Тиристор. Общая характеристика оптоэлектронных приборов

Июль 27, 2022

Главная
Физика
Тиристор. Общая характеристика оптоэлектронных приборов

Содержание

2. Отличительные черты оптоэлектроники: Физическая основа ее – явления, методы, средства, для которых принципиальны сочетание и неразрывность
3. Оптоэлектронными приборами называют приборы, чувствительные к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях, а также
5. Обобщенная структурная схема оптоэлектронного прибора
6. Достоинства и недостатки оптоэлектронных приборов Достоинства: Высокая пропускная способность оптического канала. Частота колебаний на 3-5 порядков
7. Недостатки: Малый КПД (порядка 10- 20% в лучших современных приборах: лазеры, светодиоды, фотодиоды). В оптопарах, в
8. Применение разнородных металлов обуславливают: 3. Малый общий кпд устройства из-за поглощения излучения в пассивных областях структур,
9. Светодиод - это излучающий диод, работающий в видимом диапазоне волн, называют также светоизлучающим диодом.
10. Излучение возникает при протекании прямого тока диода в результате рекомбинации электронов и дырок в области р-п-перехода
11. Если диод работает в не видимом диапазоне, то применяют характеристики, отражающие зависимость мощности излучения от тока
12. На рисунке показана яркостная и зависимость силы света от тока для светоизлучающего диода типа АЛЗ16А (цвет
13. показан график зависимости мощности излучения от тока для диода типа АЛ119А, работающего в инфракрасном диапазоне (длина
14. Некоторые параметры для диода типа АЛ119А: Время нарастания импульса излучения – не более 1000 нс; Время
15. Приемник оптического излучения (фотоприемник) прибор, в котором под действием оптического излучения, происходят изменения, позволяющие обнаружить это
16. Оптическая информация в оптоэлектронных приборах сводится к двум видам: дискретные оптические сигналы световые образы, картины. Требования
17. Требования к фотоприемникам световых образов: Высокая разрешающая способность; Широкий спектр; Широкий диапазон волн, в котором работает
18. Дискретные (одноэлементные) фотоприемники с малой апертурой предназначены для приема коротких оптических импульсов;
19. Фоторезистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого чувствительно к электромагнитному излучению в оптическом диапазоне спектра.
20. Структура фоторезистора и его условное графическое обозначение.
21. Зависимость тока от освещенности при заданном напряжении на резисторе называется люкс-амперной характеристикой. Интегральная чувствительность (токовая чувствительность
22. Фотодиод - фоточувствительный полупроводниковый диод с р-п-переходом (между двумя типами полупроводника или между полупроводником и металлом).
23. Физические процессы, протекающие в фотодиодах, носят обратный характер по отношению к процессам, протекающим в светодиодах. Основным
24. На практике фотодиоды используют в следующих режимах: фотогальваническом; вентильном режимах как фотогенератор (ток диода отрицательный, и
25. Фототиристор – фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучения, имеющий структуру тиристора, которая обеспечивает переключающие свойства прибора. Прибор представляет
26. На рисунке представлены вольт-амперные характеристики фототиристора. Сильная положительная обратная связь является причиной появления на ВАХ фототиристора
27. Положение рабочей точки ниже I среднего cоответствует закрытому фототиристору, а выше прямой – открытому тиристору. Переход
28. Оптопара содержит излучатель на входе и фотоприемник на выходе, взаимодействующие между собой оптически и электрически.
29. Связи между компонентами оптопары могут быть прямыми или обратными, положительными или отрицательными, одна из связей (электрическая
30. Оптрон –термин более широкий. У него связь между элементами может быть осуществлена как электрически, так и
31. В оптроне с электрической и оптической связями может осуществляться частичная или полная регенерация (восстановление) входного сигнала
32. Важный элемент оптопары - оптический канал между излучателем и фотоприемником. Существуют три его разновидности: простой светопровод,
33. На рисунке даны условные обозначения оптопар:
34. Среди оптопар, используемых для развязки (рис. выше) наиболее широко представлены такие, у которых в качестве фотоприемника
36. Вопросы для самоконтроля: 1. Что называется приемником оптического излучения? 2. Классификация фотоприемников по принципу действия. 3.
38. Скачать презентацию

Слайд 2

Отличительные черты оптоэлектроники:
Физическая основа ее – явления, методы, средства, для которых

принципиальны сочетание и неразрывность оптических и электронных процессов.
Функции оптооптики - это генерация, перенос, преобразование, хранение и отображение информации.
Техническая основа- миниатюризация элементов; предпочтительное развитие твердотельных плоскостных конструкций; интеграция элементов и функций; ориентация на специальные сверхчистые материалы; применение методов групповой обработки изделий.

Слайд 3

Оптоэлектронными приборами называют
приборы, чувствительные к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной

и ультрафиолетовой областях, а также приборы, производящие или использующие такое излучение. Оптоэлектронные приборы делятся на опто - и фотоэлектронные приборы.

