EiUE - odpowiedzi

1. Zdefiniuj pojęcie „półprzewodnik” (wymień znane Ci materiały, rodzaje)

Półprzewodnik jest to materiał o wartości konduktywności pomiedzy konduktywnością metali a izolatorów. Konduktywność półprzewodnika silnie wzrasta wraz z rosnącą temperaturą. Bardzo duży wpływ na konduktywność półprzewodnika mają warunki otoczenia w których pracuje (naświetlenie, wilgotność, pola magnetyczne etc.). Podstawowy podział półprzewodników to podział na półprzewodniki samoistne i domieszkowane. Typowa zawartość domieszki to ok. 1 atom domieszki na 10⁶ atomów półprzewodnika. Można je także podzielić na półprzewodniki proste (złożone z jednego rodzaju atomów - krzem, german) oraz złożone (arsenek galu, azotek galu, antymonek indu, tellurek kadmu). Inny podział to podział na półprzewodniki z przewą wzbronioną prostą (arsenek galu) oraz te z przerwą skośną (german, krzem)

Materiały - krzem (Si), german (Ge), arsenek galu (GaAs), azotek galu (GaN), antymonek indu (SbIn), tellurek kadmu (CdTe).

2. Dokonaj klasyfikacji materiałów z użyciem modelu pasmowego. Podaj przykłady współczesnych materiałów półprzewodnikowych.

W modelu pasmowym przewodnictwa wyróżniamy 3 podstawowe pasma:

• Pasmo walencyjne (podstawowe)

• Pasmo wzbronione (przerwę wzbronioną)

• Pasmo przewodzenia

Jeżeli pasmo walencyjne nie jest zapełnione elektronami lub nie występuje przerwa wzbroniona (pasmo przewodzenia i walencyjne „nachodzą na siebie”) występuje swobodny przepływ elektronówi mamy do czynienia z metalem (przewodnikiem) - np. miedź, żelazo, nikiel, aluminium. Jeżeli występuje przerwa wzbroniona o szerokości mniejszej od pewnej szerokości granicznej mamy do czynienia z półprzewodnikiem (np. krzem, german, arsenek galu), natomiast w przypadku przerwy energetycznej większej - z izolatorem (np. diament, mika). Zwykle przyjmuje się szerokość graniczną przerwy 3eV lub 5eV (ale np. azotek galu ma przerwę 6,2eV a jest uważany za półprzewodnik).

3. Na modelu pasmowym przedstaw procesy: generacji prostej, generacji pośredniej, rekombinacji prostej, rekombinacji pośredniej. Jakie są skutki występowania tych procesów w materiałach półprzewodnikowych?

Generacja prosta - bezpośrednie przejście elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa z równoczesnym utworzeniem dziury w paśmie podstawowym. Zwykle zachodzi pod wpływem padającego fotonu (przerwa energetyczna jest zbyt duża, by mogła zostać pokonana przez drgania cieplne)

Generacja pośrednia - przejście elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodzenia (oraz powstanie dziury) w dwóch etapach - najpierw z pasma walencyjnego do dozwolonych poziomów pasma wzbronionego (w wyniku defektów struktury krystalicznej - np. odpowiednich domieszek mogą się w paśmie wzbronionym pojawić dozwolone poziomy energetyczne), a następnie do pasma przewodzenia. Ze względu na mniejszą różnicę energii podczas skoków, bardziej prawdopodobna od bezpośredniej.

Rekombinacja prosta - bezpośredni spadek elektronu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego, w wyniku którego z pasma walencyjnego znika dziura, a z pasma przewodnictwa elektron. Uwolniona energia może zostać wyemitowana w postaci fotonu (rekombinacja promienista) lub przekazana innemu nośnikowi prądu (rekombinacja niepromienista).

Rekombinacja pośrednia - elektron spadając z pasma przewodnictwa jest po drodze pułapkowany w paśmie wzbronionym (w stanach kwantowych istniejących z powodu defektów sieci krystalicznej). W tą samą pułapkę zostaje wciągnięta dziura i tam właśnie zachodzi rekombinacja.

