Читальный зал -->  Промышленная электроника 

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

да кремния с желтым свечением - 0,6 мкм, с желто-оранжевым свечением - 0,625 мкм.

Основными параметрами светодиода являются мощность или яркость излучения, длина волны излучаемого света, определяющая цвет свечения, ток и напряжение в рабочем режиме.

Светодиоды работают при прямом токе 3-40 мА и прямом напряжении 2,5-5,5 В.

Яркость свечения различна у светодиодов с разным цветом свечения. Наибольшую яркость имеют светодиоды с зеленым свечением- до 120 кд/м при постоянном токе 3 мА; яркость у остальных светодиодов - порядка 20-50 кд/м.

К.п.д. светодиода, представляющий собой отношение мощности излучения к затраченной электрической мощности, очень низок и не превышает 1-3 %, так как основная часть электрической мощности превращается в тепло и составляет потери.

Светодиоды характеризуются очень малой инерционностью; их быстродействие составляет 10~-10~ с.

3.4.3. Типы светодиодов и их применение

Светодиоды находят все более широкое применение в качестве источников света в автоматике, измерительной технике, кинематографии и других областях благодаря целому ряду преимуществ. Они имеют малые габариты и вес, практически неограниченный срок службы, высокую стабильность, высокое быстродействие, работают при низких напряжениях питания, потребляют малую электрическую мощность, позволяют получать различный цвет свечения, просты в эксплуатации, устойчивы к механическим воздействиям и действию окружающей среды, имеют низкую стоимость при массовом изготовлении, позволяют использовать их в электронных схемах с другими полупроводниковыми приборами. Технология изготовления светодиодов совместима с технологией изготовления полупроводниковых интегральных микросхем.

Светодиоды нашли основное применение в качестве световых индикаторов на панелях управления электронной аппаратуры. Они могут служить элементами святящихся табло для отражения различной информации, индикаторами перегрузки, включения аппаратуры, измеряемых величин взамен стрелок на панелях измерительных приборов.

Система обозначений светодиодов такая же, как для обычных диодов: первый элемент - буква, обозначающая материал светодиода; например, на базе соединений галлия (арсенида галлия, фосфида галлия) - буква А, на базе карбида кремния - К; второй элемент - буква Л - обозначает тип прибора по принципу действия - люминесцентный; третий и четвертый элементы - число и буква - соответствуют порядковому номеру разработки данного типа и группе по параметрам. Примеры обозначений: АЛ102Б, КЛ101В.

В кинотехнике светодиоды могут быть использованы как световые индикаторы включения звуковоспроизводящей и электро-питающей аппаратуры, как пик-индикаторы - указатели превышения номинальной мощности усилителя, а также в качестве источников света при фотографической записи звука и в системе воспроизведения фотографической фонограммы.

Для визуального контроля работы электронной аппаратуры используют светодиоды из фосфида галлия типа АЛ102А, Б (красное свечение) и АЛ 102В (зеленое свечение). Светодиоды типа АЛ301А, Б (красное свечение) могут быть использованы

Единичные элементы

Линза

ООО О

Рис. 3.29. Светодиоды для отображения информации: а - многоэлементный светодиод типа КЛ104А; б - его цоколевка; в - светящаяся панель; г - принцип создания экранов буквенно-цифровой информации

при киносъемке для фиксации на непроявленную пленку различных отметок. Например, временных и синхронизирующих. Эти же светодиоды можно использовать взамен лампы накаливания при воспроизведении фотографической фонограмы в передвижных киноустановках, где особенно важно уменьшить потребление энергии и облегчить тепловой режим аппаратуры.

Светодиоды на основе карбида кремния серии КЛ101А, Б, В дают желтое свечение и могут быть использованы как светящиеся элементы на табло отображения информации. Например, для неподвижной и движущейся рекламы. Для отображения цифровой или буквенной информации разработаны светодиоды серий КЛ104А, Б и КЛ105А, Б, В, а также Б-60, Б-120 и др. (рис. 3.29, а). Такой светодиод представляет собой полупроводниковую пластину размером 5X8 мм, на которой сформировано несколько светящихся единичных элементов (рис. 3.29,0). Комбинация из семи таких элементов позволяет получить любую светящуюся цифру от О до 9 (рис. 3.29, б). Прибор оформлен в пластмассовом корпусе, со стеклянной полусферической линзой диаметром 14 мм и имеет массу 7 г. Единичый элемент имеет габариты 1,5Х 1,5X0,3 мм, массу 0,05 г. Корпус имеет по одному выводу от катода каждого единичного элемента и один общий

вывод от анодов. Конструкция позволяет монтировать приборы в любом количестве на табло при помощи панелей для пальчиковых ламп и высвечивать необходимую информацию.