Слайд 4

Слайд 5

Обобщенная структурная схема оптоэлектронного прибора

Слайд 6

Достоинства и недостатки оптоэлектронных приборов
Достоинства:
Высокая пропускная способность оптического канала. Частота

колебаний на 3-5 порядков выше, чем в радиотехническом диапазоне.
Идеальная электрическая развязка входа и выхода (используются фотоны),бесконтактная оптическая связь. Однонаправленность потока информации и отсутствие обратной реакции приемника на источник.

Слайд 7

Недостатки:
Малый КПД (порядка 10- 20% в лучших современных приборах: лазеры, светодиоды,

фотодиоды). В оптопарах, в ВОЛС кпд порядка единиц процентов. Это ведет к большему потреблению энергии, но источники энергии имеют ограниченные возможности. Трудно создавать миниатюрные оптоприборы, сижается эффективность и надежность приборов.

Слайд 8

Применение разнородных металлов обуславливают:
3. Малый общий кпд устройства из-за поглощения излучения

в пассивных областях структур, отражения и рассеяния на оптических границах; снижение надежности из-за различия температурных коэффициентов расширения материалов; сложность общей герметизации устройства; технологическая сложность и высокая стоимость.

Слайд 9

Светодиод - это излучающий диод, работающий в видимом диапазоне волн, называют

также светоизлучающим диодом.

Слайд 10

Излучение возникает при протекании прямого тока диода в результате рекомбинации электронов

и дырок в области р-п-перехода и в областях, примыкающих к указанной области. При рекомбинации излучаются фотоны.

для диодов, работающих в видимом диапазоне (длина волны от 0,38 до 0,78 мкм, частота 10 Гц) используют такие характеристики:
Зависимость яркости излучения от тока диода (яркостная характеристика).
Зависимость силы света от тока диода.

Слайд 11

Если диод работает в не видимом диапазоне, то применяют характеристики, отражающие

зависимость мощности излучения от тока

Слайд 12

На рисунке показана яркостная и зависимость силы света от тока для

светоизлучающего диода типа АЛЗ16А (цвет свечения- красный).

Слайд 13

показан график зависимости мощности излучения от тока для диода типа АЛ119А,

работающего в инфракрасном диапазоне (длина волны 0.93 до 0.96 мкм).

Слайд 14

Некоторые параметры для диода типа АЛ119А:
Время нарастания импульса излучения – не

более 1000 нс;
Время спада импульса излучения не более 1500 нс;
Постоянное прямое напряжение при токе 300 миллиампер – не более 3 В;
Постоянный максимально допустимый прямой ток при температуре меньше +85С – 200мА;
Температура окружающей среды 60 … +85С.
КПД для таких диодов не менее 10%.

Слайд 15

Приемник оптического излучения (фотоприемник)
прибор, в котором под действием оптического излучения,

происходят изменения, позволяющие обнаружить это излучение и измерить его характеристики.
По принципу действия они делятся на:
Тепловые, интегрирующие результаты воздействия излучения за длительное время;
Фотоэлектрические (фотонные), использующие внешний или внутренний фотоэффект. На основе внешнего фотоэффекта создаются вакуумные фотоэлектрические приборы, а на основе внутреннего фотоэффекта- твердотельные, в основном, полупроводниковые.

Слайд 16

Оптическая информация в оптоэлектронных приборах сводится к двум видам:
дискретные оптические

сигналы
световые образы, картины.
Требования к фотоприемникам дискретных сигналов:
Высокая чувствительность на заданной фиксированной длине волны;
Большой КПД энергетического преобразования;
Высокое быстродействие.

Слайд 17

Требования к фотоприемникам световых образов:
Высокая разрешающая способность;
Широкий спектр;
Широкий диапазон волн, в

котором работает фотоприемник;
Минимальный уровень шумов.
Дискретные (одноэлементные) фотоприемники с малой апертурой предназначены для приема коротких оптических импульсов;

Слайд 18

Дискретные (одноэлементные) фотоприемники с малой апертурой предназначены для приема коротких оптических

импульсов;

Слайд 19

Фоторезистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого чувствительно к электромагнитному излучению

в оптическом диапазоне спектра.

Слайд 20

Структура фоторезистора и его условное графическое обозначение.

Слайд 21

Зависимость тока от освещенности при заданном напряжении на резисторе называется люкс-амперной

характеристикой.

Интегральная чувствительность (токовая чувствительность к световому потоку) S определяется выражением S=I/Ф, где I- фототок (разность между током при освещении и током при отсутствии освещения); Ф- световой поток.

Слайд 22

Фотодиод - фоточувствительный полупроводниковый диод с р-п-переходом (между двумя типами полупроводника

или между полупроводником и металлом).

Упрощенная структура фотодиода и его условное графическое обозначение

Слайд 23

Физические процессы, протекающие в фотодиодах, носят обратный характер по отношению к

процессам, протекающим в светодиодах.

