Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 3. Сложные ИС для устройств передачи данных (1987) (1092083), страница 46
Текст из файла (страница 46)
В разд. 3.35 описывается схема усиления для фотоэлемента. 3.33. Фотодиод и фототраизистор Как и в фотоэлементе, в пограничном слое рп-перехода фотоны освобождают носители зарядов, которые легко переходит через этот слой, так как этому способствует возникающий Рис. 8.68. Преобразование с иомоьиью Фотодиода измеиеиии ии. тевсизиости света в измеиеиие иа- пряиеиии.
перепад диффузионного напряжения. Если диод подключить к источнику питания в обратном направлении (рис. 3.68) и облучить светом пограничный слой рп-перехода, то возрастет ток неосновных носителей заряда. Если источник света имеет модулированное излучение, то эту модуляцию мы можем рассматривать как переменный обратный ток диода, который создает переменное напряжение на сопротивлении нагрузки. Если мы сде- Глава 3 лаем фотоэлемент составной частью транзистора, то получим структуру, показанную на рис. 3.69, б. Мы видим, что между базой и эмиттером транзистора находится источник тока, который вызывает появление потока электронов, обозначенного стрелками на рис. 3.69, а. Инжектированные эмнттером электроны переходят в базу под воздействием электрического поля между коллектором и базой, и большая часть их попадает в коллектор.
Ток источника питании вызывает освобождение такого количества электронов в области между эмнттером и коллектором, что переход можно рассматривать как низкоомный. Если источник света исчезнет, то Рис, 3.69. Фототранзистор (стрелки указывают направление потока элек- тронов). вл йй 3 йй й $ йй лз ~~ Лд гй й 4й Пй !уг йй йу рг йг гя уй йй гФ гй йl я гй гО Млииа йвллай лил Рнс. 3.70. Крнван чувствительности фототранзистора, Связь устройств обработки с внешней средой переход эмиттер — коллектор станет высокоомным. Фототранзистор мы можем представить как сочетание фотоэлемента н транзистора. Фототранзнстор обладает большей светочувствительностью по сравнению с фотодиодом, поэтому в настоящее время для преобразования изменений света в электрические напряжения используются почти исключительно фототранзисторы.
Фототранзистор наиболее чувствителен к инфракрасному свету. Зто видно из рис. 3.70, на котором приведен график чувствителыюсти фототранзистора. Диапазон длин волн 0,4— 0,8 мкм соответствует видимому свету. В этом диапазоне транзистор имеет меньшую чувствительность. Каждому диоду и транзистору свойствен тот или иной фотоэлектрический эффект, поэтому раньше для предотвращения попадания света их стеклянные оболочки покрывались слоем темноголака. Практическая схема усиления с фототранзистором показана на рис. 3.8,6, разд. 3.4. 3.34. Злемент оптоэлектронной связи (оптрон) В настоягцее время для получения информативной связи фототранзистор применяется в сочетании со светоизлучающим диодом при полном отсутствии электрической связи.
На рис. 3.71 показана схема элемента оптоэлектронной связи 1оп- Рнс. З.7ц Элемент оптоэлектронной связи (оптрои), трона). Светодиод входит в состав одной цепи и действует как передатчик, а фототраизистор находится в другой цепи, где он играет роль приемника. Таким образом осуществляется передача как аналоговой, так и цифровой информации. Злемент оптоэлектронной связи используется вместо реле прежде всего в том случае, когда в области низких частот логические схемы управляют тиристорами и симисторами, которые выполняют функцию переключателей в сильиоточной части гнапряжение сети) устройства, поскольку благодаря этому элементу стано- Глава 3 вится возможным электрическое разделение цепей прн напряжениях до нескольких тысяч вольт.
Кроме того, с помощью оптической связи можно соединить между собой системы, которые имеют относительно высокий уровень помех по сравнению друг с другом. Мы имеем в виду связь между станками и вычислительными машинами. Использование элементов оптоэлектронной связи позволяет избежать передачи помех. Полным ходом идет исследование процесса передачи сигнала по световодун (световолоконному кабелю), прн котором светодиод и фототранзистор соответственно выполняют функции передатчика и приемника. Этот вопрос рассматривается также применительно к системам обработки данных сучетом широкого частотного диапазона этих двух полупроводниковых элементов, т. е. необходимо получить информативную связь между этими элементами и вместе с тем отделить их друг от друга. На рис.
3.8 приведена практическая усилительная схема с элементом оптоэлектронной связи. 3.35. Полупроводниковый термоэлектрический генератор и элемент термоэлектрической связи Если нагреть две точки проводника до различной температуры, то между этими точками возникнет электрическое напряжение или термоЭДС. Это явление, называемое эффектом Зеог лТ=Ц'5 и Ю- Рис. Злт2. Термоэлектрический генератор.
