Классификация оптоэлектронных приборов и устройств. Светодиодные источники повышенной яркости и белого света. Устройство и принцип действия фоторезистора. Устройство и принцип действия оптоэлектронного блокинг-генератора

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Классификация оптоэлектронных приборов и устройств

Оптоэлектроника охватывает два основных независимых направления - оптическое и электронно-оптическое. Оптическое направление базируется на эффектах взаимодействия твердого тела с электромагнитным излучением. Оно опирается на голографию, фотохимию, электрооптику и другие явления.

Оптическое направление иногда называют лазерным.

Электронно-оптическое направление использует принцип фотоэлектрического преобразования, реализуемого в твердом теле посредством внутреннего фотоэффекта, с одной стороны, и электролюминесценцией, с другой. В основе этого направления лежит замена гальванических и магнитных связей в традиционных электронных цепях оптическими. Это позволяет повысить плотность информации в канале связи, его быстродействие, помехозащищенность.

Для микроэлектроники представляет интерес в основном электронно-оптическое направление, которое позволяет решить одну из важных проблем интегральной микроэлектроники - существенное уменьшение паразитных связей между элементами как внутри одной интегральной микросхемы, так и между микросхемами. На оптоэлектронном принципе могут быть созданы без вакуумные аналоги электронных устройств и систем: дискретные и аналоговые преобразователи электрических сигналов (усилители, генераторы, ключевые элементы, элементы памяти, логические схемы, линии задержки и др.); преобразователи оптических сигналов - твердотельные аналоги электронно-оптических преобразователей, видиконов, электронно-лучевых преобразователей (усилители света и изображения, плоские передающие и воспроизводящие экраны); устройства отображения информации (индикаторные экраны, цифровые табло и другие устройства картинной логики). Классификация оптоэлектронных приборов по выполняемым функциям приведена в табл. 1.

Таблица 1

2. Светодиодные источники повышенной яркости и белого света

Острая потребность в широкой номенклатуре информационных экранов, дисплеев, осветительных приборов обусловливает необходимость создания особо ярких светодиодов (ОЯ СИД) различной цветовой гаммы, в том числе и белого свечения.

Зеленые, белые, синие ОЯ СИД изготавливаются на структурах InGaN. Они имеют существенно большие прямые падения напряжения Uпр по сравнению с красными, желтыми и оранжевыми. Необходимость ограничения прямого тока объясняет целесообразность питания СИД от источников тока.

При выборе ОЯ СИД особое внимание уделяют типу колбы и конструкции. Колба должна быть прозрачной, если:

Требуется максимальная сила света при сравнительно небольшом (30°) угле излучения.

СИД используется с вторичной оптикой (цветными и матовыми фильтрами) или в качестве локального исправления источника света, например как фонарик;

Прозрачная колба используется в СИД всевозможных подсветок и светодиодов.

Совершенствование светодиодов.

3. Устройство и принцип действия фоторезистора

Фоторезистор - это полупроводниковый резистор, действие которого основано на фоторезистивном эффекте.

При облучении фоторезистора фотонами в полупроводниковом фоточувствительном слое возникает избыточная концентрация носителей заряда. Если к фоторезистору приложено напряжение, то через него будет проходить дополнительная составляющая тока - фототок, обусловленный избыточной концентрацией носителей.

Фототок соответствует прохождению через фоторезистор и через внешнюю цепь электронов.

Если облучения нет, то фоторезистор имеет некоторое большое сопротивление RТ, называемое темновым. Оно является одним из параметров фоторезистора и составляет 104 - 107 Ом. Соответствующий ток через фоторезистор называют темновым током.

При действии излучения с достаточной энергией фотонов на фоторезистор в нем происходит генерация пар подвижных носителей заряда (электронов и дырок) и его сопротивление уменьшается.

