Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 3. Сложные ИС для устройств передачи данных (1987) (1092083), страница 45
Текст из файла (страница 45)
На рис. 3.56 показана конструкция СИЗ-элемента. Его чувствительность тесно связана с конструкцией электродов. Чем сложнее и точнее система электродов, тем чувствительнее элемент. Большое значение имеет также длина волны света, падающего на элемент, как видно из характеристики, показанной на Сдооо тооооооссооо' оооооуоо лоооооскоа ооори асам Рис.
3.56. Конструкция Сев-эле- мента. рнс. 3.57. Мы видим, что чувствительность достигает максимума в диапазоне длин волн 5200 — 5500 А 11А=0,1 нм). Сс1о-элемент не успевает следить за быстрыми изменениями света. При силе света в 1000 лк вре- % „00.00, „амщ . мя нарас ания и У ы т б ва- ооо,щдооо ооооеоо ния характеристики ле- /00 жит в пределах 10 мс. По сравнению с другимн светочувствительными элементами это, безусловно, является недостатком.
Поэтому Сс1оэлементы применяются ! только в том случае,когда не требуется высокая скорость переключения. При отклонениях темо000 0000 00ОЮ т000 О пературы изменение чув- ствительности обычно иеРие Зят. СиектРальиаи ЧУиетаительиееть велико При изменении е.ее-элемента 11 А ОЛ им). температуры изменяется ток утечки„но зто ощущается только при работе с очень малыми значениями силы света. еротопроводящий материал очень чувствителен к влажности. Поэтому элементы должны быть герметичными, о чем должен заботиться изготовитель. В нропессе старения свойства элемента существенно не изменяются.
Высокая чувствительность и достаточно низкая стоимость по сравнению с другими элементами обусловили повышенный интерес к Спо-элементам. Недавно эти элементы нашли новую важную область применении: для авто- Связь устройств обработки с внешней средой магического включения и выключения уличного освещения, в автоматических замках и автоматических выключателях автомобильных подфарников.
8.28. Оптическое измерение длины провода При измерении длины очень тонкой проволоки с помощькт механических счетчиков возникает опасность обрыва или растягивания проволоки вследствие трения между катушкой и счет« Рнс. 3.58. Прннцнп электронного нзмереннн длины провода. +УМ Рнс. 3.59. Снетнан схема с Сдз-элементом. чиками. Поэтому гораздо удобнее проводить измерении с помощью оптических счетчиков на Сй5-элементах. На рис. 3:58 обънсияетсн принцип действия фотоэлектрических счетчиков. В сочетании с транзистором Ю5-элемент переключает ток электромагнитного счетчика.
Оптическая счетная схема показана на рис. 3.59. В настоящее время многие производственные процессыполностью автоматизированы. Для предотвращения остановкипроизводственного процесса, ведущей к простою машинного парка, необходимо контролировать планомерность прохождения полуготового изделия по различным участкам. Для этого можно встроить простые считывающие устройства на светодиодах и Се~5-элементах, а возможное попадание дневного света исключить благодаря применению мостовой схемы, в каждой ветви которой находится СЙЯ-элемент, причем один элемент измеряет падающий свет, а другой — падающий свет плюс инфракрасное излучение от светодиода.
Если соче- лад си Я я бе ~ всы" Рис. 3.60. Схема индикации с Сдз-эле- ментом и операционным усилителем. тать мост с операционным усилителем, то получится схема индикации, которая реагирует только на инфракрасное излучение светодиода (рис. 3.60). 3,30. Пьезоэлектрические датчики давления Изменение сопротивления монокристаллического слоя в процессе диффузии примеси бора может быть достигнуто давлением на кристалл в том месте, где находится указанный слой. В основе принципа лежит измерение абсолютного или относительного давления. При изготовлении кристаллов интегральных схем на них наносятся четыре линии в виде моста, а затем определяется, какая из линий чувствительна к давлению. Измерительный элемент отделяется от внешней среды с помощью мембраны. Измеряемое давление с мембраны на измерительный элемент передается через силиконовое масло.
Явление проскальзывания, возникающее в удлинительных линиях, в этом элементе отсутствует. Кроме того, датчик практически нечувствителен к ударам и вибрациям. Его преимуществом по сравнению с другими чувствительными элементами является также отсутствие гистерезиса. На рис. 3.6! представлена схема усиления, в которой использованы датчик давления, разности давления или уровня. Мает, расположенный на кристалле, при определенной разнице давлений вырабатывает дифференциаль- Рис. 3,61.
Пьезоэлектрический датчик давлении с усилительной схемой. Рнс 3.62. Дифловометры-датчики перепада данлений с капиллярной трубкой и разделительной мембраной (фирма Нопеумей). Рис. 3.63. Латники давления и перепада давлений (фнрмы Новаке)1). эта Глава 3 иое напряжение, которое подается иа операционный усилитель. Моет питается от источника тока, 'чтобы исключить влияние напряжения питания на результат измерения.
