Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Фотоволтаични устройства

Когато става въпрос за фотоелектричния сензора, това означава, че комбинацията от източника на радиация и приемника на съответния радиация. Фоточувствителни приемници работят в един диапазон от дължини на вълната, така че да се получи най-голям сигнал техните характеристики трябва да бъдат в съответствие с параметрите на предавателя. Цялата гама на получената оптична радиация може да бъде схематично представена като "линия" на дължини на вълната (фиг. 1.8).

Източникът на радиация може да служи на различни устройства: проста лампа с нажежаема жичка, LED, лазер. Оптичен радиация, попадаща върху чувствителна повърхност на приемника, част от него е отразено (част от полезния сигнал се губи), а останалата част се абсорбира.

Фиг. 1.8

В усвояването на оптична радиация в светлочувствителен слой от полупроводников материал, като носители на заряд на: електроните и дупките, причинявайки проводимост. Photoconductivity се случва, когато фотонна енергия

E фута = H · ν,

където h1) - постоянен, и ν Планк - честота радиация надвишава определен праг стойност. Когато един фотон се абсорбира присъща праг полупроводникови енергия се определя от забранената зона (0.5 ... 2.0 eV2)) отделяне на проводимост и валентност лента, и примес праг полупроводникови енергия се определя от енергията на активация (0.04 ... 0.15 ЕГ) подходящото ниво на примес атом (донор или акцептор).

фотоустройства имоти на определени характеристики и параметри на системата, най-важните от които са следните:

- Спектралните характеристики на чувствителността на оценки фотоустройства отговор на излагане на радиация при различни дължини на вълните и определя спектрален диапазон на излъчване, което може да се прилага photodevice;

- Light (енергия) характеристика отразява зависимостта на фототока на устройството, от интензивността на вълнуващо радиация поток;

- Текущ напрежение характеристика (CVC) на приемника определя зависимостта на фототока на напрежението прилага към него.

Основните параметри на фотоустройства:

- Работно напрежение, U р;

- Максимално напрежение U макс;

- Тъмно съпротивление R R - съпротивлението на устройството в отсъствието на поток, F = 0;

- Устойчивост на диференциалното R раз - устойчивост в кон-специфична работна точка на VAC;

- Тъмно ток I м - тока, протичащ през устройството в отсъствието на поток, F = 0.

В основата на фоточувствителни устройството полупроводникови (фотодиод, фототранзистор, fototiristory) е р - н кръстовища.

Фотодиод, опростена структура и условно графично нотация е показано на фиг. 1.9 е един от най-разпространените устройства в автоматични устройства. Помислете за принципа на работа на детектора. Фотодиод структура се състои от две различни полупроводникови примес проводимост област р - н кръстовища, които са изложени на експозиция на радиация.



Фиг. 1.9

Облъчването на р - н кръстовища в Р и N възникнат nonequilibrium такса превозвачи на двете полярности. Концентрацията на носителите на основните равновесие заряд остава почти непроменена, а концентрацията на малцинството - значително увеличен. В този случай, ако радиация се абсорбира в р регион, генерираните електроните в него, са на р - н кръстовища на разстояние по-малко от дължината на дифузия, че иде към него, са извлечени от електростатично поле, в района на н. Същото се случва и с дупките генерирани регион п. Малцинствените превозвачи, генерирани в региона пространство такса р - н кръстовища са преместени в области, в които те ще бъдат от ключово значение. Ако р - н кръстовището е отворен, прехвърлянето на носители на заряд води до натрупване на отрицателен заряд в положителен заряд и н в р. Общият заряд на тези основни носители частично компенсира такси йонни бариерен слой, намалявайки ширината на бариерния слой и намаляване на потенциалната бариера. Получената разделянето на nonequilibrium превозвачи EMF такси, се обадих на фото-EMF - Д Е. Това зависи от светлинния поток F облъчване на P - N възел, и други фактори, но това не е максималната стойност на контакта потенциална разлика превишен.

На фотодиоди могат да работят в два режима: фотоволтаични (Fotogeneratornom - Фигура 1.10, а.) И фотодиод (или photoconverter - Фигура 1.10, б.). В първия случай, устройството работи в производството на фото-EMF, осигуряване на светлинен поток на ток St I = I е + I т през свързания товар R п. фототока I Р е компонент на светлината ток от директна радиация инцидент на приемника. Фотоволтаична режим съответства на квадрант IV на ток напрежение характеристика (CVC) на фотодиод (фигура 1.11).