Для фоторезисторов применяют различные полупроводники, имеющие нужные свойства. Так, например, сернистый свинец наиболее чувствителен к инфракрасным, а сернистый кадмий - к видимым лучам. Фоторезисторы характеризуются интегральной чувствительностью S, т.е. отношением фототока Iф к световому потоку Ф при номинальном значении напряжения:

А также удельной чувствительностью, т.е. интегральной чувствительностью отнесенной к 1 В приложенного напряжения:

фоторезистивный полупроводниковый оптический

где Ф - световой поток.

Обычно удельная чувствительность составляет несколько сотен или тысяч микроампер на вольт-люмен.

Фоторезисторы имеют линейную вольт-амперную и нелинейную энергетическую характеристику.

К параметрам фоторезисторов кроме темнового сопротивления и удельной чувствительности следует еще отнести максимальное допустимое рабочее напряжение (до 600 В), кратность изменения сопротивления (может быть до 500), температурный коэффициент фототока:

.

Значительная зависимость сопротивления от температуры характерная для полупроводников, является недостатком фоторезисторов. Существенным недостатком надо считать также их большую инерционность, объясняющуюся довольно большим временем рекомбинации электронов и дырок после прекращения облучения, Практически фоторезисторы применяются лишь на частотах не выше нескольких сотен герц или единиц килогерц. Собственные шумы фоторезисторов значительны. Тем не менее, фоторезисторы широко применяются в различных схемах автоматики и во многих других устройствах.

4. Устройство и принцип действия оптоэлектронного блокинг-генератора

Вариант импульсного устройства типа блокинг-генератор представлен на рис. 1. Применение диодного оптрона позволяет исключить импульсный трансформатор, не поддающийся микроминиатюризации. Оптрон пропускает постоянный ток, поэтому схема формирует импульсы прямоугольной формы, длительность которых ограничена лишь инерционностью транзистора и параметрами С-цепи. Важным достоинством является высокая помехоустойчивость схемы по цепи питания.

Схема работает следующим образом (рис. 1).

Рисунок 1. Оптронный блокинг - генератор: схема; диаграммы работы

При поступлении на вход запертого транзистора запускающего сигнала ir транзистор переходит в активный режим, через СИД оптрона начинает протекать ток коллектора транзистора iк и в базу транзистора через фотодиод оптрона и конденсатор С поступает ток обратной связи iб. Под действием сигнала обратной связи транзистор переходит в режим насыщения. Амплитуды выходного напряжения Uвых и коллекторного тока насыщения Iкн равны:

Uвых = Uп-Uн-Uсд;

Где - Соответственно напряжения насыщения VT и на светодиоде.

Транзистор и СИД соединены последовательно.

Современные СИД имеют меньшее значение максимально допустимого прямого тока, чем транзистор. Поэтому предельное значение выходного тока в схеме определяется не транзистором, а СИД оптрона и составляет 100--200 мА.

Длительность выходного импульса tи равна интервалу времени, на котором базовый ток транзистора спадает от начального значения Iб,о до тока на границе насыщения Iб н, т. е.

Где

;

- коэффициент передачи по току транзистора;

где, - базовое сопротивление транзистора;

;

-ток базы; - ток базы при насыщении транзистора.

Получим выражение для расчета длительности импульса:

где - коэффициент передачи по току оптрона,

Таким образом, для формирования импульсов большой длительности необходимо применение транзисторов с большим , так как диодных оптронов менее 5-10-2.

Длительность паузы между импульсами tn определяется временем восстановления базовой цепи -- длительностью разряда хронирующего конденсатора С через резистор R:

.

Оптронный блокинг - генератор по сравнению с трансформаторным обладает повышенной термостабильностью, так как коэффициент передачи оптрона с ростом температуры уменьшается, а транзистора увеличивается; кроме того, схема проще конструктивно, технологичнее. Недостатком схемы является снижение энергии выходного импульса, связанное с малой допустимой мощностью рассеяния СИД оптрона.

Размещено на Allbest.ru