie przełączenia, przy zerowym prądzie bramki; prąd trzymania – najmniejsza wartość prądu płynącego przez tyrystor, przy której nie następuje jego wyłączenie; prąd przełączający bramki – wartość prądu powodującego przełączenie tyrystora, przy określonym napięciu między anodą a katodą; czas włączenia; czas wyłączenia. Tyrystory stosuje się w: układach zasilania – jako regulator mocy; automatyce – jako styczniki; innych układach elektrycznych – jako przerywacze prądu stałego, sterowniki prądu przemiennego.

Triak Triak to tyrystor symetryczny. Przełączenie triaka następuje pod wpływem ujemnego prądu bramki. W triakach – tyrystorach symetrycznych została wyeliminowana podstawowa wada tyrystorów, jaką jest możliwość przewodzenia prądu tylko w jednym kierunku. Triaki można załączać zarówno przy dodatnim jak i ujemnym napięciu anoda – katoda. Najczęściej wytwarza się triaki, które są przełączone w stan przewodzenia w jednym kierunku prądem o polaryzacji dodatniej, a w drugim kierunku – prądem o polaryzacji ujemnej. Triaki zastępują tyrystory, co umożliwia znaczne uproszczenie układów sterujących.

IV. Elementy i podzespoły optoelektroniczne Dioda elektroluminescencyjna Dioda elektroluminescencyjna (LED), dioda półprzewodnikowa złączowa (ze złączem p–n), emitująca promieniowanie elektromagnetyczne w wyniku zamiany energii nośników prądu (elektronów, dziur) na energię promieniowania (fotonów) w procesie rekombinacji promienistej. Emisja promieniowania następuje podczas przepływu prądu przez diodę polaryzowaną w kierunku przewodzenia. Natężenie, a także światłość i moc promieniowania DEL są w szerokim zakresie wprost proporcjonalne do wartości tego prądu, natomiast długość fali promieniowania, określająca barwę świecenia diody, zależy od rodzaju (w tym składu, domieszek) półprzewodnika. Obecnie są produkowane diody świecące o barwie czerwonej, pomarańczowej, żółtej, zielonej, a nawet niebieskiej, oraz diody pracujące w podczerwieni. DEL są stosowane we wskaźnikach optoelektronicznych , w układach automatyki przemysłowej, czytnikach taśm perforowanych, przetwornikach kodowych itp.

Schematy i charakterystyki diody led Charakterystyka prądowo-napieciowa diody LED: Charakterystyka kątowa promieniowania: Zasada działania - rysunek:

Przeznaczenie diod led LED-y świecące światłem widzialnym znajdują zastosowanie w podawaniu stanów pracy urządzenia np. włączenie, wyłączenie, poziom energii w bateriach, poziom paliwa w zbiorniku samochodowym; czy też innym, w aparaturze pomiarowej, we wskaźnikach (linijkach diodowych), klawiatura zamka szyfrowego, lub też jako elementy podświetlające skalę przyrządu pomiarowego. Zastosowań jest tak wiele, że trudno jest je wszystkie wymienić. Diody świecące w zakresie fal podczerwonych znajdują swoje zastosowanie w przesyle informacji drogą światłowodową na krótkich odcinkach oraz w zdalnym sterowaniu sprzętów gospodarstwa domowego np. telewizora i magnetowidu, czy też bramy wjazdowej, a nawet do transmisji powietrznej danych z komputera do komputera przez złącze IrDA (np. między PC, a palmtopem, czy notebookiem) Zalety diod elektroluminescencyjnych: mały pobór prądu mała wartość napięcia zasilającego duża sprawność mała moc strat małe rozmiary duża trwałość duża wartość luminacji

Fotorezystor Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne występuje w półprzewodnikach i polega na powstawaniu dodatkowych nośników prądu (dziur i elektronów) pod wpływem naświetlania. Nośniki nie opuszczają materiału naświetlonego. Niektóre materiały półprzewodnikowe mogą zmieniać swoją rezystancje pod wpływem naświetlania promieniami : świetlnymi, podczerwonymi, nadfioletem. Do takich materiałów należą: krzem, german, selen, ... Fotorezystor stanowi warstwa lub płytka materiału półprzewodnikowego o dużej czystości, która jest umieszczona na podłożu izolacyjnym z okienkiem umożliwiającym naświetlanie. Jest zamknięty w hermetycznej obudowie. Przy stałym natężeniu oświetlenia ze wzrostem napięcia przełożonego do fotorezystora prąd płynący przez niego rośnie. Przy stałym napięciu ze wzrostem natężenia światła prąd rośnie, a rezystancja maleje. Materiałami na fotorezystory są związki ołowiu i kadmu oraz germanu z domieszką cynku miedzi lub złota.

Parametry i charakterystyka fotorezystora Parametry fotorezystora - czułość widmowa (jest to zależność rezystancji od natężenia oświetlenia), - rezystancja fotorezystora, - rezystywność półprzewodnika, -odstęp między elektrodami, l szerokość elektrod, - prąd ciemniowy, - moc wydzielona na fotorezystorze.

Fotodioda Stanowi złącze p-n o odpowiedniej konstrukcji. Zamknięte w hermetycznej obudowie z okienkiem umożliwiającym naświetlanie odpowiedniego obszaru złącza. Działa przy wykorzystaniu polaryzacji zaporowej to znaczy wykorzystywana jest zależność prądu wstecznego od strumienia świetlnego padającego na złącze. Przy braku naświetlania przez fotodiodę płynie prąd ciemny wywołany generacją termiczną nośnika. Prąd wsteczny płynący przez fotodiodę rośnie ze wzrostem oświetlenia przy stałym napięciu i nie zależy od napięcia polaryzacji wstecznej fotodiody.