Skutki - przewodnictwo dziurowe (generacja), zjawisko fotoelektryczne (generacja), zjawisko fotoemisji (rekombinacja)

4. Przedstaw półprzewodnik samoistny wykorzystując model pasmowy. Jakimi właściwościami charakteryzuje się taki materiał półprzewodnikowy w temperaturze T = 0K oraz T = 300K.

Poziom Fermiego (najniższy zapełniony w temperaturze 0K poziom energetyczny) materiału półprzewodnikowego jest górną granicą jego pasma walencyjnego. Stąd w temperaturze 0K w półprzewodniku samoistnym nie ma wolnych nośników prądu, a zatem zachowuje się on jak izolator. W temperaturach wyższych (np. 300K) pewna niewielka ilość elektronów uzyskuje wystarczającą energię aby przejść z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa (pozostawiając w paśmie walencyjnym „dziury” - wolne miejsca po elektronach), zatem półprzewodnik samoistny w wyższych temperaturach wykazuje zdolność słabego przewodzenia prądu.

5. Przedstaw mechanizm powstawania półprzewodnika domieszkowanego typu „p”, model pasmowy takiego materiału półprzewodnikowego. Jaki proces wystąpi w takim materiale gdy temperatura otoczenia zmieni się z 0K do 300K.

Półprzewodnik domieszkowy typu „p” powstaje, gdy półprzewodnik samoistny domieszkuje się materiałem o mniejszej ilości elektronów walencyjnych (np. krzem glinem lub borem). Atomy domieszki wbudowują się w sieć krystaliczną półprzewodnika, ale ponieważ nie są w stanie utworzyć wystarczającej ilości wiązań chemicznych, powstaje „dziura”, prosta do obsadzenia przez elektrony półprzewodnika. W modelu pasmowym domieszka jest reprezentowana przez dodatkowe puste poziomy energetyczne pomiędzy środkiem przerwy wzbronionej a wierzchołkiem pasma walencyjnego. Przy wzroście temperatury początkowo kondyktywność będzie rosła szybko, aż do całkowitego wypełnienia wolnych poziomów energetycznych (powstałych w wyniku domieszkowania). Następnie nastąpi obniżenie kondyktywności związane z rozpraszaniem na fononach sieci (a energią jeszcze niewystarczającą do przekroczenia całej przerwy energetycznej), a przy dalszym ogrzewaniu ponowny jej wzrost (zakończony wraz ze zniszczeniem materiału - przerywaniem wiązań chemicznych).

6. Przedstaw mechanizm powstawania półprzewodnika domieszkowanego typu „n”, model pasmowy takiego materiału półprzewodnikowego. Jaki proces wystąpi w takim materiale gdy temperatura otoczenia zmieni się z 0K do 300K.

Półprzewodnik domieszkowy typu „n” powstaje, gdy półprzewodnik samoistny domieszkuje się materiałem o większej ilości elektronów walencyjnych (np. krzem fosforem lub arsenem). Atomy domieszki wbudowują się w sieć krystaliczną półprzewodnika, ale ponieważ nie są w stanie związać wszystkich swoich elektronów walencyjnych, pozostają wolne elektrony. W modelu pasmowym domieszka jest reprezentowana przez dodatkowe zapełnione poziomy energetyczne pomiędzy środkiem przerwy wzbronionej a dnem pasma przewodnictwa. Przy wzroście temperatury początkowo kondyktywność będzie rosła szybko, aż do całkowitego opróżnienia dodatkowych poziomów energetycznych. Następnie nastąpi obniżenie kondyktywności związane z rozpraszaniem na fononach sieci (a energią jeszcze niewystarczającą do przekroczenia całej przerwy energetycznej), a przy dalszym ogrzewaniu ponowny jej wzrost (zakończony wraz ze zniszczeniem materiału - przerywaniem wiązań chemicznych).

7. Sklasyfikuj i opisz ruch nośników prądu w półprzewodnikach

W półprzewodniku występują następujące rodzaju ruchu nośników prądu:

• Cieplny (bezładny)

• Unoszenia (dryft) - pod wpływem pola elektrycznego (elektronów do +, dziur do -)

• Dyfuzji - pod wpływem różnicy koncentracji (np. elektronów z obszarów typu n do obszarów typu p)

8. Co opisuje ruchliwość nośników w półprzewodniku i jak ten parametr zmienia się w funkcji natężenia pola elektrycznego?

