Avdeiko_Adamovich_Vershinin2

Выходные характеристики фототранзистора Iк = f(Uкэ) при Ф = const приведены на рис. 11.47.

Рис. 11.47. Выходные характеристики фототранзистора со «свободной» базой

Характеристики показывают, что величина коллекторного тока пропорциональна световому потоку Ф, а при повышенном напряжении Uкэ наступает пробой коллекторного перехода.

Чувствительность фототранзисторов в десятки раз выше, чем у фотодиодов. Но фототранзистор со «свободной» базой имеет низкую температурную стабильность, поэтому базовый вывод включают в схему, задавая напряжение смещения на базу.

Фототиристоры. Фототиристор имеет структуру тиристора, переключающие свойства которого зависят от светового потока Ф. Структура и вольт-амперные характеристики фототиристора приведены на рис. 11.48.

Рис. 11.48. Структура и вольт-амперные характеристики фототиристора

52

При облучении n- и p-баз в них наблюдается генерация пар носителей заряда – электронов и дырок, которые разделяются полем Е2 перехода, что ускоряет накопление объемных зарядов в n- и p-базах, и включение тиристора происходит при меньшем значении внешнего напряжения

(рис. 11.48).

Фототиристоры успешно применяются в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей.

Светоизлучающие диоды (светодиоды). Светодиод – это полупро-

водниковый диод, который, при прямом включении и при прохождении через него прямого тока, излучает световой поток в видимой или инфракрасной части спектра.

Принцип работы светодиодов основан на том, что при прямом включении p-n-перехода происходит инжекция основных носителей заряда, электронов из n-области в p-область и дырок в обратном направлении. Но электронов значительно больше, чем дырок. Инжектированные электроны интенсивно рекомбинируют с дырками p-области. Рекомбинирующие электроны переходят на более низкие энергетические уровни

ивыделяют энергию в виде фотонов. В результате этого возникает свечение.

Для построения светодиодов не используют легированные германий

икремний, т.к. их энергия ионизации мала. Светодиоды изготавливают из полупроводников, энергия ионизации которых больше, чем 1,7 эВ, это фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC) и др.

Светодиоды применяют в качестве малоинерционных источников излучения и даже в качестве энергосберегающих осветительных приборов.

Условное графическое обозначение и подключение светодиода приведено на рис. 11.49.

Рис. 11.49. Условное графическое обозначение и подключение светодиода

53

Основными параметрами светодиода являются: сила свечения, яркость свечения, цвет свечения, максимально допустимый постоянный прямой ток, постоянное прямое напряжение, максимально допустимое постоянное обратное напряжение.

Система маркировки светодиодов аналогична обычным диодам, только вместо буквы Д ставится буква Л. Например, АЛ307А.

Оптроны (оптопары). Оптрон – это полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объединены источник и приемник излучения, имеющие между собой оптическую связь. Оптроны широко используются в микроэлектронной и электротехнической аппаратуре для обеспечения электрической развязки при передаче информационных сигналов, бесконтактной коммутации силовых высоковольтных цепей, в системах автоматики и др.

Если оптрон имеет только один излучатель и один приемник излу-

чения, то его называют оптопарой, или элементарным оптроном. Элек-

трические сигналы на входе и выходе оптрона связаны между собой только световым потоком. При этом цепь излучателя является управляющей, а цепь фотоприемника – управляемой. Чаще всего в качестве излучателей в оптопарах используются светодиоды, а в качестве фотоприемников – фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры. В соответствии с этим различают резисторные оптопары, диодные оптопары, транзисторные оптопары и тиристорные оптопары (рис. 11.50).

Рис. 11.50. Условные графические обозначения видов выпускаемых оптопар: а – резисторная оптопара; б – диодная оптопара; в – транзисторная оптопара; г – тиристорная оптопара

По своим техническим характеристикам указанные оптопары конечно же различны. Транзисторные и тиристорные оптопары более чувствительны и имеют больший коэффициент передачи сигнала по сравнению с резисторными и диодными оптопарами.

Оптопары (оптроны) выпускаются как в виде отдельных полупроводниковых приборов, так и в виде интегральных микросхем.

54

Позиционное обозначение оптронов на схемах выполняется сочетанием букв VV с позиционным номером.

Пример маркировки оптрона:

АОД103А

Расшифровка: А – арсенид галлия (материал полупроводника), О – оптрон, Д – диодный оптрон (тип оптрона по виду фотоприемника), 103А – группа и модификация по электрическим параметрам.

Индикаторы. Индикаторы – это электрически управляемые приборы для систем визуального отображения информации. К основным типам индикаторов относятся полупроводниковые индикаторы (ППИ) и жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ).

Простейшими ППИ являются светодиоды. Кроме них, на основе светодиодов выпускаются цифровые и буквенно-цифровые одноразрядные и многоразрядные индикаторы, а также матричные индикаторы.

Самое широкое распространение получили семисегментные светодиодные буквенно-цифровые индикаторы, в состав которых входят восемь светодиодов, семь из них имеют форму сегментов, восьмой – форму точки

(рис. 11.51).

Рис. 11.51. Расположение и обозначение сегментов в семисегментном индикаторе

Каждый из сегментов обозначают буквой латинского алфавита. Засвечивая сегменты в разных комбинациях можно выводить на индикацию цифровую информацию.

Светодиодные семисегментные индикаторы выпускаются двух видов

– с объединенным анодом (рис. 11.52) или с объединенным катодом

(рис. 11.53).

Основу построения матричных светодиодных индикаторов составляет светодиодная матрица из единичных светодиодов, расположенных плотными рядами на определенной площади. Комбинируя включение светодиодов в различных точках матричного поля, можно высветить любой символ. Разумеется, для матричных индикаторов требуется более сложное управление.

55

Контрольные вопросы

1.Что такое светодиод? Его назначение и основные параметры.

2.Какими физическими процессами вызвано свечение светодиода?

3.Что такое фотодиод? Его назначение и возможные режимы ра-

боты.

4.Физические процессы, протекающие в фотодиоде, и его характе-

ристики.

5.Что такое фототранзистор? Его назначение и применение.

6.Физические процессы, протекающие в фототранзисторе, и его характеристики.

7.Что такое фототиристор? Его назначение и применение.

8.Физические процессы, протекающие в фототиристоре, и его характеристики.

9.Понятие оптрона, его назначение, виды оптронов.

10.Условные графические обозначения различных видов фотоэлектронных приборов.

11.Назовите виды и назначение светодиодных индикаторов.

12.Каким образом формируются символы на семисегментном светодиодном индикаторе?

13.Понятие ЖК-индикаторов, их виды и применение.

57

12.ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Ккатегории вторичных источников питания относят электропреобразовательные устройства для получения стабилизированных и нестабилизированных источников постоянного напряжения. Это различные управляемые и неуправляемые, однофазные и трехфазные схемы выпрямления переменного тока, сглаживающие фильтры, пассивные и активные стабилизаторы напряжения, инверторы и др.

12.1.Однополупериодный выпрямитель

Однополупериодная схема выпрямления относится к категории однофазных выпрямителей и используется для построения сравнительно маломощных источников питания с невысокими требованиями к пульсациям выпрямленного напряжения.

Поскольку выпрямитель питается чаще всего от промышленной сети (220 В, 50 Гц), то в схему выпрямителя включают трансформатор для получения требуемой величины выпрямленного напряжения (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Схема и временные диаграммы работы однополупериодного выпрямителя

Во вторичной обмотке трансформатора Т получаем переменную ЭДС Е2, которая изменяется по синусоидальному закону. Пусть в первый полупериод (интервал 0 < ωt < π) полярность Е2 будет соответствовать указанной на рис. 12.1, а. В этот полупериод электрический ток id пройдет от (+) вывода вторичной обмотки через диод V1, через Rн к (–) вторичной обмотки. Так как Rпр.д << Rн, то выпрямленное напряжение Ud будет приблизи-

58

тельно равно Е2. Во второй полупериод действия Е2 (интервал π < ωt < 2π) полярность на выводах вторичной обмотки трансформатора поменяется на противоположную, но в этот полупериод диод V1 не пропустит ток через

Rн (рис. 12.1, б).

Для оценки величины выпрямленного напряжения следует проинтегрировать функцию Ud(t) в пределах от 0 до π и разделить на 2π. В графическом представлении площадь под кривой Ud(t) заменяют площадью равновеликого прямоугольника с основанием 2π. Высота этого прямоугольника и будет соответствовать среднему выпрямленному напряжению.

Одним из показателей качества выпрямленного напряжения является коэффициент пульсаций Кп. Коэффициент пульсаций – это отношение амплитуды первой гармоники напряжения U1m выпрямленной функции в разложении Фурье к среднему выпрямленному напряжению Ud.ср, т.е. Кп = U1m / Ud.ср. Для рассматриваемой схемы Кп = 1,57.

Недостатки однополупериодной схемы выпрямления:

− низкое среднее значение выпрямленного напряжения

Ud.ср = 0,45Е2;

−трансформатор загружен всего на 50 %;

−максимальный выпрямленный ток не превышает максимального прямого тока одного диода;

−обратное напряжение, приложенное к диоду равно амплитудному значению Uобр = Е2m =1,41Е2;

−большой коэффициент пульсаций Кп = 1,57.

Достоинства однополупериодной схемы выпрямления:

− единственным достоинством схемы является ее простота и низкая стоимость.

12.2. Двухполупериодные выпрямители

Двухполупериодные схемы выпрямления также относятся к категории однофазных выпрямителей и используются для построения источников питания малой и средней мощности с более высокими требованиями к пульсациям выпрямленного напряжения.

59

В состав выпрямителя включают трансформатор для получения требуемой величины выпрямленного напряжения. Существуют две схемы двухполупериодного выпрямления.

Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой. Особенностью этой схемы выпрямления переменного напряжения является то, что вторичная обмотка трансформатора выполнена в виде двух одинаковых секций, соединенных между собой последовательно с образованием среднего вывода, называемого нулевой точкой (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Схема и временные диаграммы работы двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой

Рассмотрим два полупериода действия переменной ЭДС Е2 в двух секциях вторичной обмотки трансформатора. Пусть в первый полупериод (интервал 0 < ωt < π) полярность Е2 будет соответствовать указанной на рис. 12.2, а. В этот полупериод электрический ток ia пройдет от (+) вывода верхней секции вторичной обмотки трансформатора через диод V1, через Rн к (–) верхней секции. В этот полупериод в нижней секции обмотки полярность Е2 такова, что диод V2 не может пропустить ток. Также как и в предыдущей схеме на Rн сформируется первая полуволна выпрямленного напряжения (рис. 12.2, б). Во второй полупериод действия Е2 (интервал π < ωt < 2π) полярность на выводах вторичной обмотки трансформатора поменяется на противоположную, и в этот полупериод через Rн пройдет электрический ток от нижней секции вторичной обмотки через диод V2. Теперь в верхней секции обмотки полярность Е2 такова, что диод V1 не может пропустить ток. На Rн сформируется вторая полуволна выпрямленного напряжения (рис. 12.2, б). Таким образом, секции вторичной обмотки

60