а — коиструккнк; б — сиыиалическое обозначение; в — ееинсиыасть О от ыежэлектрок- т ЯОГО расстелили. ебека, проявляется еще сильнее, материал имеет полупроводниковую структуру, как показано на рис. 3.72. Если нагреть электрод А, то подведенная энергия Е вызовет диффузию дырок из полупроводника р-типа и электронов из Ч В настояшее время волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) уже выпускаются промншленностаю и находят широкое практическое прнменение.— Прим, ред.
Связь устройств обработки с внешней средой полупроводника п-типа к электродам В нли А соответственно. В результате такого перемещения носителей заряда между электродами В и С возникнет термонапряжение Т7т. Получаемые таким путем термонапряжения очень малы. Величина напряжения составляет около 100 мкВ на градус разницы температуры между теплым и холодным электродами. Рис. З.73. Термоэлектрический генератор и сочетании с операционным уси- лителем. Внутреннее сопротнвлспис термогенераторов также мало, так что, несмотря на малую ЗДС, может возникать довольно большой ток, конечно, при небольших сопротивлениях нагрузки.
Принцип действия элемента термоэлектрической связи заложен в работе полупроводникового термогенератора. Он также имеет очень низкое термонапряжение. Ыа рис. 3.73 показана принципиальная схема, в которой термогенератор соединен с операционным усилителем. Входной ток генератора течет через сопротивление обратной связи гсес, а напряжение на выходе соответствует произведению гг.тс 3.36. Стабилизированные низковольтные источники питания Причиной нестабильности напряжений питания является тот сракт, что каждый источник питания имеет внутреннее сопротивление. Если в подключенной к источнику питания нагрузке произошли изменения, то это неизбежно приводит к изменению напряжения на зажимах источника питания, что иллюстрируется на рис. 3.74.
Если напряжение питания поступает от сети, то его изменения могут также привести к нестабильности напряжения на зажимах источника питания (это связано также с внутренним сопротивлением, но в данном случае с сопротивлением сети). В промышленности напряжение сети часто колеблется вследствие включения и выключения различных механизмов и прочих потребителей! Еще одна причина нестабильности выходного напряжения связана с изменениями температуры окружающей среды. К изменениям напряжения на выходе приводит также нагрев ком- Гаоаа 8 понентов после включения источника питания.
Например, если применяемые в настоящее время в выпрямителях кремниевые стабнлнтроиы имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации, то прямое напряжение на них уменьшается при повышении температуры. Это означает, что повышается выходное напряжение выпрямители сетевого напряжения. Другим примером является изменение емкости сглаживающего конденсатора при отклонениях температуры, а так- Рс и,„,--и —.р Рис. 3.74. Источник тока с ре аистором йа к которому подключается переменная на- груака. же изменение индуктивности и омического сопротивления обмотки сетевого трансформатора. Использование хорошего стабилизатора напряжения после выпрямителя позволяет свести эти колебания к минимуму.
Раньше для этих целей требовалась очень громоздкая схема, но теперь благодаря использованию интегральных схем эти стабилизаторы можно изготовить с миннмальным количеством элементов при невысокой стоимости. В настоящее время имеются стабилизаторы в корпусах ТО-З, на вход которых подается нестабильное выходное напряжение от сетевых выпрямнтелей, а на выходе получается чрезвычайно стабильное напряжение питання при максимальпомтоке нагрузки 1 А.
Для этих интегральных стабилизаторов не требуется дополнительных компонентов, а также исключается возможность выхода из строя при коротком замыкании или перегрузке благодаря встроенной защите от тока перегрузки. 3.37. Выпрямители сетевого напряжения В выпрямителях, используемых для низковольтных источников питания, переменное сетевое напряжение вначале преобразуется в требуемое напряжение, а затем происходит его выпрямление и сглаживание. На рис. 3,76 представлена блоксхема стабилизированного низковольтного источника питания.
Для выпрямления переменного напряжения сети используются три основных вида схем: однофазные, двухфазные с выводом средней точки от вторичной обмотки трансформатора и мостовые. Эти схемы показаны на рис. 3.76. Мы не рассмат- Связь устройств обработки с внешней средой риваем здесь трехфазные схемы выпрямителей; они используются только для питания больших промышленных установок.
Наиболее приемлемой является мостовая схема выпрямления, так как в противоположность однофазиьгм схемам она работает в течение целого периода, что обеспечивает более эффективное выпрямление: Кроме того, мостовая схема не требу- ге, гсрерггее) 0деегреееее — гжгьрегlггье) Абйкегггзггьв lеггггчеенеег =~, борев Саетеегг мигуель г гьГ. егггг. гЬггкггггр к ух уев Ггего 'Ът Гг" ггггг'г 4. дггеруз- яд Гггегггугерг йегггь ггггегггр Г.гьгг, Г нггяг :3 Г'еедгткг зггггггге гггггггь нвг гг — ддигггз гьььр скс Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
