Изложите устройство, принцип действия, достоинства и недостатки накальных индикаторов.

В лампах накаливания используется световое излучение вольфрама, нагретого до температуры 2400 °С. Стеклянную колбу с вольфрамовой нитью наполняют инертным газом или создают в ней вакуум.

Для пультов управления изготовляют сверх­миниатюрные лампы накаливания диаметром 2 мм, длиной 9мм, рассчитанные на напряжение 1,2-12 В.

Накальные индикаторы серии ИВ применяются в ИМС. Внутри лампы на фоне черной изоляционной пластинки натянуто несколько нитей накаливания. Все нити имеют общий вывод, а вторые концы выведены на отдельные электроды. Различные сочетания включенных нитей образуют букву или цифру.

Достоинства: просты в эксплуатации, низкое напряжение питания, низкая стоимость, высокая яркость.

Недостатки: большая инерционность, высокая потребляемая мощность, небольшой срок службы, низкая надежность.

Опишите устройство светодиодов, их достоинства и недостатки.

Светодиод преобразует электрическую энергию в оптическое излучение. Условное обозначение светодиодов показано на рис. 46, а. Их изготавливают из арсенида галлия, фосфида галлия, карбида кремния.

Светодиоды содержат p-n -переход, смещённый в прямом направлении. При прохождении тока через диод тока в области p-n -перехода происходит генерация и рекомбинация электронов и дырок.

При рекомбинации электрон переходит с высокого энергетического уровня на энергетический уровень с меньшим запасом энергии. Так как у германия и кремния ширина запрещенной зоны сравнительно невелика (соответственно 0,72 и 1,12 эВ), то выделяемая при протекании рекомбинационных процессов энергия поглощается кристаллической решеткой полупроводника. А материалы светодиодов имеют большую ширину запрещенной зоны (GaAs DЕ = 1,38 эВ). Поэтому в них часть освобождающейся энергии поглощается объемом полупроводника, а избыток излучается в виде квантов света.

Для индикации и вывода информации в ИМС применяют светодиодные индикаторы с несколькими светящимися полями, которые позволяют воспроизводить цифры от 0 до 9.

 

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ).

В ЖКИ используют органические жидкости с сильно вытянутыми (нитевидными) молекулами, которым свойственна ориентация в одном направлении, при этом жидкость прозрачна. Эта ориентация легко изменяется под влиянием внешнего электрического поля, т.к. молекулы ориентируются поперек поля, жидкость при этом темнеет.

ЖКИ выполняют в виде плоских стеклянных обкладок с нанесенными на них прозрачными электродами. Промежуток между электродами, заполненный жидкими кристаллами, делают очень малым, что позволяет уменьшить управляющее напряжение до единиц вольт

ЖКИ работают как в проходящем, так и в отраженном свете. На рис. 10 показано устройство ЖКИ, работающего в проходящем свете.

Между двумя стеклянными пластинками находится тонкий (10—20 мкм) слой жидкого кристалла 4. Под индикатором размещен источник света 6 и матово - черный экран 5.

На внутреннюю поверхность одной из пластин нанесен сплошной прозрачный электрод 3, а на другой — фигурные электроды (сегменты) 2. Для получения изображения между сплошным электродом и нужными сегментами прикладывается напряжение (15-50 В). При этом прозрачность жидкости между ними уменьшается и в проходящем свете формируется темный знак. Токи фигурных электродов столь малы (5-100 нА), что потребляемая мощность на индикацию знака не превышает 50 мкВт.

 

Рис. 47

Достоинства: допускают большие размеры, малая потребляемая мощность, низкое рабочее напряжение.

Недостатки: не очень яркое изображение, большая инерционность, необходим источник света.

ЖКИ применяются устройствах с ограниченным запасом питания: наручные электронные часы, микрокалькуляторы и др.

 

Фоторезисторы(ФР).

Это п/п-вые приборы, сопротивление которых изменяется под воздействием светового потока. При облучении светом в п/п-ке возникает избыточная концентрация носителей заряда за счет перехода электронов в зону проводимости, что вызывает увеличение проводимости п/п-ка.

ФР изготавливают из сернистого свинца, сульфида кадмия и селенида кадмия.