Fotoogniwo Fotoogniwo jest przyrządem o stosunkowo dużej powierzchni oświetlonej. Złącze pn znajduje się w bezpośrednim sąsiedstwie oświetlanej powierzchni. Padające na złącze fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika powodują powstanie par elektron dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika związane z obecnością złącza pn, przesuwa nośniki różnych rodzajów w różne strony. Elektrony trafiają do obszaru n, dziury do obszaru p. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim zewnętrznego napięcia elektrycznego. Ponieważ rozdzielone nośniki są nośnikami nadmiarowymi ( mają nieskończony czas życia), a napięcie na złączu pn jest stałe, oświetlone złącze działa jako ogniwo elektryczne. Charakterystyki prądowo napięciowe oświetlonego złącza pn. Polaryzacja zaporowa złącza odpowiada pracy fotodiody, polaryzacja w kierunku przewodzenia - pracy fotoogniwa.  

Fototranzystor a) b) c) d) Fototranzystorem nazywamy element półprzewodnikowy z dwoma złączami p-n. Działa tak samo jak tranzystor z tą różnicą, że prąd kolektora nie zależy od prądu bazy, lecz od natężenia promieniowania oświetlającego obszar bazy. Oświetlenie wpływa na rezystancję obszaru emiter-baza. Wykorzystuje się tu zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne, tj. zjawisko fotoprzewodnictwa.Przy braku oświetlenia przez fototranzystor płynie prąd zerowy a) b) c) d) + - (Baza) . Fototranzystor może pracować jako: a) fotoogniwo, b) fotodioda, c) fototranzystor bez wyprowadzonej końcówki bazy, d) fototranzystor z wyprowadzoną końcówką bazy.

Charakterystyki i zastosowanie fototranzystorów Fototranzystory mają w porównaniu z fotodiodami dwie zalety, a mianowicie: znacznie większą czułość dzięki wzmocnieniu wewnętrznemu pierwotnego prądu fotoelektrycznego oraz możliwość jednoczesnego sterowania prądu kolektora za pomocą sygnałów elektrycznych i świetlnych. Wadą fototranzystorów jest ich mała prędkość działania. Częstotliwość graniczna fT jest rzędu kilkudziesięciu kiloherców. Fototranzystory znalazły duże zastosowanie. Głównymi obszarami zastosowania są układy automatyki i zdalnego sterowania, układy pomiarowe wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, przetworniki analogowo – cyfrowe, układy łączy optoelektronicznych, czytniki taśm i kart kodowych itp. Fototranzystor: a) charakterystyka prądowo – napięciowa, b)charakterystyka czułości widmowej

Fototyrystor FOTOTYRYSTOR- tyrystor, w którym sterowanie (przełączanie w stan przewodzenia) może być realizowane za pomocą energii promieniowania elektromagnetycznego wnikającego w głąb struktury półprzewodnikowej; przebieg procesu jest uwarunkowany wewnętrznym zjawiskiem fotoelektrycznym. Fototyrystor jest gaszony identycznie jak normalny tyrystor, np. przez przerwanie prądu anodowego. Parametry optyczne fototyrystora to: przełączające natężenie oświetlenia i optymalny przedział długości fali promieniowania elektromagnetycznego. Fotyrystory są stosowane najczęściej jako elementy odbiorcze (fotodetektory) w niektórych rodzajach transoptorów oraz przełączniki fotoelektr. w układach automatyki. Symbole graficzne fototyrystora.

TRANSOPTORY Fotoodbiorniki możemy sprzęgać z diodami elektroluminescencyjnymi, w celu przesłania sygnałów na drodze optycznej. W ten sposób uzyskujemy przekazywanie sygnałów z jednego układu do drugiego, przy galwanicznym odseparowaniu tych układów. Tak powstały przyrząd nazywamy transoptorem (dioda i fotodetektor w różnych obudowach) lub łączem optoelektronicznym (dioda i fotodetektor w jednej obudowie). Transoptor jest półprzewodnikowym elementem optoelektronicznym, składającym się z co najmniej jednego fotoemitera i co najmniej jednego fotodetektora, umieszczonych we wspólnej obudowie Transoptor może być: ·        zamknięty – transmisja promieniowania między diodą i fotodetektorem następuje za pomocą światłowodu, ·        otwarty – transmisja promieniowania między diodą i fotodetektorem następuje w powietrzu. Transoptor pozwala przesyłać sygnały elektryczne z wejścia na wyjście bez połączeń galwanicznych obwodów wejściowego i wyjściowego. W transoptorze rolę fotoemitera w obwodzie wejściowym spełnia zwykle dioda elektroluminescencyjna z arsenku galu GaAs. Na wyjściu transoptora może znajdować się fotodioda lub fototranzystor.

Scemat , charakterystyka i zastosowanie transoptorów a) z fotodiodą, b) z fototranzystorem. Transoptory stosuje się: ·        do galwanicznego rozdzielania obwodów, - np. w technice wysokich napięć, ·        w technice pomiarowej i automatyce, ·        w sprzęcie komputerowym, ·        w sprzęcie telekomunikacyjnym. Spełniają one również rolę potencjometrów bezstykowych oraz przekaźników optoelektronicznych, wykorzystywanych do budowy klawiatury kalkulatorów i komputerów. W układach sygnalizacyjnych i zabezpieczających są stosowane jako: ·        wyłączniki krańcowe, ·        czujniki otworów, ·        czujniki położenia, wskaźniki poziomu cieczy. Charakterystyka przejściowa transoptora: dioda elektroluminescencyjna – fototranzystor.

KONIEC Bibliografia: www.elektroda.net www.tranzystor.pl www.wilkipedia.pl www.sciaga.pl www.elektronik.friko.pl