Лекция № 25. Приборы с внутренним фотоэффектом

1. Лекция № 25. Приборы с внутренним фотоэффектом.

2.

Фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы.
Фотоэлектрическими приборами называют электронные
приборы, способные изменять те или иные свои характеристики
под действием света.
Фоторезисторы — электронные приборы, способные под
действием света изменять свое сопротивление.
Затемненный резистор имеет сопротивление порядка 1 – 200
МОм, при освещении эта цифра уменьшается на 2-3 порядка.
Если вспомнить, на каких
частотах
работает
сегодняшняя
цифровая
техника, то будет очевидно,
что фоторезистор в качестве
«глаз»
для
цифрового
устройства – плохой вариант.
Фоторезистор
–
прибор
неполярный, а потому следить
за тем, какой вывод куда
подключать, надобности нет.
Преимущество – практически линейная зависимость
сопротивления от освещенности, поэтому их удобно
использовать в аналоговых приборах – датчиках и измерителях
освещенности.
Недостатки:
достаточно высокие сопротивления (как темновое, так и
световое);
достаточно низкая (по сравнению, конечно, с другими
типами фотоэлементов) чувствительность;
низкая скорость реакции на свет.
При частоте световых импульсов выше килогерца форма
электрического сигнала на фоторезисторе неудовлетворительна,
а если увеличить частоту еще, то резистор вообще перестанет
видеть, что свет «мигает».

3.

И еще одно интересное свойство фотодиода –
при прямом включении он способен работать
как генератор. Если осветить фотодиод, то на
его выводах появится напряжение. Его можно
усилить, если прибор работает как датчик
света, а можно использовать и для питания
аппаратуры, соединив множество светодиодов
в солнечную батарею.
Фотодиоды. Этот полупроводниковый прибор по
своим характеристикам очень напоминает диод
обычный, поэтому следить за полярностью его
включения придется.
При обратном включении (на катод подается
«плюс» источника питания) фотодиод ведет себя
так же, как фоторезистор, но в отличие от
последнего имеет гораздо более низкое световое
сопротивление и в состоянии выдерживать
приличный ток. Это позволяет управлять
мощными транзисторами и ТТЛ микросхемами
напрямую, без дополнительных усилителей.
Еще одно достоинство фотодиода – достаточно
высокая скорость реакции, благодаря чему эти
приборы широко используются для передачи
цифровой информации. Компьютерная ИК-связь,
пульты ДУ для радио – и телеаппаратуры – все
это фотодиоды. По диапазону чувствительности
фотодиоды различают на инфракрасные и
приборы видимого излучения. Первые «видят» в
основном ИК-излучение и мало чувствительны к
видимому участку излучения, вторые наоборот –
хорошо видят тот свет, который видит и наш
глаз, но «слеповаты» в ИК-диапазоне.

4.

Фототранзистор. По сути это обычный
транзистор, но без крышки в буквальном смысле.
Крышка, закрывающая кристалл прибора,
конечно, есть, но она выполнена из прозрачного
материала и видимый свет может попадать на
кристалл.
Для
чего?
Прежде
всего,
вспомним,
как
работает
биполярный
транзистор.
Подавая на базу некоторое напряжение, можно
управлять сопротивлением перехода эмиттерколлектор. Но оказывается, сопротивлением
перехода можно управлять и обычным светом.
Фототранзистор – это обычный транзистор,
который имеет еще одну, дополнительную
«базу» – световую.
Освещаем – открываем транзистор. В таком
включении вывод базы фототранзистора можно
вообще не использовать – его роль выполняет
свет.
Но, подавая на базу то или иное напряжение
смещения, можно изменять чувствительность
фототранзистора (специалисты обычно говорят
«сдвинуть, сместить его рабочую точку»),
приоткрывая его в той или иной степени, а
значит регулировать параметры всей схемы:

5.

Светодиоды
Светодио́д или светоизлучающий диод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным
переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока.
Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во
многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Кристалл светодиода
излучает конкретный цвет, в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр и где
конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром. При пропускании электрического тока
через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки —
рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического
уровня на другой). Вольт-амперная характеристика светодиодов в прямом направлении
нелинейна. Диод начинает проводить ток начиная с некоторого порогового напряжения. Это
напряжение позволяет достаточно точно определить материал полупроводника.
Применение светодиодов:
в уличном, промышленном, бытовом освещении (в т.ч. светодиодная лента);
в качестве индикаторов - как в виде одиночных светодиодов (например, индикатор включения
на панели прибора), так и в виде цифрового или буквенно-цифрового табло (например, цифры
на часах);
массив светодиодов используется в больших уличных экранах, в бегущих строках. Такие
массивы часто называют светодиодными кластерами или просто кластерами;
в оптопарах;
мощные светодиоды используются как источник света в фонарях и светофорах.

6.

ОПТОПАРА
Существует множество сфер, в которых необходимо
использование оптронов.
Фиксация механического воздействия (применяются
устройства, оснащённые оптическим каналом открытого
типа, который можно перекрыть (оказать механическое
воздействие), а значит, само устройство можно
использовать как сенсор):
• детекторы наличия (выявление наличия/отсутствия
бумажных листов в принтере);
• детекторы конечной (начальной) точки;
• счётчики;
Гальваническая изоляция (использование оптронов
позволяет передавать сигнал не связанный с
напряжением, также с их помощью обеспечивается
бесконтактное управление и защита), которая может
обеспечиваться:
оптопарой (в большинстве случаев применяется как
информационный передатчик);
оптореле (более прочего подходит для управления
сигнальными и силовыми цепями).
Оптопарой (иначе – оптроном)
называют
электронные
прибора
предназначенные для преобразования
электрических сигналов в световые, их
передачи через оптические каналы и
повторного преобразования сигнала
вновь в электрический. Конструкция
оптрона
подразумевает
наличие
специального светового излучателя (в
современных устройствах для этого
применяются световые диоды, прежние
модели оснащались малогабаритными
лампами накаливания) и устройства,
отвечающего
за
преобразование
полученного
оптического
сигнала
(фотоприёмника).
Обе
эти
составляющие
объединяются
при
помощи оптического канала и общего
корпуса.