Ruchliwość nośników prądu w półprzewodniku opisuje „łatwość” z jaką dane nośniki nabierają prędkości w polu elektrycznym. Maleje wraz ze wzrostem natężenia pola elektrycznego.

9. Co to jest prąd unoszenia?

Jest to uporządkowany przepływ ładunków wywołany przyłożonym polem elektrycznym - dziur w kierunku bieguna ujemnego, a elektronów w kierunku bieguna dodatniego

10. Co to jest prąd dyfuzji?

Jest to przepływ ładunków od obszaru ich większej koncentracji do obszaru ich mniejszej koncentracji (dziur z obszarów typu p do obszarów typu n, a elektronów w pierunku przeciwnym)

11. Zdefiniuj pojęcie konduktywności półprzewodnika. Omów przyczynę zmian konduktywaności półprzewodnika domieszkowanego od temperatury przedstawionej na wykresie ln σ = f(1/T).

Konduktywność jest to iloraz gęstości prądu przez natężenie pola elektrycznego (lokalne). Można ją także opisać za pomocą wzoru
gdzie σ - konduktywność, μ - ruchliwość, n - koncentracja, q - ładunek, a indeksy d i e odpowiadają kolejno dziurom i elektronom. Początkowy wzrost konduktywności jest spowodowany wypełnianiem dodatkowego położonego w pobliżu pasma walencyjnego pasma dodatkowego (w przypadku półprzewodników typu p) lub też (w przypadku półprzewodników typu n) przechodzeniem elektronów z pasma dodatkowego położonego bliżej pasma przewodnictwa do tegoż. Następnie, gdy wszystkie dodatkowe nośniki będą uczestniczyć w przewodzeniu wystąpi spadek konduktywności spowodowany wzrostem rozpraszania na fononach bez równoczesnego wzrostu koncentracji nośników (energia drgań cieplnych nie jest wystarczająca do przekroczenia przerwy w półprzewodniku samoistnym, a domieszka już przewodzi). Ostatnim efektem jest wzrost konduktywności spowodowany rozrywaniem wiązań wewnątrz półprzewodnika i przewodzeniem elektronów do pasma przewodnictwa.

12. Wymień rodzaje złącz p - n. Czym się one charakteryzują?

Podstawowe rodzaje złącz p - n to złącza skokowe i liniowe. Różnią się one przestrzennym rozkładem domieszki - w złączach skokowych zmiana typu przewodnictwa zachodzi natychmiast po przekroczeniu pewnej granicy (skokowo), natomiast w złączach liniowych w obszarze ładunku przestrzennego występuje gradient rozkładu domieszki (rozkład zmienia się liniowo).

13. Przedstaw model pasmowy złącza p - n bez polaryzacji zewnętrznej. Co to jest napięcie dyfuzyjne, od czego i jak zależy jego wartość?

Model złącza p - n jest tak naprawdę złożeniem obszaru n i obszaru p (daleko od złącza). W obszarze warstwy zaporowej (ładunku przestrzennego) ze względu na występowanie wbudowanego w złącze pola elektrycznego pasma walencyjne i przewodzenia są nachylone do osi energii (przejście z pasma walencyjnego typu p do typu n i pasam przewodzenia typu p do typu n). Napięcie dyfuzyjne jest to bariera potencjału wynikająca z istnienia pola elektrycznego wewnętrz złącza. Zależy głównie od koncentracji domieszek i temperatury.

14. Przedstaw model pasmowy złącza p - n spolaryzowanego w kierunku przewodzenia. Zaznacz wartość energii odpowiadającej napięciu polaryzacji.

Model pasmowy jak wyżej, ale poziomy zbliżone o eU („pseudopoziomy Fermiego” - odległe od siebie o eU). Dzięki temu zmniejsza się bariera potencjału na złączu i nośniki prądu muszą uzyskać mniejszą energię, aby brać udział w przewodzeniu prądu. Podstawowymi nośnikami są tutaj nośniki mniejszościowe. Następuje zmniejszenie szerokości warstwy zaporowej.

