|
| |
|
Слаботочка Книги 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  Рис. В.7. Показатели прогресса оптронной техники: V - число типономиналов; М - объем выпуска; /(j/gjj - обобщенный показатель качества; С - стоимость (все показатели в относительных единицах) репного улучшения электрических и тем более эксплуатационных характеристик оптронов не дало. Лишь в середине 60-х годов вследствие развития полупроводниковых светоизлучающих диодов и технологически совершенных высокоэффективных быстродействующих кремниевых фотоприемников с р-и-переходами (фотодиоды и фототранзисторы) начала создаваться элементная база современной оптронной техники. К началу 70-х годов производство оптронов в ведущих странах мира превратилось в важную и быстро развивающуюся отрасль электронной техники (рис. В.7), успешно дополняющую традиционную микроэлектронику. fSSff WS 1375 Го8ы СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Носов Ю. Р. Оптоэлектроника.-М.: Сов. радио, 1977.-232 с. 2. ГОСТ 15133-77. Приборы полупроводниковые: Термины,и определения. 3. ГОСТ 17021-75. Микросхемы интегральные: Термины и определения. 4. Адирович Э. И. Оптоэлектроника. - Микроэлектроника/ Под ред. Ф. В. Лукина. -М.: Сов. радио, 1967, № 1, с. 75-128. 5. Свечников С. В. Элементы оптоэлектроники. - М.: Сов радио, 1971.-287 с. 6. Берг А., Дин П. Светодиоды. - М.: Мир, 1979.-686 с. 7. Тришенков М. А., Фример А. И. Фотоэлектрические полупроводниковые приборы с р-п-переходами. - Полупроводниковые приборы и их применение/ Под ред. Я. А. Федотова. - М.: Сов. радио, 1971, вып. 25, с. 159-203. 8. Адирович Э. И. К теории оптоэлектронных цепей. - ДАН СССР, 1973, т. 211, № 2, с. 312-315. 9. Носов Ю. Р. Оптроны. - Зарубежная радиоэлектроника, 1974, Alb 9, с. 22-60. 10. Носов Ю. Р. Оптроны для микроэлектронной аппаратуры. - Микроэлектроника и полупроводниковые приборы/ Под ред. А. А. Васенкова и Я. А. Федотова. - М.: Сов. радио, 1977, вып. 2. Оптроны н их применение в приборостроении. - Приборы и системы управления, 1977, № 9, с. 19-24. И. Gage S., Evans D., Hodapp М., Sorensen Н. Optoelectronics applications manual. - McQraw Hill Book Co, 1977. 12. Ольшевски. Применение оптической связи в развязывающих усилителях. - Электроника, 1976, № 17, с. 22. Дифференциальный оптрон - средство повышения линейности и стабильности. - Электроника, 1978, № 2, с. 48. 13. Бистабильные фоторезиеторные оптроны/ Е. А. Иванов, И. А. Дворников, В. И. Ильинский и др. -М.: Энергия, 1976, 88 с. 14. Носов Ю. Р. Волоконно-оптические линии фотонной связи.- Зарубежная радиоэлектроника, 1975, № И, с. 54-75. 15. Носов Ю. Р., Сидоров А. С. Применение оптронов. - Зарубежная радиоэлектроника, 1977, № 8, с. 3-21, № 9, с. 3-17. 16. Удалов Н. П., Бусурин В. И., Пасынков В. И. Измерительные устройства на основе оптрона с управляемым каналом одного вида. - Оптико-электронные приборы в системах контроля И управления. -М.: МДНТП им. Ф. Э. Дзержинского, 1978, с. 109-114. 17. Носов Ю. Р. Семинар по оптоэлектронике. - Приборы и системы управления, 1979, № 3, с. 46-47. 18. Фотоэлектрические явления в полупроводниках и оптоэлектроника/ Под ред. Э. И. Адировича. - Ташкент: ФАН, 1972. с. 344. 19. Свечников С. В., Смовж А. К., Каганович Э. Б. Фотопотенциометры и функциональные фоторезисторы. - М.: Сов. радио, 20. Loebner Е. Е. Optoelectronic devices network. - Proc. IRE, 1955, у. 43, № 12, p. 1897-1905. Глава 1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТРОННОЙ ТЕХНИКИ 1.1. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА И УСТРОЙСТВО ОПТРОНОВ Ь Элементную основу оптронов составляют фотоприемники и излучатели, а также оптическая среда между «Ими. Ко всем этим элементам предъявляются такие общие требования, как малые габариты и масса, высокая долговечность и надежность, устойчивость к механическим и климатическим воздействиям, технологич-. ность, низкая стоимость. Желательно также, чтобы элементы прошли достаточно широкую и длительную -промышленную апробацию. Функционально (как элемент схемы) оптрон характеризуется в первую очередь тем, какой вид фотоприем-йика в нем используется. Поэтому, с точки зрения применения, именно фотоприемники являются определяющим элементом оптрона, а излучатель выбирается «под фотопрпемнкк». Конечно, с точки зрения конструктор-ско-те.