а) б)

Фиг. 1.10

Във втория режим обратно предубедени фотодиод свързан източник външно напрежение и падащата светлина се определя от потока на фототока. Връзката на ток и напрежение, като функция на радиация инцидент на фотодетектора в този режим на работа се определя от част от Кодът за проверка намира в квадрант III (фиг. 1.11).

Фиг. 1.11

Последният режим има редица предимства в сравнение с фотоволтаични режим: по-ниска инерция, повишена чувствителност към дълга дължина на вълната част от оптичния диапазон, голяма площ от характеристики за линейност.

В някои случаи се изисква от висока скорост фотодетектор (няколко наносекунди или по-малко). Такива устройства са необходими в областта на оптичните комуникации, звукови системи, CD-та и т.н. Такива устройства се използват пин фотодиоди Структура и лавинни фотодиоди. Опростената структура на PIN фотодиод е показано на фиг. 1.12.

Фиг. 1.12

На електронния субстрат проводимост N + повишени концентрации са леко легирани I-peridotite слой и още един слой от р-тип р + повишена концентрация от порядъка на 0,3 микрона. Когато обратно напрежение през цялото I-слой е силно обеднен на носители на заряд. В резултат на капацитет на възел намалява абсорбцията на инцидент радиация простира област и увеличава чувствителността. Погълнат светлинен поток F в структурата разпада експоненциално в зависимост от коефициента на поглъщане и излъчване причинява фото-възбудени превозвачи. електростатичното поле изчерпването на E слой ≥ 10 3 V / cm, за да се ускори тяхното насищане плаващите скорост (около 10 7 см / сек). Тази област се нарича пространството дрейф. Извън движение заряд носител изчерпването слой е дифузионно в природата с относително ниска скорост (~ 10 4 см / сек), което намалява производителността. За изпълнение е необходимо да се концентрира излъчване се абсорбира в изчерпване слой. За тази цел, слой от р + правят много тънка, а дължината на аз-слой, за да се направи по-лъчение с дължина на абсорбция. Електрони и дупки, възникващи по време на облъчването мигновено разпределени над своята област. увеличава скоростта драстично и гранична честота е в до около 10 9 ... 10 10 Hz. Дължина усвояване силиций при дължина на вълната около 0.8 микрона на 10 ... 20 m. Работно напрежение при която изчерпване слой има желаната дължина, по-малко от 10 ... 20 V.

Друг вид на високоскоростни фотодиоди са лавина. Опростената конструкция и дизайн на фотодиод е показано на фиг. 1.13. Това F фотодиод излъчване се абсорбира и в изчерпване слой.

Фиг. 1.13

За да се създадат условия за възникването на йонизация въздействие, което води до лавина размножаването на такси фото-възбудени носители близо до района на формиране на PN възел с високо електрическо поле (E = 10 5 V / cm). Чрез избор на външен напрежение и параметрите на веригата да се гарантира, че процесът на лавина се наблюдава само когато светлинен поток. Възприемането на фотодиод радиация води до рязко увеличение на фототока. Стойността му се характеризира с коефициента на лавина умножение M = I стр / I ^ 0, където I е общата стойност на фототока, и аз ^ 0 първоначалната стойност на тока, причинено от генерирането на носители е главно на топлинна произход. Фактор лавина умножение M достига десетки хиляди единици. Когато обратно напрежение от 100 ... 150 V лавина скорост фотодиод е приблизително 0,3 НЧ. Производителността е ограничен от времето на развълнуван пътя на носител и времеконстанта τ = R н C, където R п натоварване съпротивление и C е капацитет диод. Когато ширината на изчерпване слой от 100 mm, и скоростта на таксата превозвачи 7 октомври см / сек, работещи време е 1 НЧ. По-малко от ширината на диод капацитет е приблизително равно на 1 ... 2 PF и R = 50 ома N τ = 0,05 ... 0,1 NS времеконстанта.

