Свето-излучающие диоды и их применение - Мухитдинов М.
Скачать (прямая ссылка):
где /ф — фототок; с — постоянная, определяемая свойствами материала; U — напряжение, приложенное к фоторезистору; Ф — поток излучения, падающий на светочувствительную поверхность фоторезистора; у, а—-коэффициенты нелинейности.
Полный ток /*, протекающий через фоторезистор,
где /т—темновой ток, протекающий через неосвещенный фоторезистор; /т = = U/Rт; Rт — темновое сопротивление.
Люкс-омическую характеристику принято описывать выражением
где R0 — сопротивление фоторезистора при освещенности Е0.
Инерционность, как отмечалось выше, является одним из недостатков, так как в устройствах с СНД в большинстве случаев используется импульсный режим работы. Инерционность характеризуется постоянными времени нарастания тн и спада тс фототока При выборе фоторезистора по быстродействию принято считать, что длительность импульса излучения должно в три-четыре раза превышать постоянную времени нарастания, так как за это время фототок достигает своего максимального значения.
Сопротивление нагрузки можно определить по формуле
Фотодиоды, в отличие от фоторезисторов, представляют собой пластину полупроводникового материала, внутри которой имеются области электронной (/i-область) и дырочной (p-область) проводимостей, разделенные р-п переходами. У фотодиодов различают два режима работы фотодиодный и фотогене-раторный. При засветке фотодиода в фотодиодном режиме ток неосновных носителей возрастает, причем прирост этого тока значительно превосходит прирост тока основных носителей, т. е. отношение светового тока к темновому у фотодиодов намного превышает то же отношение у фоторезистора. Полный ток через фотодиод при обратном смешении
где /ф — фототок; /8 — обратный ток через р-п переход; U — напряжение на фотодиоде; D — коэффициент; /ф =5Ф; s — интегральная токовая чувствительность фотодиода.
В фотогенераторном режиме, т. е. без внешнего источника питания, роль р-п перехода сводится в основном к разделению пар носителей заряда (электронов и дырок), возникающих под действием света, в результате которого фотодиод вырабатывает фото-ЭДС. В режиме холостого хода напряжение на фотогенераторе пропорционально логарифму от светового потока:
1ф = с Uy Фа ,
1а — /ф +
Ян — ~\/Вся •
/=/ф — /, (eDy— 1),
18
Следует отметить, что инерционность фотодиода в режиме фотогенератора намного выше, чем в фотодиодном режиме. Спектральная характеристика фотодиода определяется материалом, на основе которого он изготовлен. Большинство фотодиодов изготовляется из германия и кремния. Спектральная характеристика кремниевых фотодиодов имеет максимум в области 0,8... 0,9 мкм. У германиевых фотодиодов максимум смещен до 1,2 мкм
Фототранзисторы обладают свойством усиления фототока Конструктивно фототранзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя чередующимися областями электронной и дырочной проводимостей, снабженными выводами для включения в схему, причем базовая область доступна для воздействия на нее светом.
При необходимости фотоприемнлки с высокой инерционностью можно использовать для регистрации импульсов излучения малой длительности Для этого в качестве нагрузки включается катушка индуктивности [16]
Глава 2
ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ
НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ
2.1. УСТРОЙСТВА ИНДИКАЦИИ, ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ И ЗАЩИТЫ
Появление СИД позволило создать малогабаритные бесконтактные устройства переключения и защиты от перегрузок и короткого замыкания. Во время контроля технологических процессов иногда возникает необходимость бесконтактного дистанционного переключения (например, во взрывоопасных средах). Для этого можно применять дистанционные выключатели на основе СИД — фотоприемник с открытым оптическим каналом.
На рис. 2.1 приведены структурные схемы дистанционных выключателей, которые состоят из излучателя (СИД), фотоприемника (рис. 2.1,а,б) и световодов (рис. 2.1,в,г).
Рис. 2 1 Оптические схемы дистанционных выключателей
19
Принцип действия этих устройств основан на том, что контролируемый объект КО (узел или шторка) прерывает световой поток или, попадая между излучателем и фотоприемником, отражает световой поток, который далее падает иа фотоприемник и преобразуется в фотоэлектрический сигнал. Применение переключателей со световодами целесообразно в тех случаях, когда по условию технологических процессов излучатели и фотоприемники невозможно располагать непосредственно у контролируемого объекта, например при высоких температурах, в агрессивных средах н взрывоопасных помещениях [17].
Если между СИД и фотоприемником разместить управляемый оптический канал (УОК), изготовленный из призмы, то это устройство можно использовать в качестве бесконтактного переключателя [18].
Установлено, что луч отражается не в месте падения, а проходит некоторое -расстояние в оптически менее плотной среде и выходит на некотором расстоянии от места падения под углом, равным углу отражения [19]. Тогда смещение луча
h
D = 0,5 па ..... „ = ==о , (2.1)
Vsm^ — (/г2//гх)
где пи /г2 — показатели преломления материала УОК и внешней среды соответственно; 0 — угол падения луча света на поверхность УОК; —длина волны в среде. При этом открывается возможность влияния на световой поток, распространяющийся в УОК, путем воздействия на поверхностную волну, существующую за его границей [19]. Такой принцип управления световым потоком дает значительные преимущества по сравнению с емкостными и резиснивными сенсорными переключателями.