таологической, оба элемента - приемник и излучатель- являются эквивалентными, более того, поскольку излучателем в большинстве случаев определяются ограничения и передаточно-преобразовательных и временных характеристик прибора, ему при разработке -оптрона обычно уделяется большее внимание. Тем не менее схемотехническое «лицо» оптрона определяет именно тип фотоприемника. - Успешное использование фотоприемника в оптроне определяется выполнением следующих основных требований: эффективность преобразования энергии квантов излучения в энергию подвижных электрических зарядов (квантовый выход - определение см. §, 1.2); наличие и  Рис. 1.1. Схематическое устройство чувствительных структур фотоприемников: диодного (а), транзисторного (б), тири-сторного (в), резисторного (г) эффективность внутреннего встроенного усиления; высокое быстродействие; широта функциональных возможностей. В оптронах используются фотоприемники различных структур (рнс. 1.1), чувствительные в видимой и ближней инфракрасной области, так как именно вэтом диапазоне спектра имеются интенсивные источники излучения и возможна работа фотоприемников без охлаждения [1]. Ознакомление с известными видами фотоприемников (табл. 1.1) показывает, что оптроны принципиально могут быть «продвинуты» в наносекундный (гигагерцовый) диапазон. Наиболее универсальными являются фото-приемники с р-л-переходами (диоды, транзисторы и т. п.), в подавляющем большинстве случаев они изготовляются на осно-, ве кремния и область их максимальной спектральной чувствительности находится вблизи Х0,7 ... 0,9 мкм. Многочисленные требования предъявляются и к излучателям оптронов. Основные из них: спектральное согласование с выбранным фотоприемником; высокая эффективность преобразования энергии электрического тока в энергию излучения; преимущественная направленность излучения; высокое быстродействие; простота и удобство возбуждения и модуляции излучения. ~" Для использования в оптронах пригодны и доступны несколько разновидностей излучателей (табл. 1.2). Миниатюрные лампочки накаливания (рис. 1.2,а) пред- *) Квантовый выход у всех представленных приборов практически ~1.  ставляют собой стеклянный вакуумируемый баллон с вольфрамовой нитью накаливания. Использование теплового излучения нити, нагреваемой электрическим током до 2100 ... 2300 К, неизбежно ведет к таким недостаткам, как очень широкий спектр с «бесполезным», инфракрасным «хвестом», инерционность, отсутствие • направленности *). Неоновые лампочки (рис. 1.2,6), в которых используется свечение электрического разряда газовой смеси неон - аргон, обладают теми же недостатками, хотя генерируемые спектральные линии в основном захватывают меньший спектральный диапазон (оранжево-красная область). Кроме того, высокое напряжение зажигания, необходимость включения в цепь лампы балластного сопротивления усложняют управление излучателем. Описанным видам излучателей [12] свойственны невысокая светоотдача, низкая устойчивость к механическим воздействиям, ограниченная долговечность, большие габариты, полная несовместимость с интегральной технологией. Тем не менее в отдельных видах оптронов {си. § 2.4) они могут находить применение. Порошковая электролюминесцентнам ячейка (рис. 1.2,в) использует в качестве светящегося телаГ мелкокристаллические зерна сульфида цинка (активи- *> К «недоступным» для оптронов мы относим полупроводниковые лазеры как очень дорогие и практически не вошедшие в широкую промышленную практику. Характеристики основных
Лампочка накаливания Неоновая лампочка Электролюминесцентиая ячейка порошковая пленочная Полупроводниковый ннжекционный (светодиод) Сплошной • Линейчатый Квазимонохроматический 0,4...4 0,6...0,7 0,4...0,7 0,6...0,7 0.5...0,9*) *) Указан диапазон возможных положений спектральной линии, определяешэй выбором **) Сдельная мощность на 1 см* светящейся поверхности Таблица 1.1 Характеристики основных видов фотоприемников
рова:ного медью, марганцем или другими присадками), взвешенные в полимеризующемся диэлектрике. При приложении достаточно высоких напряжений переменного тока идет процесс предпробойной люминесценции [3J: в зависимости от природы активатора может обеспечиваться излучение практически в любой области видимой части спектра. Как элемент электрической схе- Таблица 1.2 видов излучателей Потребляемая мощность, мВт Быстродействие, с 100...500 50...250 10...40**) 1...10**) 1...50 -10-»...10-2 10-»...10-» 10-» 10-."..10-* 10-»....10-» Управляющее напряжение, пост. (=), пер. (~), в = (-)(6,3.,.12) = (30... 180) -4-220 = Ы (15...30) = (-)(!,2...1,7) Направленность излучения Отсутствует Очень слабая Заметнаи Исходного полупроводннковсго материала 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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||