15. Przedstaw model pasmowy złącza p - n spolaryzowanego w kierunku zaporowym. Zaznacz wartość energii odpowiadającej napięciu polaryzacji.

Model pasmowy jak wyżej, ale poziomy oddalone o eU („pseudopoziomy Fermiego” - odległe od siebie o eU). Z tego względu zwiększa się bariera potencjału na złączu i nośniki prądu muszą uzyskać większą energię, aby brać udział w przewodzeniu prądu. Podstawowymi nośnikami są tutaj nośniki większościowe. Następuje zwiększenie szerokości warstwy zaporowej.

16. Przedstaw mechanizm powstawania złącza p - n. Wyjaśnij pojęcia: bariera potencjału, warstwa zaporowa, napięcie dyfuzyjne.

Złącze p - n powstaje na styku dwóch obszarów domieszkowanych półprzewodnika: obszaru typu n i obszaru typu p. W wyniku ich zetknięcia początkowo powstaje duża różnica koncentracji elektronów i dziur pomiędzy tymi obszarami. Różnica koncetracji powoduje powstanie prądu dyfuzyjnego wyrównującego stężenia. Prąd dyfuzyjny powoduje powstanie pola elektrycznego związanego z nieskompensowanym ładunkiem (dodatnim w obszarze n i ujemnym w obszarze p) - z tym właśnie polem elektrycznym związane jest napięcie dyfuzyjne i jest to różnica potencjałów, która powstaje pomiędzy oboma końcami warstwy ładunku przestrzennego w warunkach stacjonarnych (równowadze termodynamicznej). Warstwa zaporowa (ładunku przestrzennego) to warstwa, w której pasma walencyjne i przewodzenia są pochylone (a zatem występuje pole elektryczne), a koncentracja ładunków jest zmniejszona ze względu na zachodzące procesy rekombinacji. Bariera potencjału - różnica potencjałów pomiędzy dwoma obszarami.

17. Wymień założenia przyjmowane dla opisu idealnego złącza p - n.

• Nieskończone i jednorodne obszary p i n

• Niska gęstość prądu

• Nie występuje zjawisko przebicia

• W obszarze złącza nie zachodzi rekombinacja

• Poza obszarem złącza ruch nośników wyłącznie dyfuzyjny

• Pole elektryczne tylko w warstwie zaporowej, zerowa rezystancja pozostałych obszarów

18. Przedstaw charakterystykę I = f(U) idealnego złącza p - n, opisz ją zworem (wzór Schockley'a), określ przedział zmian współczynnika doskonałości złącza.

Wzór Schockley'a:
gdzie q - ładunek nośnika, U - napięcie na złączu, k - stała Boltzmanna, T - temperatura bezwzględna, I_s - natężenie prądu nasycenia złącza, n - współczynnik doskonałości złącza. n
[1,2].

19. Przedstaw przepływ nośników w złączu p - n (rodzaje prądów) dla kierunku przewodzenia oraz kierunku zaprorowego.

W kierunku zaporowym przepływ prądu jest utrudniony, ponieważ przyłożenie napięcia przeciwnego do polaryzacji złącza (+ do obszaru n, - do obszaru p) powoduje odciągnięcie nośników prądu od złącza i poszerzenie warstwy zaporowej, przez co rośnie rezystancja złącza. Przepływ prądu nasycenia jest spowodowany głównie nośnikami większościowymi zbieranymi spoza złącza, jest to prąd unoszenia.

W kierunku przewodzenia przepływ prądu jest ułatwiony, ponieważ przyłożenie napięcia zgodnego z polaryzacją złącza (+ do obszaru p, - do obszaru n) powoduje zepchnięcie nośników w kierunku złącza, a zatem zwężenie warstwy zaporowej, a stąd także zmniejszenie rezystancji złącza. W takich warunkach może łatwiej zachodzić dyfuzja i to właśnie prąd dyfuzji jest głównym składnikiem prądu w kierunku przewodzenia.