Для экранов буквенно-цифровой индикации на одной пластине, являющейся подложкой, размещается набор светодиодов; например, семь рядов по пять светодиодов в каждом (рис. 3.29, г) - получается матрица из 35 единичных элементов, выводы от которых соединены с проводящими шинами соответствующего ряда и столбца. При подаче на определенную группу светодиодов прямого напряжения получается светящееся изображение требуемого знака. В интегральном исполнении такая матрица представляет собой интегральную микросхему. Из этих матриц составляется экран, отображающий определенную информацию.

Светодиоды на основе арсенида галлия серии АЛ 106 А, Б, В дают инфракрасное излучение, которое в большинстве случаев не влияет на необработанную пленку, поэтому они могут быть использованы в устройствах автоматического контроля при изготовлении и обработке кинофотоматериалов.

В приборах для измерения электрического тока или напряжения единичные светодиоды могут быть расположены по одной линии, создавая светящуюся полоску, длина которой изменяется в зависимости от измеряемой величины. Значение этой величины определяют по шкале, проградуированной в соответствующих единицах.

Большое распространение получили светодиоды в устройствах передачи информации с помощью светового потока. Такие устройства получили название оптоэлектронных. Основными элементами в них являются управляемый источник света (фотоизлучатель) и фотоприемник. Управляемым источником света называют такой источник, яркость свечения или световой поток которого линейно зависит от тока или напряжения. В современной электронике в качестве фотоизлучателя используют светодиод. В качестве фотоприемников используют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры. Фотоизлучатель и фотоприемник образуют оптопару. Это могут быть дискретные элементы, смонтированные в одном устройстве и используемые в оптоэлектронной аппаратуре, но чаще они представляют собой интегральную микросхему.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой светоизлучающий диод и для чего он используется?

2. Объясните процессы, происходящие в светодиоде, с помощью энергетической диаграммы.

3. Нарисуйте и объясните яркостную характеристику светодиода.

4. Что называют чувствительностью светодиода по яркости?

Раздел 4. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ

Глава 4.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗЕ

4.1.1. Основные понятия

Газоразрядными называют электровакуумные приборы, действие которых основано на электрическом разряде в газе.

При изготовлении этих приборов в баллоне создают вакуум, а затем его наполняют инертным газом (неоном, аргоном, гелием, криптоном, ксеноном) или парами ртути до давления порядка 10~ гПа. В баллон помещают электроды (в простейшем случае два - катод и анод), выводы от которых подводят к ножкам цоколя.

Под действием приложенного извне напряжения через ионный прибор проходит электрический ток. Совокупность явлений, происходящих в газе или парах ртути при прохождении через них электрического тока, называют электрическим разрядом в газе. При электрическом разряде в газе происходят ионизация и рекомбинация.

Ионизация газа осуществляется, если движущиеся к аноду электроны приобретают скорость, достаточную для того, чтобы при соударении с нейтральным атомом газа расщепить его на свободный электрон и положительный ион. Чтобы электрон атома газа мог перейти с энергетического уровня валентной зоны в зону проводимости, должна быть извне затрачена энергия.

Рекомбинация происходит при соединении положительного иона газа и свободного электрона в нейтральный атом. При этом электрон переходит с более высокого энергетического уровня, соответствующего зоне проводимости, на более низкий уровень, соответствующий валентной зоне. Избыток энергии, равный разности этих уровней, излучается в виде квантов света - фотонов.

При электрическом разряде в газе непрерывно происходят как ионизация, так и рекомбинация, поэтому наблюдается свечение газа.

Электроны, образовавшиеся в процессе ионизации, как и электроны, испускаемые катодом, движутся к аноду, ионизируя на своем пути газ. Процесс ионизации лавинообразно нарастает, увеличивая поток электронов на анод. Положительные ионы дви-

7-1663

жутся к катоду. Таким образом, носителями заряда в ионных приборах наряду с электронами являются ионы газа. Ионы оказывают существенное влияние на процессы и явления в приборах, а следовательно, на их свойства, характеристики и параметры.