Фотодиоди, изработени от силиций (Si) работят във вълновия диапазон 0,5 ... 1,1 м, а на основата на германий (Ge) - 0,5 ... 1,9 мм. Честотата на изключване на лавина фотодиод приемник достига 10 11 ... 10 Декември Hz. Някои от вариантите да включват фотодиоди схеми и малки забележки към тях са дадени по-долу. Фиг. 1.14, както е представено от състоянието на верига NL1 крушки контрол. При липса на светлинен поток VD1 е с висока устойчивост и транзистора VT1 заключена пристрастия напрежение. Vd1 на облъчването му съпротивление намалява, базовите потенциални увеличения, транзистор VT1 се отваря, като предоставя осветяване на луковицата. Фиг. 1. 14б с композитен транзистор устройство работи реле бобина "К", която е включена в схемата на колектора. Облъчването на фототока фотодиода се влива в композитен базата на транзистора, където се увеличава до достигане на стойност достатъчна, за да променят състоянието на реле бобина K1 релеен контакт. Съставният транзистор с голям коефициент на р предаване COMP база. (Единици - десетки хиляди) на ток създава голям колектор ток към I = β ∙ Ed I F.

а) б)

Фиг. 1.14

Фототранзистори разлика от диоди (с изключение на лавина) не само генерират носители на заряд, но и подобряване на фототока. Основната единица на фототранзистор е показано на фиг. 1.15.

Фиг. 1.15

Той се свързва с емитер кръстовище напред напрежение, и колектора - по друг начин. Базата остава свободен. Под влияние на фотона, генерирани в преходите на електрон-дупка на носители на заряд са разпределени: дупките се събират в една база данни, и електроните се движат към емитер или колектор. Положителен база потенциални увеличения, което причинява инжектиране на електрони от емитера в основата, като по този начин увеличаване на фототока. С цел подобряване на радиация модел, много транзистори са оборудвани с микролещи.

Фототранзистори за амплифициране устройства, свързани в същите фотодиоди (фиг. 1.15).

а) б)

Фиг. 1.15

Биполярно фототранзистор има най-висока чувствителност в областта облъчва с основата, когато включите на схема с общ емитер и извън базата. Тъй като настоящото на фототранзистор е десет пъти повече от фотодиод ток при същата интензивност осветление, броят на усилване етапи и изисква значително по-малко натоварване може да се включва, както е показано на фиг. 1.15, и по-емитер верига. Токът на натоварване се определя от I д = I е (β + 1), където β - основата на транзистор текущата печалба VT2.

Присъствието на база в изхода на фототранзистор не само позволява използването на оптични, електрически контрол и фототранзистор (фиг. 1.15, б). При липса на светлинен поток резистор R B открие отклонение на напрежението на базата поради потока на обратен ток на кръстовището на колектора. Токът на колектора е близо до нула, и изходното напрежение + U е практически равна на ямата.

Fototiristory представляват друг вид фотоустройства. Тяхното ползотворно използване като близост превключвате с оптичен контрол на силовите вериги на постоянен и променлив ток. Fototiristory има структура, подобна на тази на конвенционалните тиристор. Отличителна черта на структура и дизайн fototiristory е възможността за излагане светлинен поток на една от базовите площи (фиг. 1.16). Това устройство работи в светли обикновено управляваните изправители и най-ефективен в лечението на високи токове при високи напрежения. В допълнение, времето за реакция на светлина облъчване на малко от 1, може да се използва в системите за високоскоростни.

Фиг. 1.23

Когато положителен потенциал на анода и Р1 катодни отрицателни преходи и P3 pryamosmescheny и P2 obratnosmeschen. При липса на облъчване и тока в контролната електрод (UE) fototiristory почти затворени и ток през това не е така. Когато Р2 преход получава светлинен поток, там възниква електрон-дупка двойки. Носителите, получени в областта на дължината на дифузия на PN възел са разделени от електрическото поле и произвеждат фототока. Fototiristory отива към държавата ON. Електрически ток се увеличава бързо до стойност, определена от съпротивление R N на външната верига на. След прекратяване на излагането fototiristory остава. За да го върне на разстояние държавата трябва да намали приложеното напрежение. В AC вериги, това се извършва автоматично при достигане на определен размер.

В прехода от затворено състояние на открита fototiristory съпротивление и ток през него се променя приблизително 10 6 ... 7 пъти 10: 10 от резистентност 8 Ohm затворен -1 до 10 ома съответно в отворено и на тока от 10 -6 A затворен за 10 -1 ... 1 А на открито. Горните цифри се променят fototiristory параметри показват много висока печалба ток и мощност.

Необходимо е да се обърне внимание на особеностите на приложение фотоустройства дискретно представяне на. The фотодиоди апарат силно чувствителна препоръчва при фотоволтаични режим, тъй като в този случай нивото на шума е по-ниска.

фотоустройства приложение в схеми за автоматизация.

Конвертиране на кода на ъгъл. Един прост ъгъл датчик в импулсна поредица може да бъде на устройството от фиг. 1.24, както добре.

