Материал: Аналоговая и цифровая электроника. Учебное пособие. 2000

Фоторезисторы – представляют собой полупроводниковые приборы, сопротивление которых зависит от электромагнитного излучения. ( см. 2.5.).

2.5 Фотоэлектрические приборы

Фотоэлектрические приборы строятся на принципах фотопроводимости. Фотопроводимость – это свойство веществ изменять свою электропроводность под воздействием электромагнитного излучения.

Фотоэлектрические приборы делятся на две группы:

∙с внешним фотоэффектом,

∙с внутренним фотоэффектом.

Кприборам с внешним фотоэффектом относятся вакуумные и газонаполненные фотоэлементы (ФЭ) и фотоэлектронные умножители (ФЭУ).

Кприборам с внутренним фотоэффектом относятся фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры.

В качестве излучателей используется солнечный свет, лампочки накаливания и другие источники света.

Фотоэлемент (ФЭ) – это электровакуумный или газоразрядный диод, в

При отсутствии излучения анодный ток равен нулю. При освещении фотокатода возникает фотоэмиссия и в цепи анода протекает ток.

Фотоэлементы используются в первичных преобразователях информации.

Фотоэлектронный умножитель – представляет собой электровакуумный прибор, преобразующий энергию электромагнитного излучения в электрические сигналы с использованием вторичной электронной эмиссии. Состоит из стеклянного баллона, внутри которого расположены ускоряющие электроды, умножительные электроды и анод. При освещении фотокатода возникает электронный поток, который фокусируется и направляется на умножительные электроды, где за счет вторичной эмиссии он усиливается и попадает на анод.

Фоторезистор представляет собой полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от освещенности. На рис.32 показана конструкция фоторезистора и зависимость его сопротивления от светового

31

потока. Эта зависимость нелинейна. Фоторезисторы имеют высокую инерционность и многие из них не способны работать на частотах более 100Гц.

Фотодиод представляет собой полупроводниковый прибор с n-p – переходом.

Принцип работы фотодиода заключается в том, что при его освещении возрастает обратный ток, и он не зависит от обратного напряжения. На границе перехода “n-p” возникает ЭДС, величина которой зависит от освещенности и может достигать 0,5÷1В. При этом обратное сопротивление фотодиода уменьшается.

Фотодиоды используются в электрических цепях измерительной аппаратуры и аппаратуры передачи данных. Они относятся к быстродействующим приборам и реагируют на сигналы до 1МГц. Фотодиоды могут также использоваться в качестве источников питания, например, в солнечных батареях.

Основными характеристиками фотодиодов являются световая, вольтамперная и спектральная.

J

Рис 33. Конструкция (а), условное обозначение (б) и вольт-амперная характеристика (в) фотодиода.

32

Фототранзистор в отличии от фотодиода является активным преобразователем, в нем происходит не только преобразование энергии

потоком лучистой энергии. Конструктивно фототранзисторы выполняются в металлическом корпусе со стеклянным окном.

Внутренний эффект в полупроводнике может быть

эиспользован для построения других приборов, например,

фототиристоров, однопереходных фототранзисторов и др. Оптоэлектронные приборы содержат одновременно источник и

приемник световой энергии. Для оптопары как входным так и выходным параметром является электрический сигнал. Особенностью оптопар (оптронов) является отсутствие гальванической связи между входными и выходными цепями. В качестве излучателя оптопары могут быть использованы

Рис 34. Условное обозначение оптопар: а-резистивная, б-диодная, в-транзисторная, г-тиристорная.

светоизлучающий или инфракрасный диод, электрическая лампочка или полупроводниковый лазер. В качестве приемника оптопары находят применение рассмотренные выше фотоэлектрические приборы: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры. На рис.34 приведены условные обозначения основных типов оптопар.

Оптопары широко применяются в аппаратуре передачи данных, преобразователях информации, системах автоматического управления.