20. Z czego wynika występowanie w złączu p - n rezystancji szeregowej. Przedstaw charakterystykę I = f (U) rzeczywistego złącza (zaznacz wpływ rezystancji szeregowej).

Występowanie rezystancji szeregowej wynika m.in. z istnienia doprowadzeń do złącza (styków, warstwy półprzewodnika nie oddziałującego z obszarem ładunku przestrzennego). Charakterystyka złącza rzeczywistego jest sumą charakterystyk rezystora liniowego połączonego szeregowo i złącza idealnego ( I(U) -> najpierw płasko, później pod pewnym stałym kątem odpowiadającym rezystancji szeregowej). Rezystancja szeregowa jest widoczna szczególnie w obszarze gwałtownego wzrostu konduktancji złącza (przy napięciach większych od granicznych)

21. Z czego wynika występowanie w złączu p - n rezystancji równoległej. Przedstaw charakterystykę I = f(U) rzeczywistego złącza (zaznacz wpływ rezystancji równoległej).

Występowanie rezystancji równoległej wynika z istnienia „alternatywnych” ścieżek przepływu prądu - np. przez obudowę. Charakterystyka złącza rzeczywistego jest sumą charakterystyk rezystora liniowego połączonego równolegle ze złączem idealnym (przebicie - obszar lekkiego nachylenia - przewodzenie). Rezystancja równoległa zwykle w zastosowaniach inżynierskich daje się zaniedbać, jej wpływ jest widoczny niemal wyłącznie w obszarze prądów nasycenia.

22. Opisz działanie diody tunelowej posługując się modelem pasmowym

Dioda tunelowa (Esakiego) jest to złącze, w którym ze względu na istnienie więcej niż jednego minimum energetycznego pasma przewodzenia możliwe jest przejście tunelowe (bez zmiany energii) nośników prądu zarówno z obszaru typu p do obszaru typu n jak i z obszaru typu n do obszaru typu p. W pewnym zakresie napięć dioda tunelowa charakteryzuje się ujemną rezystancją dynamiczną.

23. Określ warunki, w jakich występuje zjawisko przebicia Zenera. Zilustruj mechanizm tego zjawiska.

Zjawisko przebicia Zenera zachodzi w silnie domieszkowanych półprzewodnikach. Jest to gwałtowny spadek rezystancji złącza po przekroczeniu pewnego granicznego napięcia w kierunku zaporowym (napięcia Zenera charakterystyczną dla danego złącza). Jest to związane z niewielką szerokością obszaru ładunku przestrzennego, dzięki czemu elektron może przejść z pasma walencyjnego typu p do pasma przewodzenia typu n bez zmiany energii, stając się w wyniku tego swobodnym nośnikiem prądu. Zjawisko Zenera występuje dla napięć polaryzujących nie większych niż 6V. Nie powoduje zniszczenia złącza, o ile wydzielana moc jest odprowadzana z układu.

24. Określ warunki, w jakich występuje zjawisko przebicia lawinowego. Zilustruj mechanizm tego zjawiska.

Przebicie lawinowe występuje w słabo domieszkowanych złączach o szerokim obszarze ładunku przestrzennego, po przyłożeniu odpowiednio dużego napięcia w kierunku zaporowym. W wyniku dużej różnicy potencjałów ładunki nabierające prędkości w warstwie zaporowej zyskują energię na tyle dużą, że umożliwia im ona jonizację atomu, z którym nastąpi zderzenie. W wyniku tego następuje lawinowy wzrost nośników prądu, a zatem także zmniejszenie rezystancji złącza. Nie powoduje zniszczenia złącza, o ile wydzielana moc jest odprowadzana z układu.

25. Przedstaw charakterystykę I = f(U) spolaryzowanej zaporowo diody stabilizacyjnego. Wymień parametry charakteryzujące właściwości diody.

