|
| |
|
Слаботочка Книги создание многоканальных (матричных) ВОД, позволяющих воспринимать двух- и трехкоординатпые поля ВВФ. В повышении фужциональной насыщен-ности ВОД - интеграции извлечения, обработки, передачи информации - отражается одна из основных тенденций развития оптоэлектроники. 7.4. ОПТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ В МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ Оптическое взаимодействие, реализуемое в оптопарах, открывает ряд принципиально новых возможностей при создании традиционных полупроводниковых приборов, предназначенных для использования в электронике, электротехнике, энергетике. Оптическое включение тиристоров. Известно, что при включении тиристора состояние высокой проводимости устанавливается не мгновенно, имеется несколько инерционных процессов. При подаче напряжения на управляющий электрод в первый момент смещается в прямом направлении лишь небольшая область эмит ерного р-п-перехода - начинается локальное протекание прямого тока. Требуется некоторое время ti, чтобы инжектируемые дырки распространились на всю толщину базы, после чего образуется шнур высокой проводимости. Затем происходит «расплывание» шнура по площади р-п-перехода и для включения всей толщины базы также требуется некоторое время 2- Описанный механизм включения обусловливает не только значительную инерционность, но приводит также к снижению надежности и ограничению величины dl/di. Особенно существенны все эти факторы в мощных тиристорах, где и толщина базы, и ее площадь велики. Преодоление указанных недостатков достигается при использовании лазерной (или светодиодной) подсветки. Излучатель запускается синхронно с управля-  Рис. 7.21. Распределение концентрации инжектированных носителей в базовой области арсенид-галлиевого р+-1-п-тола с учетом (---) и без учета (---) самоподсветки ющим импульсом, фотоносители генерируются одновременно по всей площади базы и на значительной толщине (до 30 ... 50 мкм при засветке от GaAlAs-излу-чателя). В силовых приборах на основе арсенида галлия большое влияние оказывает эффект самоподсветки - при образовании шнура начинается интенсивное рекомбинационное излучение, мгновенно возбуждающее периферийные области базы. Самоподсветка приводит и к дополнительной модуляции глубоких областей базы, что также очень важно, так как в арсенид-галлиевых силовых приборах вследствие Рис. 7.22. Транзистор с оптической связью: а - схема полупроводниковой гетероструктуры (/, 2 ~ зоны генерации и поглощения, 5 -эмиттер; Б -база; К - коллектор): б - график изменения ширины запрещенной зоны вдоль структуры  малости диффузионной длины носителей заряда промодулировать всю толщу базы оказывается затруднительно (рис. 7.21). Транзисторы с оптической связью. Принцип действия такого транзистора прост (рис. 7.22). Электрический сигнал, поступающий на эмиттерный р-п-переход, преобразуется в световой, свет, распространяясь через базу, поглощается в коллекторе и вызывает в нем возникновение фототока. По сути дела такой опго-транзистор представляет собой монолитную оптопару, в которой каких-либо требований к развязке элементов не предъявляется. Практически он реализуется в виде гетероструктуры на основе соединения GaAlAs. Благодаря мгновенности передачи оптических посылок через область базы может быть существенно повышено быстродействие транзистора (до 10 не) при одновременном обеспечении высокого коллекторного напряжения (сотни вольт). Несмотря на значительные потери энергии в процессе двойного преобразования (в эмиттере и коллекторе), общий коэффициент передачи Вст может достигать нескольких единиц. Использование транзисторов с оптической связью в качестве составных частей тиристора позволяет и в этом приборе сократить время включения (благодаря исключению медленных диффузионных процессов) при сохранении высоких значений коммутируемого тока, напряжения и обеспечения стойкости к эффектам «du/dt» и «dl/dt». Сделаем небольшое отступление. Рассмотренные приборы являются примерами использования средств оптоэлектроники для решения задач силовой техники, а не информатики (см. введение). Обобщая приведенные в книге данные, можно заключить, что происходит формирование (или выделение) специфического направления, которое может быть охарактеризовано как энергетическая оптоэлектроника. К основным приборным аспектам этого направления относятся: солнечные преобразователи; силовые приборы с внутренними оптическими связями (мощные фототиристоры и тиристорные оптопары, оптотранзисторы и оптотирис-торы); оптоэлектронные приборы контроля параметров высоковольтных ЛЭП; волоконные системы передачи световой энергии (на основе ИК-волокон с малыми потерями, см. гл. 9); полупроводниковые излучатели, используемые для оптической накачки лазеров и подсветки ИК-экранов. В целом направление находится в самом начале своего развития, исключение составляют лищь солнечные преобразователи. Глава 8 ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ Одна из характерных особенностей электроники последних десятилетий заключается в стремлении визуализировать все возможные виды информации, сопровождающемся все расширяющимся развитием устройств отображения информации (УОИ), сферы применения которых исключительтю разнообразны. 8.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Определения. В любом устройстве отображения информации выделяются две основные функционально различные части: све-токонтрастный рохтр, непосредственно воздействующий на наблюдателя, и схема управления, т. е. комплекс средств электронного обрамления, осуществляющих необходимую обработку поступающей в электрической форме информации и эффективное управление светоконтрастным растром. Светоконтрастный растр входит в состав индикатора, который в наиболее общем смысле представляет собой прибор, отображающий ход процесса или состояние объекта наблюдения в форме, удобной для зрительного восприятия человеком. Учитывая, что единственной приемлемой формой информации на входе УОИ является электрическая, можно сказать, что индикатор - это оптоэлектронный прибор для преобразования электрических сигналов в адекватное им пространственное распределение яркости (контраста). Согласно этому определению индикатор по своему функциональному назначению противоположен фотосчитывающему устройству. По роду отображаемой информации все индикаторы можно подразделить на две большие группы: знакосинтезирующие индикаторы (ЗСИ) для воспроизведения единичных точек, цифр, букв, шкал измерительных приборов, графиков, мнемосхем; 0 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 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 [83] 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |