12.7.4 Полупроводниковые и жидкокристаллические индикаторы
Принцип действия полупроводниковых индикаторов основан на излучении квантов света при рекомбинации носителей заряда в области p-n перехода, к которому приложено напряжение. К таким индикаторам относится светодиод. Различают полупроводниковые индикаторы дискретные (точечные) и знаковые, в которых каждый сегмент представляет собой отдельный светодиод. Большими возможностями обладают матричные точечные элементы. Светодиоды работают при прямом напряжении 2 - 6 В и токе 10 – 40 мА (на сегмент или точку). Полупроводниковые индикаторы можно подключать «напрямую» к полупроводниковым дешифраторам благодаря низкому рабочему напряжению, их отличает большой срок службы, высокая яркость свечения. Основной недостаток состоит в сравнительно большой мощности потребления электрической энергии (0,5 – 1,0 Вт на светодиод).
Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) отличаются тем, что не излучают собственный свет, а преломляют падающий или проходящий сквозь них свет. Поэтому для использования ЖКИ необходим источник света. Основой этого вида индикаторов служат жидкокристаллические вещества, обладающие свойствами жидкости и имеющие кристаллическую молекулярную структуру. При этом структура такого вещества легко изменяется под воздействием электрического поля, ультразвука, что приводит к изменению коэффициента преломления света. По своей конструкции ЖКИ подобен конденсатору, в котором между двумя стеклянными пластинами, внутренняя поверхность которых покрыта электропроводящем слоем (электродами), находится слой жидкокристаллического вещества толщиной 10 - 20 мкм. Один электрод делают прозрачным, а другой – хорошо отражающим свет. Вся конструкция герметизируется. Под воздействием напряжения U = 10 – 20 В, приложенного к электродам, изменяются преломляющие свойства жидкокристаллического вещества.
1 – стеклянная пластина; 2 – отражающий электрод; 3 – изоляция; 4 – прозрачный
электрод; 5 – выводы; 6 – жидкокристаллическое вещество
Рисунок 12.25 - Устройство жидкокристаллического индикатора
ЖКИ отличает согласование электрических характеристик с ИМС, выполненным по МОП – технологии. Недостатки: необходимость во внешнем источнике света и узкий диапазон рабочих температур (-15 ÷ +50) 0С.
12.8 Фотоэлектрические приборы
Фотоэлектрическим (фотоэлектронным) прибором называют преобразователь энергии оптического излучения в электрическую. Работа этих приборов основана на фотоэффектах. Различают два вида фотоэффекта: внутренний и внешний. Внутренний фотоэффект проявляется в виде изменения электрической проводимости в однородных полупроводниках или создании ЭДС в неоднородных полупроводниках. Его используют в фоторезисторах, фотодиодах, фототранзисторах и других. Внешний фотоэффект – это фотоэлектронная эмиссия, то есть выход электронов за пределы поверхности вещества под воздействием излучения.
Фоторезистором называют полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, в котором используется явление фотопроводимости, то есть изменения электрической проводимости полупроводника под воздействием оптического излучения.
К существенным недостаткам фоторезистора относят его инерционность.
в)
U, В
Рисунок 12.26 - Эскиз конструкции (а), схема включения (б) и примерная зависимость
фототока от освещённости
Фоторезисторы отличает высокая чувствительность, возможность использования в инфракрасной области спектра излучения, небольшие габариты и применимость для работы в цепях постоянного и переменного тока.
Рисунок 12.27 - Вольт-амперные характеристики фоторезистора
Фотодиодом называют полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, имеющий один p-n переход и два вывода.
Рисунок. 12.28 - Устройство фотодиода
Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов: 1) без внешнего источника электрической энергии (режим фотогенератора); 2) с внешним источником электрической энергии (режим фотопреобразователя). Фотодиоды, работающие в режиме фотогенератора, часто применяют в качестве источников питания, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую энергию.
а) б)
Рисунок 12.29 - Вольт-амперные характеристики фотодиода (а) и вольт-амперные
характеристики фотодиода в режиме фотогенератора (Фi – мощность
светового потока)
а) б)
Рисунок 12.30 - Вольт-амперные характеристики фотодиода в режиме фотопреобразователя (а) и его схема включения (б)
Режим фотопреобразователя соответствует подаче напряжения на фотодиод в запирающем направлении.
К специальным полупроводниковым фотоэлектрическим приборам относят лавинные фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры. Значение характеристик фототиристора, как и других фотоэлектрических приборов, зависят от температуры.