Гусев - Электроника (944138), страница 39
Текст из файла (страница 39)
значительную мощность рассеяния. По своим выходным характеристикам они ближе к фоторезисторам, чем к биполярным транзисторам. Полевой фототранзистор выполняется с управляющим р-л-переходом и, гак же как обычный полевой транзистор, имеет три электрода: исток, сток и затвор (рис. 3.15, и). Объем полупроводника между стоком и истоком образует проводящий канал. Затвор отделен от канала р-и-переходом.
область объемно~о заряда которого молулируется потенциалом затвор — исток. Переход затвор канал можно рассматривать как фозодиод, фототок которого вызывает падение напряжения на резисторе Л,, включенном в цепь затвора (рис. 3.15, 6). При Е,= сопз1 э|о приводит к модуляции потенциала затвора П,".=Е,— К",Я, (3. 24) и соотве~с~вующпм изменениям сопротивления канала.
пв Фмаг )7си м)я а) Рис. 3 )5. ( ~рукгура попевого фоггпрггнчггспора (и), с~о вкпгочение а оспь )л) н ягс)псбгчсские чарак~срис~икгг )гг) )не!7ге)ические характеристики полевого фспорсзис)ора показаны на рис. 3.!5,а.
При малом световом потоке ФсФ,„ и Е„=Е„=сопя) транзистор практически заперт и ток стока близок к нулю. 11ри Ф > Ф„,„в цепи стока протекает ток. значение ко)оро) о зависит от светового потока. До Ф=-Ф„,„ знер)етическая характерис)ика близка к линейной. При большом световом по)оке Ф» Ф ,„ влияние напряжения затвора На 1е, С)аНОВИтСЯ МаЛЫМ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЯ ПОЧтн НЕ ВЛИЯЮГ на ток с.)ока, который близок к максимальному значению. Инерционность полено) о фототранзистора определяется инерционносп ю фотодиода в области затвора и временем пролета носителей заряда через канал и оценивается значениями 1О --!О "с.
Граничная часзо)а полевых фототранзисторов находится в пределах 10' — !О Гц. Фототиристоры. Фотоз иристоры использую) ся для коммутации световым сигналом элек) рических сигналов большой мощности. Они представляют собой фото»лектрические аналоги управляемого )ирисгора. Одна из возможных конструкций фотогиристора и схема его включения показаны на рис.
3.16, и, о. Фототирис) ор имеет четырехслойную 77-7)-7)-п-структуру. у которой переходы П) и Пз смещены в прямом направлении, 1,мА пг пг па д/ 7)) )7„. )ЮР е))Г) Л))7 Цо а) Ю а) Рнс 3.!6. 'Эиигаксиа ино-ппанарная конс~р3кция фогогирис|орг и; свеча попкноченпя к псч) напряжения )о). с~о вояьг-ампирная чвракчерисгика )к) и Ксгоянос обозначение ), ) )77 а коллекторный переход П2 — — в обратном. Свет обычно попадает на обе базы тиристора слои р, и п,. При этом с ростом освещенности возрастают эмиттерные токи„что приводит к увеличению коэффициентов и.
Другими словами. основное отличие фототиристоров от обычных тиристоров заключается в том, что в фототиристорах коэффициенты передачи тока и, хотя и косвенно. являются функцией освещенности. Вольт-амперная характеристика типового фототиристора имеет вид, показанный па рнс. 3.16, в. Сопротивление фототиристора изменяется от 1О" Ом (в запертом) ло 10 ' Ом я огкрытом состоянии. Время переключения тиристоров лежит в пределах !О '- - 1О " с.
Таким образом, фоготиристоры позволяю~ с помощью светового луча управлять значительными мощностями. Многоэлементные фотоприемники. Многоэлементные фотоприемники предназначены для преобразования распределенно~о по поверхности оптического сигнала (изображения) в элекгрические сигналы. Их выполняют: в виде линейки фотоприемников 1строчных), в которой фоточувст вительные элементы расположены на одной линии с малыми и„как правило, равными расстояниями между элементами; в виде светочувствительных митриу, в которых фоточувствительные элементы расположены в местах «пересечения» орто~ опальных токо- проводящих электропроволных полосок, расс гояние между которыми чрезвычайно мало. Так как светочувствительные линейки являются частным и простейшим случаем матричных фотоприемников, булем рассматривать только вторую группу преобразователей изображения.
Укрупненно матрлчные фотоприемники состоят из двух групп взаимно перпендикулярных электродов, фоточувствительных элементов, расположенных в местах пересечения электродов и электрически соединенных с ними, а также электронных схем управления. В сосзав схем управления входят элект.ронные ключи и генераторы разверзок, обеспечивающие последовательный опрос всех фоточувствительных элементов (рис. 3.17).
Схемы управления выполнены гак, что в каждый момент времени к цепям получения сигнала полключен лишь один элемент матрицы. При поочередном гюдведении электрических импульсов к горизонтальной и вертикальной шинам опрашиваются все фоточувствительные элементы. В итоге получается полная информация о распределении светового потока по поверхности светочувствительной матрицы. Ввиду большого количества фоточувствительных элементов. электронных ключей и соединяющих их цепей выполнение матричных фотоприемников целесообразно только при нспольювапии интегральной зехнологии. В качестве фоточувствительных элементов маэ рицы используются фотослои, яыполнячяппс функции: фогорезисторов.
