Математика лекции задачи Лекции по электротехнике Теория машин и механизмов Машиностроительное черчение Современные интерьеры архитектура дизайн История искусства Информатика Физика решение задач >

Полупроводниковые диоды Принцип действия полупроводникового индикатора Электронные усилители и генераторы Источники питания электронных устройств Основные понятия и определения в метрологии Измерение тока и напряжения


Лекции по электротехнике Электрические и магнитные цепи

В конструктивном отношении магнитные цепи выполняют разветвлёнными и неразветвлёнными, причём применение того или иного вида цепи определяется в основном назначением электромагнитного устройства. Переменный магнитный поток в катушке с магнитопроводом. Конструкции магнитопроводов и их функциональные назначения в электротехнических устройствах переменного тока вес

Полупроводниковые индикаторы

Принцип действия полупроводникового индикатора основан на излучении квантов света при рекомбинации носителей заряда в области р-n – перехода, к которому приложено прямое напряжение. К полупроводниковым индикаторам относится светодиод – полупроводниковый диод, в котором предусмотрена возможность вывода светового излучения из области р-n – перехода сквозь прозрачное окно в корпусе. Цвет определяется материалом, из которого выполнен светодиод. Выпускают светодиоды красного, желтого и зеленого свечения.


Полупроводниковые индикаторы подразделяются на дискретные (точечные), предназначенные для отображения цветной световой точки (рис. 13.7 а), и знаковые – для отображения цифр и букв (рис. 13.7 б). В знаковых сегментных индикаторах каждый сегмент представляет собой отдельный диод. Из 7 сегментов можно синтезировать цифры от 0 до 9 и 12 букв русского алфавита.

 а) б) в)

Рис. 13.7

Существенно большими информативными возможностями обладают полупроводниковые знаковые индикаторы в виде матриц точечных элементов (рис.13.7 в), где 36 элементов матрицы сгруппированы в 5 колонок и 7 рядов (плюс одна светящаяся точка в 7 ряду). Катоды элементов каждого ряда соединены между собой и имеют общий вывод, также как и аноды элементов каждой колонки. Подавая напряжение на выводы выбранных ряда и колонки, можно вызывать свечение заданного элемента матрицы.

Матричные элементы позволяют отображать все цифры и буквы русского и латинского алфавитов. На их основе можно создавать буквенно-цифровые дисплеи, в частности, в виде бегущей строки.

Полупроводниковые индикаторы работают при прямом напряжении 2...6 В и токе 10...40 мА в расчете на сегмент или на точку. Их применяют для индикации в измерительных приборах, системах автоматики и вычислительной техники.

Достоинствами полупроводниковых индикаторов являются: возможность их прямого подключения к интегральным микросхемам благодаря низкому рабочему напряжению; большой срок службы; высокая яркость свечения и хороший обзор.

Основной их недостаток состоит в сравнительно высокой потребляемой мощности – 0,5…1 Вт на один сегментный светодиод.

Жидкокристаллические индикаторы

Жидкокристаллические индикаторы не излучают собственный свет, а только воздействуют на свет, проходящий через индикатор. Поэтому для них необходим внешний источник света. Основу индикаторов этого типа составляют жидкокристаллические вещества, молекулы которых могут поворачиваться под действием электрического поля и вследствие этого изменять прозрачность слоя жидкого кристалла.

Индикатор (рис.13.8) представляет собой две стеклянные пластинки 1, между которыми размещен тонкий слой (10...20 мкм) жидкого кристалла 2.

На внутренние поверхности пластин нанесены тонкопленочные проводящие электроды, причем на верхней пластине электроды выполнены прозрачными, а на нижней электрод – вертикально отражающими свет. Зазор между пластинами и герметичность объема, занятого жидким кристаллом, обеспечиваются изолирующими прокладками. Для подключения управляющего напряжения проводящие электроды снабжены выводами.

Рис. 13.8

При отсутствии электрического поля молекулы жидкого кристалла ориентированы вдоль одной оси и образуют прозрачную для света структуру. Падающий на индикатор свет проходит сквозь прозрачный электрод, слой жидкого кристалла и, отразившись от нижнего электрода, возвращается к наблюдателю. В этом случае слой жидкого кристалла выглядит светлым. При подаче управляющего напряжения ориентация молекул жидкого кристалла изменяется, прозрачность слоя уменьшается, и слой жидкого кристалла под прозрачным электродом выглядит темным.

Если прозрачные электроды выполнить в виде сегментов, то, создавая напряжение между отражающим электродом и соответствующим сегментом, можно получать темные знаки на светлом фоне.