Taka jak każdej innej - przebicie, obszar nasycenia, obszar przewodzenia. Obszar pracy w pobliżu napięcia przebicia. Parametry:

U_z - napięcie Zenera (stabilizacji), I_zmax - prąd maksymalny, P_max - moc admisyjna (maksymalna), r_r - rezystancja różniczkowa (Zenera)

26. Określ, jaką rolę w układzie prostownika spełnia dioda prostownicza. Podaj jej symbol graficzny, podstawowe parametry. Dla jakiej polaryzacji złącza wykorzystuje się taką diodę przy prostowaniu sygnału przemiennego?

Zadaniem diody prostowniczej jest przepuszczenie do układu tylko tej części sygnału, który jest zgodny z jej kierunkiem przewodzenia. Podstawowe parametry: I_Fmax - maksymalny dopuszczalny prąd diody, U_Rmax - napięcie przebicia, U_F - napięcie przewodzenia (przy prądach ok. 0.1 dopuszczalnego), U_T - potencjał elektrokinetyczny, charakterystyka I = f(U). Przy prostowaniu sygnału przemiennego wykorzystuje się ją zarówno w kierunku przewodzenia (aby przepuścić daną część sygnału gałęzią w której jest dioda) jak i w kierunku zaporowym (aby danej części sygnału nie przepuścić daną gałęzią obwodu). Symbol - trójkąt z kreską na końcu.

27. Korzystając z charakterystyki I = f(U) diody prostowniczej wyjaśnij, na czym polega prostowanie prądu przemiennego.

Pierwszym etapem prostowania jest przepuszczenie części sygnału zgodnej z kierunkiem przewodzenia diody i zablokowaniem pozostałej części (w przypadku prostowników dwupołówkowych - przepuszczenie jednej części jedną gałęzią, a drugiej drugą). Jest to możliwe dzięki charakterystyce prądowo - napięciowej diody, mianowicie bardzo dużej rezystancji w kierunku zaporowym i bardzo małej w kierunku przewodzenia. Następnym etapem prostowania jest „wyrównywanie” przebiegu, wykonywane za pomocą układów cewek i kondensatorów, zależnie od żądanego przebiegu wyjściowego.

28. Jaką funkcję pełni w urządzeniach zasialjących układ prostownika (schemat prostownika jednopołówkowego)? Przedstaw przebieg napięcia na obciążeniu bez i z podłączonym równolegle na wyjściu kondensatorem.

Prostownik jednopołówkowy przepuszcza tylko tę część sygnału, która jest zgodna z kierunkiem przewodzenia jego diody. Jego podstawową rolą jest przepuszczanie tylko sygnału o określonej polaryzacji. W przypadku podłączenia na wyjściu kondensatora, będzie on „wygładzał” przebieg napięcia na wyjściu prostownika. (schemat - dioda + ewent. kondensator). Dużą wadą jest utrata połowy sygnału.

29. Przedstaw schemat układu prostownika dwupołówkowego (transformator z dzielonym uzwojeniem wtórnym) i opisz zasadę jego działania.

Jest to układ podobny do mostka transformatorowego, w którym w górnej i dolnej gałęzi wpięte są (tak samo) diody prostownicze (za diodami gałęzie te są zwarte), natomiast wyjście to gałąź środkowa i zacisk za zwartymi gałęziami z diodami. W jednej części przebiegu sygnał zbierany jest przez dolną diodę i środkową gałąź, natomiast w drugiej części przez górną diodę i środkową gałąź. Wpięcie na wyjściu kondensatora umożliwia dodatkowe wygładzenie przebiegu. Wadą tego układu jest duży spadek napięcia na transformatorze. Korzystny dla małych napięć. Prostowany jest cały przebieg.

30. Przedstaw schemach układu prostownika dwupołówkowego mostkowego (układ Graetza) i opisz zasadę jego działania.

Schemat - mostek z diodami wszystkimi w jednym kierunku (np. wierzchołek z kreską zawsze z prawej), wprowadzenie w dwóch przeciwległych węzłach (pomiędzy parami diód - jak wskaźnik równowagi mostka), w pozostałych dwóch wyprowadzenie. Ponieważ do każdego z doprowadzeń dochodzi jedna dioda spolaryzowana zaporowo i druga spolaryzowana w kierunku przewodzenia, na zaciskach wyjściowych mostka biegun dodatni napięcia zawsze pojawia się na tym samym zacisku (a na przeciwnym zawsze biegun ujemny). Prostowany jest cały przebieg (nie ma obszaru „odcinanego”). Włączenie na wyjściu kondensatora umożliwia wygładzanie przebiegu (znacznie szybciej niż w przypadku prostownika jednopołówkowego). Wadą układu jest strata dwukrotnie większej mocy w wyniku prądu nasycenia (zawsze dwie diody spolaryzowane są zaporowo). Korzystny dla dużych napięć.

