Фоторезисторы

Принцип действия всех фоторезисторов основан на явлении фотоэффекта в веществах полупроводников. Фоторезистор - такой полупроводниковый компо­нент, сопротивление которого меняется при облучении. В качестве полупроводника фоторезисторов видимого света часто используют селенид свинца, сульфид или селенид кадмия. Полупроводником фоторезисторов инфракрасного диапазона является германий, легиро­ванный цинком, золотом или медью. Важнейшей час­тью фоторезистора является пластина полупроводника, которую облучают светом, к ней подсоединены выводы компонента. В момент облучения пластины возраста­ет число подвижных носителей заряда - электронов и дырок, сопротивление фоторезистора значительно уменьшается, и этот процесс будет продолжаться до наступления динамического равновесия. Если перестать облучать пластину полупроводника, носители заряда рекомбинируют и сопротивление фоторезистора вернется к исходному значению.

Фоторезистор состоит из диэлектрического основания из керамики, стекла, ситалла, кварцевой или слюдяной пластины, на которое крепят изолированные друг от дру­га выводы, после чего наносят слой полупроводникового материала. Для защиты от разрушения в агрессивной окружающей среде изготовленный компонент покрыва­ют лаком. Фоторезистор заключают в металлический или пластмассовый корпус с окном, расположенным непосредственно над полупроводником. В окно корпуса может быть интегрирован светофильтр, пропускающий излучение с фиксированной длиной волны, или линза. Спектральная характеристика фоторезисторов, а также интегральная чувствительность аналогичны характерис­тикам и параметрам фотодиодов.

Фоторезисторы используют в цепях управления и автоматики.

Светодиоды

Светодиодом называется полупроводниковый прибор, в котором происходит непосредственное преобразование электрической энергии в некогерентную (не согласованно по времени) энергию свето­вого излучения.

Принцип действия светодиодов таков. При прямом включении основные инжектированные носители заряда переходят через p-n переход и там рекомбинируют. Реком­бинация связана с выделением энергии. Для большинства полупроводниковых материалов это тепловая энергия. Только для некоторых сложных полупроводников, например, на основе арсенида галлия или фосфида галлия, при рекомбинации между максимумом вален­тной зоны и минимумом зоны проводимости ширина запрещенной зоны ΔW достаточно велика и длина волны λ, лежит в видимой части спектра.

Основные характеристики светодиодов:

1. яркостная - это зависимость мощности излучения от прямого тока Р_u = f (I_пр) (рис. 6.20);

2. спектральная - это зависимость мощности излу­чения от длины волны

Р_u = f(λ) (рис. 6.21).

Рис. 6.20. Яркостная характеристика Рис. 6.21. Спектральная характеристика

КПД инжекционных светодиодов видимого излучения может достигать 0,1%, а КПД светодиодов с инфракрасным из­лучением, которое невидимо глазом, - 5%, т. е. в 50 раз выше. Некоторые светодиоды, полупроводниковый кристалл которых вырабатывает инфракрасное излучение, изготовляют с люминофорами, заставляя такие светодиоды излучать видимый глазом свет благодаря вторичному излучению при возбуждении люминофора.

Принцип действия светодиодов с люминофорами таков. Инфракрасным светом, излуча­ющим инжекционный светодиод, облучают люминофор, который под воздействием инфракрасного света начина­ет испускать свет с длиной волны, отличной от длины волны облучающего света. Люминофор изготовляют из фторида лантана, легированного эрбием. Светодиоды с люминофорами позволяют увеличить КПД светодиодов зеленого и фиолетового цвета примерно до 1%, а также получить коричневый цвет свечения.

Основные параметры светодиодов:

1. максимально до­пустимый ток в прямом включении;

2. яркость свечения при прямом максимальном токе;

3. падение напряжения на светодиоде в прямом включении;

4. полная мощность излучения Р_{u max};

5. ширина диаграммы направленнос­ти;

6. длительность времени нарастания излучения и его спада.

Светодиоды широко используют в устройствах инди­кации, в качестве оптических передатчиков излучения в оптронах и для передачи информации по оптоволоконным линиям связи. Некоторые светодиоды, предназначенные для использования в устройствах индикации, содержат в корпусе несколько полупроводниковых переходов, излучение которых имеет разные длины волн и направ­лено на одну линзу. Такие светодиоды могут быть двух-, трехцветными и др. Светодиоды, предназначенные для работы с оптоволоконными линиями связи, часто обла­дают специфической формой, интересной тем, что часть корпуса светодиода занимает оптический волновод.