а) б)

Фиг. 1.24

На вала по нейните генератори прилага променлив тъмни и светли ивици, което намалява производителността на светлината от LED HL1. Отразената светлина импулси са получени и се превръща фототранзистор VT1. Всяка въртене на вала на определен ъгъл в единица време има своя собствена кодова дума. Тъй като честотата на импулсите, които възникват, когато валът се върти, е пропорционална на ъгловата честота на вала, броят на импулсите осигурява мярка за броя на оборотите за единица време.

Оборотомер (фиг. 1.24, б) един на базата на комбинация от предавател и приемник, като по подобен начин за измерване на броя на оборотите на двигателя на превозното средство. На въртящ се диск има издатина, която от своя страна всеки път с кола прекъсва инфрачервената радиация. Фотодетектора открива липсата на сигнал във всеки момент, и предава информация под формата на импулс на брояча се регистрира броя на оборотите.

Голямата употреба на фоточувствителни устройството е в системи за отдалечен контрол. Функции на сигнала на предавателя изпълнява инфрачервен светодиод, който излъчва кодиран последователност на светлинни импулси. Приемникът на лъчение може да бъде всеки от горните фоточувствителни устройства. Възприемането на сигнал след декодиране и усилване на органите на изпълнителната власт, които изпълняват различни функции, възложени им. Пример за такова устройство може да служи като система за дистанционно отключване и заключване вратите на превозните средства, отключване на багажника, стартиране на двигателя и т.н. Такава система е широко използван за контрол на много функции на телевизора.

Оптоелектронни система за дистанционно управление може да регулирате скоростта, посоката на управляваните обекти промяна, за да представят други необходими команди. В сравнение с контрол на въздуха оптоелектронни системи имат няколко предимства, преди всичко, простотата на практическото му прилагане. Системата в инфрачервената радиация гама успешно работи в никаква светлина и без осигуряване на необходимата за практически цели варират.

Оптрон - функционално и структурно пълна устройство, което комбинира в един корпус на предавателя и приемника оптичния диапазон. Повечето оптрони се използват в момента, са комбинация от LED - фотодиод (или фототранзистор fototiristory). За защита от външна радиация оптична двойка се поставя в непрозрачен (обикновено метал) на тялото. Очевидно предимство на оптрони е фактът, че производството на оптимално съвпадащи предавател и приемник характеристики и тяхната относителна позиция.

Оптрони имат много цели и приложения, но имайте предвид, тези, в които най-проявяват техните функции:

- За галванично разделяне на веригите за управление и изходни вериги;

- За взаимодействие чипове с различни стойности на логически нива;

- За контрол безконтактно силнотокови и високоволтови инсталации;

- В цифрови интерфейси високоскоростни, като интерфейси на компютърни системи, периферни устройства и блокове на паметта;

- В автоматични съоръжения за контрол на за различни цели.

Помислете за няколко примера за илюстрация на горното.

На ris.1.25 показва схема на галванично разделяне на два блока с диод на ANM на оптрон. В фотодиод работи в този случай в режим photoconverter.

Фиг. 1.25

Оптрони се използват в комуникационни системи, увеличаване на техния шум имунитет и предоставят ефективни решения на захранващите линии и една обща шина. Широкото използване на оптрони в сдвояване изчислителни схеми и апаратура в средства за автоматизация, особено когато сензори или приемници работят в опасна или недостъпни за човека. Пример за задължително галванична изолация е използването на оптрони в медицинска апаратура за диагностика, датчика се намира на тялото на пациента, и мерителна единица, която преобразува и усилва сензорни сигнали, предоставени от електрическата мрежа.

Фиг. 1.26 показва схема на свързване на различните чипове, използващи оптоелектронен ключ, като този чип се използва K249LP1.

Използването оптрони, насочени към проблемите на последователност цифрови чипове на различни видове логика (TTL, Астли, CMOS).

Фиг. 1.26

Пример хармонизация TTL чипове и TIR използвайки транзистор оптрон е показано на фиг. 1.27.

Ris.1.27

Контролен лист

1. Какъв е ефекта на Хол?

2. От какво се случва и как зависи от едн зала?

3. Когато се използва сензорите на Хол?

4. Списък на предимствата и недостатъците на сензорите на Хол.

5. Каква е пиезоелектричен ефект?

6. Какво е значението на пряка и обратна пиезоелектричен ефект?

7. Това, което отличава оста на симетрия в кварца паралелепипед?

8. Какви са надлъжни и напречни ефект?