Требуемая величина коэффициента усиления устанавливается с помощью резистора Л„. Соответствующие датчики давления находят применение в измерителях уровня жидкости и в днфлонометрахдатчиках перепада давлений с капиллярной трубкой и разделительной мембраной фирмы Нопеухче1! (рис. 3.62 и 3.63). 3.31. Ем костные датчики влажности Эти датчики разработаны фирмой РЫ!!рз для автоматических устройств регулирования влажности, но применимы также и для компактных гигрометров. Само название этих датчиков свидетельствует о том, что емкость этих элементов зависит от относительной влажности окружающей среды.
Датчик рассчитан на диапазон относительной влажности гг',„1Π— 90% и не чувствителен к конденсации воды. Элемент ! ! ! ! ! ! с хя/г1ял Рие, 3.64. Схема гигрометра с емкостным датчиком влажности Н фирмы РИ! !ра. Связь устройств обработки с внешней средой не стоек против действия жидкостей, растворяющих пластмассу, например ацетона. На рис. 3.64 представлена практическая схема, в которой использован датчик влажности. В обведенной части схемы находятся два мультивибратора.
В верхнем мультивибраторе емкость Н, чувствительная к влажности, определяет коэффициент заполнения генерируемого импульсного сигнала, который синхронизируется с сигналом, вырабатываемым Рнс. 3.66. Временная диаграмма для схемы ив рис. е.64. СРеднее енееевие неприменна ПИ меняется в еаннснмеети от сссвеии нвмеиешш вв нести (ЬН).
нижним мультивибратором. Затем оба сигнала смешиваются, в результате чего образуется выходной сигнал, пропорциональный разности длительностей импульсов обоих сигналов, как показано на рис. 3.65. Поскольку эта разность связана с определяемой степенью влажности, то измеренное на выходе напряжение является мерой искомой относительной влажности. Правая часть схемы представляет собой стабилизатор напряжения. Кроме того, в схеме между смесителем типа НЕГ4001 В и выходом находится линеаризирующая цепь (диод ВА221 и дополнительный резистор).
3.32. Полупроводниковый фотоэлемент Если облучить светом рп-переход то в материале и-типа фотоны вызовут образование избыточного числа свободных дырок, а в материале р-типа — свободных электронов. Свободные носители зарядов будут рекомбинировать, т. е. освободившийся электрон в р-материале замещает дырку, а свободная дырка Глава 3 в и-материале принимает электрон. В результате нарушенное вследствие инжекцни фотонов электрическое равновесие восстанавливается.
Но в прилегающем к рп-переходу слое, где в результате обеднения ие имеется свободных электронов и дырок, освобожчн////инэ/ Я://'гл///Ро///, / Я пырни г-/ Н/и// иолы Я ////// Жом/ Рис. 3.66. Фотогалънаничесннй эффеит. Свен/ ~ ~ ~ Рроерооно/й верхний снос/ср-пои+ нопроенение инноуснон ~ прозоосныи р-//и//// полн///и//й ненни/нп/ Ъ 4 '; '-; нпснни// и-и/иоо ,, Ги//нийсно// ноннин соеоинение пооной Рис. 3.67.
Конструнния фотоэлемента. денные фотонами электроны и дырин дрейфуют, прн этом разность потенциалов сохраняется благодаря диффузии в пограничном слое. Электроны переходят в п-область, а дырки — в р-область в направлении, противоположном направлению диффузии (рис. 3.66). Прн диффузии электронов через граничный слой рп-перехода отрицательным становится р-материал, а при диффузии дырок положительным становится и-материал. Здесь происходит обратное, т.
е. результирующая разность потенциалов уменьшается. Подобную ситуацию можно получить, если подключить диод в прямом направлении к внешнему источнику напряжения. Вели мы соединим выводы диода друг с другом, то в цепи 279 Связь устройств обработки с внешней средой появится ток, величина:которого определяется силой источника света. Напряжение на зажимах полученного таким образом фотоэлемента приблизительно равно ширине запрещенной зоны (для кремния -0,6 В). Так как сила тока определяется исключительно количеством инжектированных фотонов, то полупроводниковый элемент ведет себя как источник тока.
Переходы в полупроводниковом фотоэлементе выполнены таким образом, чтобы излучение падало на значительную часть пограничного слоя. На рис. 3.67 показана конструкция полупроводникового фотоэлемента. Прн 7=1000сС проводится диффузия бора в кремний п-типа, в результате которой образуется р-слой толщиной в несколько микрон.
На верхней и нижней поверхности элемента расположены контакты, причем верхняя поверхность предварительно покрывается тонким слоем никеля, а затем к контактам припаиваются провода. К контактам может быть подключена нагрузка, и когда верхняя поверхность элемента освещается светом, через нагрузку течет ток. До настоящего времени фотогальванические элементы имели небольшой коэффициент полезного действия. Полагатот, что в ближайшем будущем к.п.д. этих элементов увеличится на 207з.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