Маркировка оптронов включает в себя семь символов:

∙первый обозначает материал: А(3) – арсенид галлия;

∙второй символ – буква О означает оптопара;

∙третий указывает тип приемника: Д –диод, Т – транзистор, У - тиристор;

∙четвертый, пятый и шестой символы указывают номер разработки;

∙седьмой символ – буква, означает группу.

Например: АОД130А – диодная оптопара на основе соединений галлия, номер разработки 130, группа параметров А, общего применения.

3ОТ110А – транзисторная оптопара, на основе соединения галлия, номер разработки 110, группа параметров А, специального применения.

33

2.6. Интегральные схемы (ИС)

Интегральные схемы в настоящее время являются наиболее распространенной элементной базой при проектировании электронной аппаратуры. Согласно ГОСТ 17021-88 интегральная микросхема - это микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, обработки сигнала или накопления информации и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и кристаллов, которые рассматриваются как единое целое.

Взависимости от технологии изготовления интегральные микросхемы могут быть: полупроводниковыми, пленочными и гибридными.

Полупроводниковая микросхема – это микросхема, в которой все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Пленочная микросхема – микросхема, в которой все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов. Различают тонкопленочные и толстопленочные ИС.

Гибридная микросхема – это микросхема, в которой пассивные элементы выполнены в виде пленок, нанесенных на диэлектрическую подложку, а активные элементы являются навесными. В качестве активных элементов обычно используют бескорпусные диоды, транзисторы или ИС.

Взависимости от функционального назначения интегральные микросхемы делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговые ИС предназначены для преобразования и обработки аналоговых сигналов, т.е. сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Цифровые ИС предназначены для преобразования и обработки дискретных сигналов.

Взависимости от количества элементов и компонентов, входящих в ИС, различают:

∙ИС малой степени интеграции (МИС) – до 50 элементов,

∙ИС средней степени интеграции (СИС) – до 500 элементов,

∙ИС большой степени интеграции (БИС) – до 10000 элементов,

∙ИС сверхбольшой степени интеграции (СБИС) – более 10000 элементов.

Современные СБИС содержат до 4 млн элементов.

Интегральные микросхемы могут быть построены на базе биполярных

транзисторов и на базе МДП-транзисторов (полевых). Последние отличаются минимальными потребляемыми мощностями.

Корпуса микросхем изготовляются из стекла, металлостеклянных и металлокерамических композиций, а также из пластмасс и керамики. Наибольшее распространение получили металлокерамический, металлостеклянный, стеклокерамический и пластмассовый корпуса.

34

Интегральные микросхемы выпускаются в виде серий. Каждая серия содержит несколько микросхем, выполняющих определенные функции, однако они имеют единое конструктивно-технологичекое исполнение и предназначены для совместного применения.

Условное обозначение интегральных схем включает буквы и цифры.

серия

К Р 1 40 УД 1

Первая буква К означает, что ИС общего применения. Отсутствие буквы К означает, что ИС специального применения.

Вторая буква означает материал и тип корпуса: Р - пластмассовый, М – керамический типа 2, А – пластмассовый типа 4.

Следующие три или четыре цифры – серия. Первая цифра в серии означает конструктивно-технологическое исполнение:

1, 5, 7 – полупроводниковые ( 7 - полупроводниковые бескорпусные ) 2, 4, 6, 8 –гибридные, 3 – прочие Следующие две буквы - функциональное назначение схемы:

УД – операционный усилитель, ЛА – логический элемент И-НЕ, ИР – регистр, ИЕ – счетчик,

ИД – дешифратор, ЕН – стабилизатор напряжения и т.д.

Последние цифры – номер разработки в данной серии.

2.7. Индикаторные приборы

Индикаторные приборы предназначены для визуального отображения информации.

По способу светоотдачи все индикаторы делятся на две группы: пассивные и активные. По виду отображаемой информации индикаторы делятся на единичные (точка, запятая, круг и др.); цифровые для отображения цифр; буквенно-цифровые; шкальные; мнемонические, графические. В зависимости от значений питающих напряжений различают низковольтные (U<5В), средневольтные (U<30В) и высоковольтные (U>70В) индикаторы.

35