р | чи | Гичп | и |!н~ | инни '«|инки е ° ~ и«в " Ри«Ч |я унаишснния сч«к|в вояк |ычсиня фи|ив|в«|ив|с |ивич яыиен| в в ч,оеич- фотодиодов; фоготранзисторов: цолевых фо|огранзис горечи; фогоприборов с зарядовой связью (Г!ЗС') Поясним |олькп принцип лейс | вия фотодиодного ма | рично| и фо | оприемника на примере рис. 3.!8. На нем показаны две вер|икальные шины. полключаемыс ключами К.|2, К|3, и одна горизо|пальная.
нолклк|чаемая ключом К|!. Каждая вертикальная шина соединена с горизонтальной с помощью ф|моЛнода. у ко| орого имеется барьерная емкое| ь С, показанная цункгирс м Г!ри замыкании ключей Кл! и К|2 барьерная емкосзь фоголиола заряжается ло напряжения исгочника низания Е. Длительность и часзота включения ключей завися| о| ко:шчества элементов в ма|рице и часгоз гелер поров горизонтальной и вертикальной разверток.
В моменты. когда фоголиол отк|ночен ог цени вследствие то|о. что разомкну| к|ноч вертикальной или горизонтальной шин или оба вмес|е, емкость разряжается через фогодиол. причем |ок разрядки зависит оз освецгенности последнего. За фиксированные нромежу.|ки времени межлу моментами подключения фотолиолов к шинам заряды на емкостях различны и определяю|ся освещенностью соо|везс|вукнцих фотодиодов. При очередном цо,зключенин фозолиола к шинам ток зарядки емкости зависит от значения оста|очно|о заряда на ней.
Чем ярче осве|цен фозолиол. |ем сильнее разрялигся емкосзь, буде| меньше ее цанрякение и больше |ок зарялки. Падение ншряжения на резистт>рах |с опреде.|яе|ся |оком зарядки емкостей. |. е, освещенностью соо | вс | с | вунчпцх фозолиолов. Вклк|чая поочередно ключи К|2. К.|3 нри замкнутом к|цоче К|1, получаюг электрические сшналы. пропорциональные освещенное| и фо годиолов дащюй строки Включив ключ следующей строки. разомкнув ключ 2х |1 и повторив вклк|чение ключей К.|".
Кл3, получим |лсктричсскне ||9 сигналы, характеризующие освещенность фотодиодов слелуюшей строки, и т. д. Таким образом, яркостный рельеф светового изображения преобразуется в сдвинутые во времени электрические сигналы. значения которых пропорциональны освеШенности соответствуюшего фоточувствительного элемент а. Очевидно, что аналогичные результаты будут получены в том случае, если с низкой частотой включать ключи вертикальных, а с большой- - горизонтальных шин.
Генераторы вертикальной и горизонтальной разверток должны иметь существенно различные частоты, при которых обеспечивается уверенный опрос всех фоточувст'вительных элементов. Частоту выборки информации обычно берут порядка 10 — 20 Гц, а частоту считывания строк — 10 — 15 кГц. Время «прочтения» одной «страницы» составляет десятые доли — несколько секунд.
Шаг между цен грами фоточувствительных >лементов может достигать 5-- 15 мкм. Многоэлементные фотоприемники применяют при создании >'ехнического зрения, систем автоматического контроля размеров, при определении положения в пространстве и качества обработки и пр. Существуют и другие типы фотоприемников, используемых в оптоэлектронике. Однако принцип работы большинства из них такой же, так как в основе их работы лежит или изменение электропроводности материала при его освещении, или фотоэффект в )>-л-переходах.
Фотоприемники с внешним фотоэффектом. В оптоэлектронике они широко це применяются, за исключением случаев, когда гребуется получить максимальные быстродействие и чувствительность. Для решения этих задач, как правило, применяют фотоумножители. Они представляют собой вакуумный прибор, в котором имеются фотокатод, анод и группа электродов, называемых анодами вторичной эмиссии, которые расположены последовательно.
Аноды вторичной эмиссии характеризуются тем, что один упавший на них электрон выбивает несколько (4- "1О) вторичных электронов. При освещении фотокатода 1 (рис. 3.19, а) из него выбиваются электроны (внешний фотоэффект). Они с ускорением летят к первому аноду вторичной эмиссии, на котором относительно катода имеется положительный потенциал.
Ударяясь в него, электроны выбивают несколько вторичных >лектронов, которые летят ко второму аноду вторичной >миссии, имеющему более высокий положительный потенциал. Падая на него, каждый электрон выбивает несколько вторичных электронов (рис. 3.19,б>).
Так как каждый последующий анод вторичной эмиссии имеет более высокий потенциал, чем предыдуШий, количество электронов, летящих к аноду, непре- >вв 3 Рис. 3.)9. Включение фотоумножителя с пятью анолами аэоричной эмиссии (и), расположение энск~ропса а фотоумиожигеле (Н): 1 ф омоет има чримй ~чи«я. Э м«о рывно увеличивается и ток анода становится во много раз болыпе тока катода. Коэффициент такого своеобразного усиления может достигать 10а — !Оа.
Напряжение питания фотоумножителей берется большим: В !400 —:1700 В. Требуемое электрическое поле обеспечивается с помощью резистивного делителя напряжения (рис. 3.19, и). Темновой ток 5 10 "А. Число анодов вторичной эмиссии 10 — -12. Чувствительность катода 25-.-100 мкА)лм, чувствительность анода !Π— — 2000 А)лм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
