Помощничек
Главная | Обратная связь

...

Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Элементы оптоэлектроники. Управляемые источники света. Фотоприёмники. Оптроны. Оптоэлектронные ИС.

 

Оптоэлектронными приборами называют устрой­ства, излучающие и преобразующие излучение в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой областях спектра или исполь­зующие для своей работы электромагнитные излучения, ча­стоты которых находятся в этих областях.

1.Оптоэлектронный переключатель представляет гибридную микросхему, содержащую оптоэлектронную пару и усилитель. В переключателе используются высокоэффективные светодиоды на основе apceнида галлия, легированного кремнием, и быстродействующие кремниевые p-i-n-фотодиоды. Иммерсионной средой является халькогенидное стекло с показателем преломления 2,7. Коэффициент передачи тока в оптоэлектронной паре составляет 3—5 при нормальной температуре, времена включения (сумма времен задержка и нарастания фронта) 100—250 пс, гальваническая развязка цепи светодиода и фотоприемника по постоянному току 109 Ом. Микросхема выполнена в круглом металлостеклянном корпусе типа ТО-5.
2. Оптоэлектронный ключ предназначен для коммутации высоковольтных цепей переменного и постоянного токов. Он имеет четыре независимых канала, каждый из которых содержит две оптоэлектронные пары, состоящие из светодиода и высоковольтного p-i-n-фотодиода. Фотодиоды соединены встречно-последовательно, поэтому сопротивление ключа в запертом состоянии (в отсутствие тока через светодиоды) независимо от полярности приложенного напряжения определяется темновым сопротивлением смещенного в обратном направлении p-i-n-фотодиода; значение его составляет примерно 109 Ом.
3. Транзисторный ключ предназначен для коммутации постоянных напряженийдо 50 В. Прибор имеет два независимых канала, каждый из которых содержит оптоэлектронную пару, состоящую из арсенидгаллиевого светодиода и кремниевого n-p-i-n-фототранзистора. Оптоэлектронная пара имеет коэффициент передачи тока 2, номинальный рабочий ток 10 мА, быстродействие в режиме усиления 100—300 нс.
4.Коммутатор аналоговых сигналов предназначен для применения в системах селективной обработки аналоговых сигналов. Электрическая схема одного канала коммутатора приведена на рис. 1. Канал содержит оптоэлектронную пару, состоящую из арсенидгаллиевого светодиода и двух встречно включенных n-i-n-фотодиодов, выполненных в одном монокристалле.

Управляемые источники света

Источник, световой поток или яркость которого является однозначной функцией электрического сигнала, поступающего на его вход, называют управляемым источником света.

Общими требованиями к управляемым источникам света оптоэлектронных цепей являются: стабильность и линейность характеристики преобразования, миниатюрность, малая потреб­ляемая мощность, большой срок службы, высокая надежность, высокая эффективность, достаточно большое быстродействие, возможность изготовления в виде интегральных микросхем, возможность смещения спектральных характеристик в любую заданную часть рабочей области спектра, механическая проч­ность и технологичность.

В основе работы управляемых излучателей света лежит одно из следующих физических явлений: температурное свече­ние; излучение при газовой разрядке; электролюминесценция; индуцированное излучение.

В некоторых случаях управляемый источник света может быть получен соединением двух оптических приборов: неуп­равляемого источника света с постоянным световым потоком и модулятора света, т. е. устройства, пропускная способность которого зависит от электрического сигнала, поданного на него. Существующие излучатели только частично удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ней. Это существенно тормозит развитие оптоэлектроники.

Фотоприемники

Фотоприемники предназначены для преобразования свето­вого излучения в электрические сигналы. Так как функци­ональные возможности электролюминесцентных источников света ограничены, то многообразие возможных характеристик оптронов реализуется за счет фотоприемников.

В качестве фотоприемников могут быть использованы фоторезисторы, фотодиоды, фототиристоры и т. д.

При подборе фотоизлучателей и фотоприемников необходимо согласовывать их спектральные характеристики. В противном случае вследствие несовершенства существующих источников света достаточно сложно получить удовлетворительные результаты.

Фотоэлектрические явления, на основе которых строятся фотоприемники, можно разделить на три основных вида: 1) изменение электропроводности вещества при его освеще­нии – внутренний фотоэффект; 2) возникновение ЭДС на гра­нице двух материалов под действием света – фотоэффект в запирающем слое (используют в полупроводниковых фото­элементах); 3) испускание веществом электронов под действием света – внешний фотоэффект (используют в вакуумных и га­зонаполненных фотоэлементах).

Оптронами называют такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конструктивно связанные друг с другом.

Принцип действия оптронов любого вида основан на следующем. В излучателе энергия электрического сигнала преобразуется в световую, в фотоприемнике, наоборот, световой сигнал вызывает электрический отклик.

Как элемент связи оптрон характеризуется коэффициентом передачи Кi , определяемым отношением выходного и входного сигналов, и максимальной скоростью передачи информации F. Практически вместо F измеряют длительности нарастания и спада передаваемых импульсов tнар(сп) или граничную частоту. Возможности оптрона как элемента гальванической развязки характеризуются максимальным напряжением и сопротивлением развязки Uразв и Rразв и проходной емкостью Cразв.

В структурной схеме на рис. 1 входное устройство служит для оптимизации рабочего режима излучателя (например, смещения светодиода на линейный участок ватт-амперной характеристики) и преобразования (усиления) внешнего сигнала. Входной блок должен обладать высоким КПД преобразования, высоким быстродействием, широким динамическим диапазоном допустимых входных токов (для линейных систем), малым значением "порогового" входного тока, при котором обеспечивается надежная передача информации по цепи.

Рис 1. Обобщенная структурная схема оптрона

Оптоэлектронные микросхемы представляют собой один из наиболее широко применяемых, развивающихся, перспективных классов изделий оптронной техники. Это обусловлено полной электрической и конструктивной совместимостью оптоэлектронных микросхем с традиционными микросхемами, а также их более широкими по сравнению с элементарными оптронами функциональными возможностями. Как и среди обычных микросхем, наиболее широкое распространение получили переключательные оптоэлектронные микросхемы.

Оптроны и оптронные микросхемы эффективно применяются для передачи информации между устройствами, не имеющими замкнутых электрических связей.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.