Основным физическим явлением в фотодиоде является генерация пар электрон-дырка в области р-п-перехода и в прилегающих к нему областях под действием излучения.

ВАХ диода

Слайд 24

На практике фотодиоды используют в следующих режимах:
фотогальваническом; вентильном режимах как

фотогенератор (ток диода отрицательный, и он не потребляет, а вырабатывает энергию). В режиме фотогенератора работают солнечные батареи, их КПД сейчас составляет порядка 20%. Энергия солнечных батарей пока в 50 раз дороже энергии полезных ископаемых и урана. Но ожидается, что ее стоимость будет снижаться.
В фотодиодном режиме он работает как фотопреобразователь.
Фотодиоды быстродействующие приборы по сравнению с фоторезисторами. Частота их работы 10**7 – 10**10 . Он часто используется в оптопарах светодиод-фотодиод.

Слайд 25

Фототиристор – фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучения, имеющий структуру тиристора, которая обеспечивает

переключающие свойства прибора.

Прибор представляет собой четырехслойную структуру с двумя р-п-переходами, один из которых смещен в прямом, а другой – в обратном направлении. Его можно представить в виде двух последовательно включенных транзисторов р-п-р и п-р-п с положительной обратной связью через общий коллектор.

Слайд 26

На рисунке представлены вольт-амперные характеристики фототиристора. Сильная положительная обратная связь является

причиной появления на ВАХ фототиристора участка с отрицательным динамическим сопротивлением.

Слайд 27

Положение рабочей точки ниже I среднего cоответствует закрытому фототиристору, а выше

прямой – открытому тиристору.

Переход из одного устойчивого состояния в другое происходит скачком, когда напряжение на управляющем электроде или освещенность превышают некоторое пороговое значение. При этом его сопротивление и ток изменяются в 10**6 … 10**7 раз. Таким образом, фототиристор имеет очень высокий коэффициент усиления по току и по мощности.

Слайд 28

Оптопара содержит излучатель на входе и фотоприемник на выходе, взаимодействующие между

собой оптически и электрически.

Слайд 29

Связи между компонентами оптопары могут быть прямыми или обратными, положительными или

отрицательными, одна из связей (электрическая или оптическая) может отсутствовать.

Слайд 30

Оптрон –термин более широкий. У него связь между элементами может быть

осуществлена как электрически, так и оптически. Это относится и к входу и выходу.

В настоящее время широко используются только оптроны с прямой оптической связью, т.е. оптопары. Функциональные разновидности таких приборов представлены на рисунках выше б, в. Оптопара с прямой оптической и обратной электрической связью (б) используется как элемент развязки, т.е. оптрон с оптическим входом и выходом, и представляет собой преобразователь световых сигналов. Это может быть простое усиление (ослабление) света, преобразование спектра или направления поляризации, преобразование некогерентного сигнала в когерентное и т.д.

Слайд 31

В оптроне с электрической и оптической связями может осуществляться частичная или

полная регенерация (восстановление) входного сигнала за счет обратной связи

В силу этого на ВАХ появляется падающий участок или несколько участков – такой прибор получил название регенеративного оптрона. В нем могут быть любые комбинации видов входных и выходных сигналов (электрических или оптических).

Слайд 32

Важный элемент оптопары - оптический канал между излучателем и фотоприемником. Существуют

три его разновидности:

простой светопровод, предназначен для передачи энергии излучения на фотоприемник; он выполняется в виде прозрачной среды.
Если в зазоре между излучателем и приемником имеется доступ извне – это оптопара с открытым оптическим каналом;
Если прозрачная среда выполнена из материала, светопропускание которого изменяется при внешних воздействиях, - это оптопара с управляемым оптическим каналом.

Слайд 33

На рисунке даны условные обозначения оптопар:

Слайд 34

Среди оптопар, используемых для развязки (рис. выше) наиболее широко представлены такие,

у которых в качестве фотоприемника применены:

(а) транзистор, диод (б), резистор (в), составной транзистор (г), тиристор (д), пара диодов (е) (для дифференциальной схемы).
На рисунке ниже представлены примеры конструкций оптронов: 1 – излучатель; 2- фотоприемник; 3- оптический канал; 4- корпус; 5-выводы; 6- отражающая поверхность.

Слайд 35

Слайд 36

Вопросы для самоконтроля:
1. Что называется приемником оптического излучения?
2. Классификация фотоприемников

по принципу действия.
3. К каким видам сводится оптическая информация в оптоэлектронных устройствах?
4. Перечислите требования, предъявляемые к фотоприемникам дискретных сигналов.
5. Перечислите требования, предъявляемые к фотоприемникам световых образов.
6. Для чего предназначены дискретные фотоприемники? Многоэлементные фотоприемники?
7. Что называют фоторезистором? Нарисуйте схематическое изображение структуры фоторезистора и его условное графическое изображение.
8. Какие явления лежат в основе работы фоторезистора?