Рис. 2.26

На рис. 2.26, а показана общая конструкция фоторезистора СФ2-2. Схема включения фоторезистора показана на рис. 2.26, б. При отсутствии освещения (Ф = 0) фоторезистор обладает большим темновым сопротивлением R_темн, поэтому темновой ток I_темн, проходящий в цепи маленький и равен

I_темн=E/ (R_темн+R_н) (2.21)

При наличии светового потока (Ф > 0) сопротивление фоторезистора уменьшается до значения R_св, а световой ток: I_св=E/(R_св+R_н) (2.22)

Разность токов определяет фототок I_ф= I_св — I_темн

ВАХ ФР при освещении (прямая 1) и затемнении (прямая 2),, показаны на рис. 2.26, в.

Интегральная чувствительность фоторезистора K_ф.р=I_ф/Ф;

ФР имеют малые габариты, высокую чувствительность, применяются в цепях постоянного и переменного токов. К ФР источник питания Е может быть включен с любой полярностью.

 

 

Фотодиод (ФД).

Это п/п-вый фотоэлектрический прибор, в котором используется внутренний фотоэффект. Он преобразует световую энергию в электрическую. ФД изготавливают из германия, кремния, арсенида галлия, сернистого серебра. ФД, как и обычные п/п-вые диоды, состоит из двух слоев п/п-ка с электропроводностями разных типов и одного p-n-перехода. В ФД предусматривается возможность попадания светового потока в область p-n-перехода.

ФД могут работать в двух режимах: 1) фотогенераторном (без внешнего источника питания); 2) фотопреобразовательном (с внешним источником питания).

В фотогенераторном режиме при разомкнутом ключе К и отсутствии освещения (Ф = 0) ток через p-n-переход равен нулю. При освещении п/п-ка в области p-n-перехода генерируются дополнительные пары носителей заряда. Поле объемного заряда p-n-перехода с разностью потенциалов φ_к «разделяет» эти пары: дырки дрейфуют в p-область, а электроны — в n-область, Поскольку в области п/п-ка p-типа накапливаются избыточные носители с положительным зарядом, а в области п/п-ка n-типа — с отрицательным зарядом, то между внешними электродами появляется разность потенциалов с полярностью, указанной на рис. 2.7, б, представляющая собой фото-ЭДС. Значение фото-ЭДС равно φ_к (0,5—0,6 В). Под воздействием фото-ЭДС в цепи нагрузки проходит ток (ключ К при этом замкнут).

19. Фототранзисторы (ФТ).

Это фотоэлектрические п/п-вые приборы с двумя р - n -переходами. Они преобразуют световую энергию в электрическую, образуя фототок и усиливая его.

Рассмотрим работу ФТ в режиме с отключенной базой (I_б=0). Схема включения фототранзистора показана на рис. 49, а, а его условное обозначение — на рис. 49, б. Если внешний световой поток Ф равен нулю, то через ФТ проходит небольшой темновой ток коллектора I_кТ, который определяется формулой I_кТ=I_кэ0=I_кб0(h_21э+1)

Рис. 49

При освещении области базы (Ф > 0) в ней генерируются электроны и дырки, которые диффундируют к эмиттерному и коллекторному переходам. При этом электрическое поле коллекторного перехода втягивает в коллектор дырки, но задерживает в базе электроны. Ушедшие в коллекторную цепь дырки, образующие фототок I_ф, увеличивают обратный ток коллектора на величину I_k’=I_ф, а оставшиеся электроны при отключенной базе создают в ней отрицательный пространственный заряд, смещающий эмиттерный переход в прямом направлении при этом из эмиттера в базу перемещается дополнительное количество дырок, которые, как и в обычном биполярном транзисторе, диффундируют через базу к коллекторному переходу и захватываются его полем, вызывая приращение коллекторного тока Iк''. Это приращение коллекторного тока равно h_21эI_ф Общий коллекторный ток фототранзистора, проходящийво внешней цепи: I_к = I_к' + I_к'' = I_ф + h_21эI_ф = I_ф (1+h_21э)

Семейство ВАХ ФТ показано на рис. 49, в. Увеличение освещенности фототранзистора, вызывающее пропорциональное увеличение фототока, приводит к росту тока коллектора.

Интегральная чувствительность фототранзистора К_Т в 1+ h _21э раз больше, чем у фотодиода, т.к. у фототранзистора наряду с образованием фототока I_ф происходит его усиление в1+ h _21э раз.