По электрическим параметрам жидкокристаллические индикаторы хорошо согласуются с полупроводниковыми микросхемами, изготовленными по планарной технологии, имеют наименьшую потребляемую мощность среди всех индикаторов (5...50 мкВт/см2), а срок их службы достигает 104 ч.

Промышленность выпускает индикаторы сегментного типа, позволяющие синтезировать цифры, буквы и другие знаки на панелях, содержащих от 1 до 23 знакомест.

Жидкокристаллические индикаторы находят широкое применение в часах, микрокалькуляторах и измерительных приборах. Основные их недостатки – необходимость во внешнем источнике света и относительно узкий диапазон рабочих температур (1...50 °С).

Оптоэлектронные приборы

Оптоэлектронными называют приборы, преобразующие электрические сигналы в оптические. К оптоэлектронным приборам относят светоизлучающие диоды, оптопары и волоконно-оптические приборы.

Светоизлучающие диоды

Светоизлучающий диод – это полупроводниковый диод, излучающий энергию в видимой области спектра в результате рекомбинации электронов и дырок. В качестве самостоятельного прибора излучающий диод применяется в световых индикаторах, в которых используется явление излучения света
р-n переходом при прохождении через него прямого тока. Кванты света возникают при рекомбинации инжектируемых р-n переходом в базу диода неосновных носителей с основными носителями заряда (явление люминесценции).

 

Рис. 13.9

Устройство светодиода и его условное обозначение показаны на рис. 13.9. Часто светодиод снабжают пластмассовой светорассеивающей линзой. В таком виде его используют в качестве светосигнального индикатора. Яркость его свечения зависит от плотности тока, цвет свечения – от ширины запрещенной зоны и типа полупроводника. Цвета свечения: красный, желтый, зеленый. Так, например, светодиод 2Л101А имеет желтое свечение, яркость – 10 кДж/м2, ток – 10 мА, напряжение – 5 В.

. Оптопары

Оптопара (оптрон) – это оптоэлектронный полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего и светоприемного элементов, электрически изолированных друг от друга и имеющих между собой оптическую связь.

Рис. 13.10

Простейший оптрон состоит из светодиода и фотодиода, размещенных в одном корпусе. В качестве светоприемника также могут использоваться фототранзисторы, фототиристоры и фотосопротивления; при этом источник и приемник светового излучения выбирают спектрально согласованными.

Устройство простейшей диодной оптопары и ее условное графическое обозначение приведены на рис. 13.10.

Оптическая среда распространения сигнала может представлять собой прозрачное соединение на основе полимеров или особых стекол. Применяют также длинные волоконные светодиоды, с помощью которых можно разнести излучатель и приемник на значительное расстояние, обеспечив их надежную электрическую изоляцию друг от друга и помехоустойчивость. Это позволяет управлять высокими напряжениями (сотни киловольт) с помощью низких напряжений (несколько вольт).

Важным показателем работы оптрона является его быстродействие. Время переключения фоторезисторных оптопар составляет не более 3 мс.

Биполярные транзисторы Транзисторы являются управляемыми полупроводниковыми приборами, обеспечивающими усиление сигналов. По принципам действия их делят на управляемые электрическим током (биполярные) и управляемые электрическим полем (полевые).

Интегральные микросхемы Постоянное усложнение схем электронных устройств привело к существенному увеличению количества входящих в них элементов. В связи с этим возникает проблема все большей миниатюризации электронных приборов. Это стало возможным только на базе современного научно-технического направления электроники – микроэлектроники, основным принципом которой является объединение в одном сложном микроэлементе многих простейших – диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов и др

Электронно-оптические приборы Индикаторные приборы служат для преобразования электрических сигналов в визуально воспринимаемую информацию. В зависимости от назначения индикаторные приборы могут иметь разную степень сложности и базироваться на различных физических принципах. В настоящее время для отображения знаковой информации наибольшее распространение получили электронно-лучевые, вакуумно-люминесцентные, газоразрядные, полупроводниковые и жидкокристаллические индикаторы.

Волоконно-оптический прибор – это диэлектрический волновод, по которому энергия передается в виде электромагнитных волн оптического диапазона (f ≈ 1014 Гц). Если энергия передается в форме видимого излучения, то такой волновод называется световодом

При определении магнитного потока не учитывались активное сопротивление обмотки и наличие магнитных линий поля катушки, которые частично и полностью замыкаются помимо магнитопровода. Для выявления характера изменения магнитного потока в магнитопроводе во времени это не имеет сколько-нибудь существенного значения. Но при других расчётах активное сопротивление обмотки и магнитные линии поля катушки, которые неполностью замыкаются по магнитопроводу, часто надо учитывать.
Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора