Оптическая электроника: фототиристоры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Оптическая электроника: фототиристоры

Минск 2008г.

Введение

В наши дни прогресс в различных областях науки и техники немыслим без приборов оптической электроники. Оптическая электроника уже давно играет ведущую роль в жизни человека. А с каждым годом ее внедрение во все сферы человеческой деятельности становится все интенсивнее. И этому есть свои причины. Устройства оптоэлектроники имеют ряд отличий от других устройств.

Можно выделить следующие их достоинства.

а) Высокая информационная емкость оптического канала, связанная с тем, что частота световых колебаний (около 1015 Гц) в 103-104 раз выше, чем в освоенном радиотехническом диапазоне. Малое значение длины волны световых колебаний обеспечивает высокую достижимую плотность записи информации в оптических запоминающих устройствах (до 108 бит/см 2).

б) Острая направленность светового излучения, обусловленная тем, что угловая расходимость луча пропорциональна длине волны и может быть меньше одной минуты. Это позволяет концентрированно и с малыми потерями передавать электромагнитную энергию в заданную область пространства. В малогабаритных электронных устройствах лазерный луч может быть направлен на фоточувствительные площадки микронных размеров. оптический запоминающий излучение

в) Возможность двойной - временной и пространственной модуляции светового луча. Минимальная элементарная площадка в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Это позволяет производить параллельную обработку информацию, что очень важно при создании высокопроизводительных комплексов.

г) Так как источник и приемник в оптоэлектронике не связаны друг с другом электрически, а связь между ними осуществляется только посредством светового луча (электрически нейтральных фотонов), они не влияют друг на друга. И поэтому в оптоэлектронном приборе поток информации передается лишь в одном направлении - от источника к приемнику. Каналы, по которым распространяется оптическое излучение, не воздействуют друг на друга и практически не чувствительны к электромагнитным помехам (отсюда и высокая помехозащищенность).

д) возможность непосредственного оперирования со зрительно воспринимаемыми образами: фотосчитывание, визуализация (например, на жидких кристаллах).

Любое оптоэлектронное устройство содержит фотоприемный блок.

Фотоприемник предназначен для преобразования светового излучения в электрические сигналы. В качестве фотоприемников могут быть использованы:

1. фоторезисторы,

2. фотодиоды,

3. фототранзисторы,

4. фототиристоры,

5. фотоумножители и другие элементы.

Фототиристор

В основе принципа действия фототиристора лежит явление генерации носителей заряда в полупроводнике, точнее" в р-п переходе II находящемся под воздействием светового потока. Для управления фототиристором в иго корпусе предусмотрено окно для пропускания светового потока. Существенным преимуществом фототиристоров перед тиристорами, управляемыми электрическим сигналом, является отсутствие гальванической связи между силовыми приборами и системой их управления.

Фототиристор - оптоэлектронный прибор, имеющий структуру, схожую со структурой обычного тиристора и отличается от последнего тем, что включается не напряжением, а светом, освещающим затвор. При освещении фототиристора в полупроводнике генерируются носители заряда обоих знаков (электроны и дырки), что приводит к увеличению тока через тиристор на величину фототока.

Фототиристор имеет четырехслойную р-n-р-n-структуру, которую, как и в обычном тиристоре, можно представить в виде комбинации двух транзисторов, имеющих положительную обратную связь по току. Переход фототиристора под действием светового управляющего сигнала из закрытого состояния в открытое осуществляется при достижении уровня тока срабатывания Iср скачком после преодоления определенного потенциального барьера (см. ВАХ фототиристора на рис. 1).

Принцип действия фототиристора: Если к аноду приложено положительное (по отношению к катоду) напряжение, то в темновом режиме крайние переходы окажутся смещенными в прямом, а средний переход - в обратном направлении, и фототиристор будет находиться в закрытом состоянии. При освещении перехода в тонкой базе происходит генерация пар электрон-дырка. Электроны с поверхности диффундируют в глубь дырочного слоя и свободно проходят через средний переход к аноду. При определенной интенсивности светового излучения, соответствующей световой мощности (1--10) *10~2 Вт/см^, концентрация электронов возрастает, вызывая лавинообразное умножение носителей заряда с последующим включением фототиристора. Максимум спектральной чувствительности лежит в диапазоне 0,9-1,1 мкм

Основное достоинство фототиристоров - способность переключать значительные токи и напряжения слабыми световыми сигналами - используется в устройствах "силовой" оптоэлектроники, таких, как системы управления исполнительными механизмами, выпрямителями и преобразователями.

Этот прибор применяется в управляемых светом выпрямителях и наиболее эффективен в управлении сильными токами при высоких напряжениях. Скорость отклика на свет - менее 1 мкс.

Фототиристоры обычно изготавливают из кремния, и спектральная характеристика у них такая же, как и у других кремниевых светочуствительных элементов.

Как и фототранзисторы, фототиристоры часто применяются совместно с подобранными по характеристикам излучателями, в виде оптопар.

Тиристорные оптопары

В отличие от транзисторных тиристорные оптопары позволяют усиливать информационный сигнал не только по току, но и по мощности, поскольку приспособлены для работы при напряжениях на входе и выходе, отличающихся на порядки - как, например, в случае, иллюстрируемом на рис. 2 :

· на входе сигнал уровня 5 В (компьютерный) превращается на выходе в 220 В переменного тока. Такая тиристорная оптопара в свою очередь может использоваться для управления тиристорами на десятки киловольт или сотни ампер (например, в энергетических сетях).

Представить параметры тиристорных оптопар малой и средней мощности можно на примере характеристик оптопары АОУ 115Д (предельные электрические параметры при Tокр = +25°С):

Из приведенных данных видно, что коэффициент передачи по мощности составляет (400 ВЧ0,1 А/2 ВЧ0,03 А)Ч100% = 66667%, что существенно выше возможностей других видов оптопар. Кроме того, включенное состояние фототиристора сохраняется и при прекращении излучения входного диода. Следовательно, управляющий сигнал может подаваться только на момент отпирания фототиристора, что экономично, дополнительно повышает коэффициент передачи по мощности и может быть полезно при многоканальном управлении.

Пары оптоэлектронных элементов "источник - приемник" не в виде отдельной микросхемы, а как составная часть более сложного типового прибора используются, например, в преобразователях линейных и угловых перемещений.

Литература

1. Юшин А.М. Оптоэлектронные приборы и их зарубежные аналоги: Справочник.

2. Быстров Ю.А., Гапунов А.П., Персианов Г.М. Оптоэлектронные устройства в радиолюбительской практике: Справочное издание.

Размещено на Allbest.ru