Помимо ионизации и рекомбинации при электрическом разряде в газе могут происходить и другие процессы, вызванные взаимодействием двужущихся электронов с атомами газа. Если энергия свободного электрона недостаточна для ионизации атома, то в результате их соударения электрон внешней оболочки атома может перейти на более высокий энергетический уровень, оставаясь в атоме. Такой атом называют возбужденным. Это состояние неустойчивое и длится очень недолго: примерно через 10~® с электрон возвращается на свой прежний уровень, атом переходит в нормальное состояние, а избыток энергии выделяется в виде кванта лучистой энергии; наблюдается свечение газа.

Иногда происходит ступенчатая ионизация: при последующем соударении возбужденного атома с электроном требуется меньшая дополнительная энергия, чтобы электрон, находящийся на уровне возбуждения, оторвался от атома.

Движущийся в газе электрон приобретает в электрическом поле между электродами энергию, величина которой определяется разностью потенциалов. Разность потенциалов, необходимая для возбуждения электроном атома, называется потенциалом возбуждения, а разность потенциалов, необходимая для ударной ионизации атома, - потенциалом ионизации. Их величина зависит от рода газа. Потенциал ионизации всегда выше потенциала возбуждения для данного газа.

Электрический разряд в газе может быть самостоятельным и несамостоятельным.

Самостоятельный разряд продолжается после удаления внешнего ионизатора. При этом носители заряда непрерывно образуются в процессе самого разряда. Это происходит за счет испускания электронов катодом под действием ионной бомбардировки.

Несамостоятельный разряд прекращается при отсутствии внешнего ионизатора.

Внешними факторами, необходимыми для поддержания несамостоятельного разряда, могут быть естественные ионизаторы: космические и солнечные лучи, электромагнитные излучения, радиация, а также накал или освещение катода для получения электронной эмиссии.

Обычно газоразрядные приборы, основанные на самостоятельном разряде, имеют холодный катод, а приборы с несамостоятельным разрядом - накаливаемый термокатод.

Отметим, что самостоятельный разряд не может самостоятельно возникнуть при подаче анодного напряжения, если в газе

нет начальной ионизации атомов. В реальных условиях она всегда существует под воздействием естественных ионизаторов, и в газе есть какое-то количество свободных электронов и положительных ионов, необходимых для возникновения разряда. Таким образом, самостоятельный разряд может возникнуть только в процессе перехода из несамостоятельного.

Электрический разряд в газе прекращается при выключении напряжения илн уменьшении его до определенной величины, когда прекращается ионизация газа движущимися электронами. При этом продолжаются процессы рекомбинации, приводящие к деионизации газа - уменьшению количества свободных электронов и положительных ионов.

Как самостоятельный, так и несамостоятельный разряды в зависимости от интенсивности ионизации и других условий могут быть разных видов: темный, тлеющий, дуговой, искровой.

4.1.2. Вольт-амперная характеристика и виды электрического разряда в газе

Возникновение электрического разряда в газе и процессы, происходящие при разных видах разряда в зависимости от величины проходящего через прибор тока, можно рассмотреть на примере простейшего газоразрядного прибора с двумя одинаковыми электродами (рис. 4.1, а). Прибор подключают к источнику постоянного напряжения £а через балластное сопротивление Re, необходимое для ограничения тока. При этом на приборе действует напряжение Ua, равное разности напряжения источника и падения напряжения на балластном сопротивлении.

В баллоне находится разряженный газ, в котором имеется некоторое количество свободных электронов и положительных ионов в результате естественной ионизации. При включении источника питания между электродами создается электрическое поле, под действием которого электроны движутся к положительному аноду, а ионы - к катоду. Через прибор от источника питания потечет очень малый ток поскольку количество носителей заряда невелико. Ток создается в основном движением электронов, так как ионы имеют гораздо большую массу и значительно меньшие скорости, чем электроны, и их роль в переносе заряда невелика. Подавая на схему все большее напряжение £а, можно постепенно увеличивать ток в цепи. Пока ток очень мал, падение напряжения на балластном сопротивлении ничтожно мало; все напряжение источника питания приложено к прибору: Ua = fa-Зависимость между напряжением на газоразрядном приборе и проходящим через него током называется вольт-амперной характеристикой электрического разряда в газе (рис. 4.1, б).

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

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.