31. Wyjaśnij zasadę działania fotorezystora. Narysuj jego charakterystyki.

Fotorezystor jest rezystorem o rezystancji zależnej od natężenia oświetlenia. Wraz ze wzrotem natężenia światła rezystancja fotorezystora maleje, przy czym różnica zmiana może sięgać nawet 6 rzędów wielkości. Wykorzystuje efekt fotoelektryczny wewnętrzny (przejście elektronu ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego pod wpływem światła). Fotorezystory mogą być selektywne lub reagować na szeroki zakres fal elektromagnetycznych.

32. Opisz oddziaływanie światła z ciałem stałym (zjawiska: fotoelektryczne zewnętrzne i wewnętrzne, efekt fotowoltaiczny).

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne - emisja elektronów z powierzchni materiału pod wpływem padającego światła (energia fotonu padającego = praca wyjścia z materiału + energia uniesiona przez elektron)

Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne - przejście elektronu ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego (z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa) pod wpływem padającego światła.

Efekt fotowoltaiczny - powstanie siły elektromotorycznej w materiale na skutek naświetlania go promieniowaniem elektromagnetycznym. Wykorzystywany jest m. in. w ogniwach słonecznych i fotodiodach.

33. Wyjaśnij zasadę działania fotodiody, narysuj schemat eleketryczny układu do pomiaru natężenia oświetlenia i objaśnij jego działanie.

Fotodioda działa zgodnie ze zjawiskiem fotowoltaicznym. Jest to złącze p - n lub p - i - n . Przy braku polaryzacji fotodioda pracuje jako źródło prądu, natomiast przy polaryzacji zaporowej jako rezystor o rezystancji zależnej od natężenia światła. Przykład schematu - fotodioda i woltomierz. Najczęście wykorzystywana jako detektor (mniejsza bezwładność od fotorezystorów).

34. Objaśnij budowę i zasadę działania ogniwa słonecznego i podaj jego parametry.

Ogniwo słoneczne (fotoogniwo - złącze p - n działające zgodnie z efektem fotowoltaicznym). Jest wykorzystywane jako źródło energii. Podstawowe parametry: moc admisyjna (maksymalna), współczynnik wypełnienia (iloraz mocy maksymalnej i idealnej), sprawność, geometria (powierzchnia czynna, wymiary), prąd zwarciowy, napięcie stanu jałowego

35. Co to jest pojemność dyfuzyjna i złączowa. Którą z nich wykorzystuje się w diodzie pojemnościowej?

Pojemność dyfuzyjna - związana z występowaniem nadmiarowych nośników mniejszościowych - jest zależna od prądu płynącego przez złącze.

Pojemność złączowa - wykorzystywana w diodach pojemnościowych, zależy od szerokości obszaru zubożonego (obszaru ładunku przestrzennego). Związana z istnieniem dipola elektrycznego (krańców obszaru zubożonego).

36. Charakterystyka C = f(U) diody pojemnościowej. Schemat aplikacji diody do przestrajania obwodu rezonansowego. Działanie układu.

- przybliżony wzór na zależność pojemności złączowej od napięcia. C_j0 - pojemność złączowa przy zerowym napięciu, φ_B - bariera potencjału, U - przyłożone napięcie, n - stała zależna od parametrów złącza (geometrii, materiału itd.).

Schemat - C. Dioda pojemnościowa jest tutaj elementem sterowanym za pomocą napięcia z potencjometru. Dzięki temu w rezonans wpada tylko przy szczególnych częstotliwościach sygnału wejściowego (przy jakich - to zależy od ustawienia potencjometru).

---