Динамо-машины  Статические характеристики элементов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 [ 98 ] 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127

режиме фотодиоды включаются по схеме, представленной на рис. 175, б (напряжение источника питания прикладываегся в непроводящем направлении), и фактически работают как фоторезисторы: изменение интенсивности излучения вызывает изменение их сопротивления в непроводящем направлении.

Фотодиоды, подобно вакуумным фотоэлементам, работают в режиме насыщения фототока, поэтому их интегральная чувствительность не зависит от приложенного напряжения. Выходные токи фотодиодов порядка миллампера, а их постоянные времени могут быть менее одной микросекунды.

В фототранзисторах (рис. 177, б) облучается светом базовая область. Поэтому, как и у обычных транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером, действием светового потока (подобно действию напряжения, прикладываемого между базой иэмиггером) приводит к увеличению тока эмиттера и соответственно выходного тока - тока коллектора.

Интегральная чувствительность у фототранзисторов за счет наличия в них внутреннего усиления на порядок выше, чем у фотодиодов, и составляет несколько сотен миллиампер на 1 лм. Поскольку у фототранзисторов входным воздействием является световой поток, то в первоначальных конструкциях вывод от базы отсутствовал. В настоящее время фототранзисторы делают с базовым выводом. Это обусловлено тем, что параметры фототранзисторов, как и других полупроводниковых устройств, сильно зависят от температуры. Поэтому базовый вывод можно использовать для построения схем с компенсацией влияния изменения температуры. С другой стороны, при наличии базового вывода достаточно просто получать определенный режим работы за счет подачи напряжения смещения.

В последнее время в оптико-электрических преобразователях начинают использоваться новые типы вентильных фотоэлементов - полевые фотоприборы и фототиристоры.

Фотоэлементы, как и все другие управляющие устройства, часто включаются в дифференциальные и мостовые схемы. Примером может служит дифференциальная схема включения фоторезисторов с питанием переменным током, показанная на рис. 178. При одинаковой освещенности верхнего и нижнего фоторезисторов и / 2 схема находится в равновесии и выходное напряжение равно нулю. Это может иметь место, например, если изображение контролируемого источника излучения с помощью соответствующей оптической системы сфокусировано так, что оба фоторезистора перекрываются этим изображением равномерно. Тогда при перемещении источника излучения фоторезисторы будут освещаться неравномерно и на выходе появится напряжение t/eta-, величина которого пропорциональна величине перемещения, а фаза - направлению перемещения (по оси, соединяющей центры активных поверхностей фоторезисторов).

Так же, как и в других элементах автоматики, в схемы с фотоэлементами может быть введена обратная связь. Так как выходной сигнал является электрическим, то обратную связь наиболее просто осуществить в схемах с фототранзисторами с базовым выводом. Для других типов фотоэлементов наиболее простым способом введения обратной связи является способ с преобразованием части электрической энергии выходной цепи в световой поток - поток обратной связи.

Следует отметить, что такая обратная связь является также эффективной и для фототранзисторов, так как при этом сохраняется полная электрическая развязка между входными и выходными цепями элемента. Очевидно, для осуществления данного вида обратной связи необходимо в выходных цепях элементов использовать обратные преобразователи - источники излучения.

Рис. 178. Дифференциальная схема включения фоторезисторов

3. ОПТИКО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ИСТОЧНИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ

В качестве источников излучения в автоматике до последнего времени использовались главным образом различные виды ламп - лампы накаливания, газоразрядные, люминесцентные и т. д. В настоящее время получают распространение твердые электролюминесцентные преобразователи: электролюминесцентные конденсаторы и инжекционные диоды. Хотя данные преобразователи пока еще уступают по эффективности (к. п. д.) ламповым источникам, однако превосходят их по сроку службы, быстродействию, имеют меньшие габариты и к тому же их параметры (необходимые напряжения питания и потребляемые токи) близки к параметрам полупроводниковых фотоэлементов, что позволяет включать их в общие схемы без промежуточных согласующих устройств.

К основным характеристикам источников излучения относятся яркостная и спектральная характеристики. Яркостная характеристика представляет собой зависимость яркости источника В от величины приложенного к нему напряжения U, т. е. В = f{U), или тока / , т. е. В = f (/ ). Спектральная характеристика характеризует яркость относительно длины волны излучения - = Ф (к). По этим характеристикам можно судить об эффективности связи между источниками излучения и фотоэлементами.

По своему устройству электролюминесцентные конденсаторы состоят из двух электродов, один из которых выполняют прозрачным, и расположенным между ними слоем люминофора. Принцип их работы основан на так называемом явлении электро-

люминесценции, выражающемся в свечении некоторых материалов (люминофоров) при помещении их в электрическое поле. Поэтому подключение такого конденсатора к источнику напряжения вызывает его свечение. Причем в случае переменного напряжения интенсивность излучения и его спектр зависят как от вида люминофора, так и от частоты приложенного напряжения. К наиболее эффективным люминофорам относятся соединения из класса сульфидов. Различают порошковые люминофоры и люминофоры выполненные в виде тонкой однородной пленки (сублимат фосфоры). Сублимат фосфоры по сравнению с порошковыми люминофорами могут возбуждаться как от переменного, так и от постоянного напряжения, в то время как у порошковых люминофоров свечение происходит только при переменном напряжении. Яркостная характеристика для электролюминесцентных конденсаторов описывается с помощью уравнения

В = кие У , (342)

где К а b - параметры данного конденсатора, зависящие и от частоты питающего напряжения. Напряжение питания при яркости 30 нит для сублимат фосфоров составляет 25-30 в, а для порошковых люминофоров более 150 в.

В динамическом отношении для линеаризованных участков зависимости (342) [см. замечения к выражению (174)] электролюминесцентный преобразователь может замещаться апериодическим звеном.

Хотя для некоторых видов электролюминесцентных конденсаторов постоянная времени может достигать величины 10 сек, в среднем они являются достаточно инерционными приборами (с постоянной времени порядка миллисекунд). К другим недостаткам электролюминесцентных конденсаторов следуег отнести уменьшение их интенсивности свечения за время эксплуатации и от действия внешнего источника света.

Разработанные в последнее время инжекционные диоды отличаются большим быстродействием (их постоянные времени, даже при комнатной температуре, не превышают 10 * сек) и меньшим изменением интенсивности излучения от времени (за несколько сот часов непрерывной работы диода она падаег лишь на 30% и дальше остается практически постоянной). К тому же их напряжение питания составляет несколько вольт.

Инжекционные диоды обычно изготовляются из арсенида галлия, фосфида галлия и карбида кремния. Их излучение обусловлено интенсивной рекомбинацией электронов и дырок в результате инжекции через р - п переход неосновных носителей тока.