50. Светодиоды. Устройство и принцип действия.
Светодиод представляет собой излучающий p-n–переход, свечение в котором возникает вследствие рекомбинаций носителей заряда и наблюдается при смещении перехода в прямом направлении. Основные конструкции светодиодов: плоская, плоскопланарная, полусферическая (см. рис. 3.7 Гусев).
Светодиоды конструируют так, чтобы наружу выходил максимально возможный световой поток. Однако значительная часть потока излучения все же теряется за счет поглощения в самом проводнике. При конструировании светодиодов используют такие полупроводники как фосфид галлия (GaP) и карбид кремния (SiC), а также некоторые тройные соединения (GaAlAs, GaAsP). Принцип работы светодиодов заключается в следующем. При прямом напряжении в полупроводниковом диоде происходит инжекция носителей заряда из эмиттерной области в область базы. Инжектированные носители (например, электроны) рекомбинируют с основными носителями базовой области (дырками). Рекомбинирующие электроны переходят с более высоких энергетических уровней зоны проводимости, близких к ее нижней границе, на более низкие уровни, расположенные вблизи верхней границы валентной зоны (см. рис. 13.15 Жеребцов).
При этом выделяется фотон, энергия которого почти равна ширине запрещенной зоны. Основные параметры светодиодов:
-Сила света (0,1-1 милликандел (кд))
-Яркость (10-100 кд/см2)
-Постоянное прямое напряжение (2-3 В)
-Цвет сечения и длина волны, соответствующие максимальному световому потоку
-Максимальный допустимый прямой ток (десятки мА)
-Максимальное допустимое постоянное обратное напряжение (единицы B).
-Диапазон температур окружающей среды
Основные характеристики: яркостная, световая, спектральная и ВАХ (как у обычного диода).
Источники света.
Источники света основаны на индуцированном излучении и электролюминесценции.
Индуцированное излучение осуществляется под действием внешних фотонов. Излучатели на этом принципе - это лазеры.
Оптической накачкой называют процесс перехода (е) в зону проводимости под действием светового излучения.
51. Фотоприемники. Фоторезисторы.
Фотоприемники предназначены для преобразования светового излучения в электрические сигналы. Все многообразие возможных характеристик оптронов реализуется за счет фотоприемников. При подборе фотоизлучателей и фотоприемников необходимо согласовывать их спектральные характеристики. В качестве фотоприемников могут быть использованы фоторезисторы, фотодиоды, фототиристоры и т.д. Фоторезистор представляет собой полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием излучения. Принцип устройства (рис. 13.1 Жеребцов)
следующий: на диэлектрическую пластину нанесен тонкий слой полупроводника с контактами по краям. Схема включения фоторезистора представлена на рисунке. Полярность источника питания роли не играет. Если облучения нет, то фоторезистор имеет некоторое большое сопротивление RT, называемое темновым. Оно является одним из параметров фоторезистора и составляет 104-107 Ом. Соответствующий ток через фоторезистор называют темновым током.
При действии излучения с достаточной энергией фотонов на фоторезистор в нем происходит генерация пар носителей заряда (электронов и дырок) и его сопротивление уменьшается. Фоторезисторы имеют линейную вольт-амперную и нелинейную энергетическую характеристику (рис 13.2 Жеребцов). К параметрам фоторезисторов помимо темнового сопротивления также относятся удельная чувствительность, максимальное допустимое рабочее напряжение (до 600 В), температурный коэффициент фототока. Недостатки: значительная зависимость сопротивления от температуры, большая инерционность, узкая полоса частот. Тем не менее фоторезисторы широко применяются в различных схемах автоматики и во многих других устройствах.