9. Какво определя таксата се появява на лицата на кварц плоча?

10. Какви функции са пиезоелектрични преобразуватели, които определят тяхната работа?

11. С цел да се измери някакви физически количества, използвани

пиезоелектрични преобразуватели?

12. Дайте примери за основните структури за сензори

измерване на положението на обект, ускорение, налягане, сила.

13. Какво е приблизително в интервала за измерване на ускорението пиезоелектрични преобразуватели,

налягане, сила?

14. На какво принцип работят ултразвукови устройства?

15. Какво е честотния диапазон и дължината на вълната на трептене се използва

ултразвукови сензори?

16. Какви са параметрите и характеристиките на свойствата оценявани

ултразвукови сензори?

17. Какви са областите на приложение на ултразвукови сензори?

18. Каква е приблизителната точност на ултразвукови сензори?

19. Какъв е обхвата на дължини на вълните, които работят

фотоволтаични устройства?

20. Списък на характеристиките и параметрите и нека фотоустройства

тяхното определение.

21. Какъв е принципът на устройството и функционирането на фотодиод? Във всеки режим

той може да работи?

22. Каква е разликата пинови и лавинни фотодиоди от обикновената

фотодиод с PN кръстопът?

23. Как върши работата и фототранзистор?

24. Какво прави база електрод в фототранзистор?

25. Как върши работата и fototiristory?

26. Дайте примери на схеми за включване photothyristors?

27. Как мога да използвам, за да се създаде фотоустройства

ъгъл конвертор код; производството на оборотомер?

28. Каква е оптрон? Както класифицирани оптрони?

29. Списък на възможните приложения на оптрони.

Позоваванията на глава 1

1. Car Наръчник: Преведено от английски. - M:. На волана, 1999 г. -

896 стр. - 1-во руски. изд.

2. Архипов В. Прилагане на твърдотелни оптико-електронни релета

// Средна мощност радио. - 2003 г. - № 1. - С. 42-45.

3. Виноградов Yu сензор инфрачервена присъствие // Радио. - 2002 година.

Номер 1.

4. Dans BA Torque контрол на запалването на автомобила. - М:

Транспорт 2002 година.

5. Иванов VI, AI Aksenov, Yushin AM . Полупроводникови оптоелектронни устройства: Spravochnik.- M: Energoatomisdat, 1988 - до 448: Ill..

6. Kaidalov SA Фоточувствителни устройства и тяхното приложение. Directory. - M: Радио и съобщенията, 1995 г. - 120 стр. Тиня..

7. Ladik AI и др. електронни продукти.

На пиезоелектрични и електро-механични устройства: референтен

издание. - M: Радио и съобщенията, 1993..

11. Носов YR Оптоелектроника. - M: Радио и съобщенията, 1989 г. - 360 стр. Тиня..

12. Опто-електронни компоненти и устройства / Ed. VP Gulyaev. - M: Радио и съобщенията, 1998 г. - 336 стр. Тиня..

13. Pezoelektronika / AA Yerofeyev, AI ProClin т.н. - M:. Радио и съобщенията, 1994..

14. Rysin V. Fil Б., S. Shoferistov магнитно ИС

силиконова основа сензорите на Хол // електронни компоненти. -

2000 г. № 1. - С. 20-22.

15. Ръководство за приемниците на оптични лъчения / Ed.

LZ Kriksunova и LS Кременчуг. - Киев: Техника, 1985 г. -

216 стр. Тиня.

сензори 16. М. Shurigin положение въз основа на ефекта на Хол

/ Electronic Components. - 2000 г. - № 1. - С. 23-24.

17. Electronics. Collegiate речник / Ed. Колесников.

- M:. Съветска енциклопедия, 1991 г. - 688 стр: тиня..


1) пиезо [от гръцки. пиезо - смачкване, преса]

1) прати [шир. detonare - гръм] - прекалено бързо, ненормално горене в цилиндъра на двигателя с вътрешно горене, придружено от несигурната работа прати метален цилиндър, непълно изгаряне на горивото.

2) Съединението [Eng. Съединение - компонент смесена] - изолационния материал, използван в областта на електротехниката, за да запечата на електрическите клеми и други елементи.

1) H = 6625 · 10 -27 ERG · S

2) ЕГ = 1,60219 х 10 -19 J.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| Фотоволтаични устройства

; Дата: 01.07.2014; ; Прегледи: 400; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 66.102.9.22
Page генерирана за 0.07 секунди.