Фотоэлектронные приборы. Фоторезисторы, светоизлучающие диоды (светодиоды), оптроны

необходимого для получения линейной характеристики при измерении малых световых сигналов.

Для оценки свойств фотодиодов и фототранзисторов приняты следующие параметры:

  - рабочее напряжение, В;

  - темновой ток, мкА;

  - интегральную чувствительность, мА/Лм;

  - долговечность, ч;

  - диапозон допустимых температур, ^оС.

Светоизлучающие диоды (светодиоды)

Широкое применение в индикации находят электролюминисцентные источники света на инжекционных диодах.

Рисунок 62. Условное обозначение светодиода.

Эти диоды представляют собой излучающий p-n-переход, свечение которого вызвано рекомбинацией носителей зарядов при смещении диода в прямом направлении.

В отличие от выпрямительных диодов, у которых рекомбинация электронов и дырок сопровождается выделением тепловой энергии, в светодиодах разность уровней энергии рекомбинирующих частиц приводит к излучению фотонов.

Излучение фотонов некогерентно, но с более узким, чем у тепловых источников света, диапазоном, вследствие чего излучение в видимой части спектра воспринимается как одноцветное.

Яркость свечения светодиода В определяется проходящим через него током, но эта зависимость нелинейна:

Рисунок 63. Яркостная характеристика светодиода.

Вольт-амперная характеристика светодиода:

соответствует прямой ветви ВАХ открытого p-n-перехода.

Рисунок 64. ВАХ светодиода.

Дифференциальное сопротивление светодиодов на линейном участке весьма мало, поэтому их можно использовать как стабилитроны для малых напряжений стабилизации. I_max светодиода не превышает 30-60 мА.

Промышленность выпускает светодиоды, как в дискретном, так и в интегральном исполнении.

Дискретные элементы применяют в качестве сигнальных индикаторов, а интегральные, обычно многоэлементные приборы, – для построения светоизлучающих цифровых индикаторов и панелей, а также в быстродействующих схемах для управления с помощью светового потока.

Оптроны

Существенная особенность оптоэлектронных приборов состоит в том, что элементы в них оптически связаны, а электрически изолированы друг от друга.

Благодаря этому легко осуществлять гальваническую развязку между отдельными элементами и участками схемы, например, для связи между схемами положительной и отрицательной логики, для согласования высоковольтных и низковольтных цепей.

В частности, для микроэлектроники применение оптоэлектронных приборов дает возможность существенно уменьшить паразитные емкости между элементами как внутри одной ИС, так и между ИС.

В настоящее время существует большое число оптоэлектронных приборов, построенных на основе диодных , резисторных и транзисторных оптронов.

Совмещая в одном корпусе микросхемы свето- и фотоприбор и соединяя их между собой световодом, осуществляют преобразование входного тока светодиода в выходной ток фотоприбора с полной гальванической развязкой входной и выходной цепей. Такой прибор называется оптроном.

Впервые он был изготовлен в 1965 г., и в настоящее время промышленность выпускает оптроны в стандартном корпусе для микросхем. Для повышения КПД оптроны работают в инфракрасном диапазоне.

Рисунок 65. Светодиод и фоторезистор.

Рисунок 66. Светодиод и фототиристор.

Рисунок 67. Передаточная характеристика оптрона.

Значение коэффициента передачи I_фд/I_сд >>10^–2. Этот коэффициент остается постоянным вплоть до частоты 10-100 МГц. Поэтому оптроны применяют для обработки цифровых и аналоговых сигналов.

Другим важным достоинством оптронов является однонаправленность распространения сигнала по оптическому каналу.

К недостаткам оптронов следует отнести невысокий КПД преобразования и значительную потребляемую мощность. Кроме того, существует заметное ухудшение параметров оптронов