Усовершенствование характеристик видеотерминальных устройств дисплеев (стр. 11 из 17)

Как видно из характеристики, величина сигнала, снимаемого с фоторезистора, уменьшается с увеличением частоты модуляции светового потока.

Чувствительность фоторезисторов меняется (уменьшается) впервые 50 часов работы, оставаясь в дальнейшем практически постоянной в течение всего срока службы, измеряемого несколькими тысячами часов. Интервал рабочих температур для сернисто-кадмиевых фоторезисторов составляет от -60 до +85°С для селенисто-кадмиевых - от -60 до +40°С и для сернисто-свинцовых - от -60 до +70°С.

К основным параметрам фоторезисторов относятся:

- рабочее напряжение Uр – постоянное напряжение, приложенное к фоторезистору, при котором обеспечиваются номинальные параметры при длительной его работе в заданных эксплуатационных условиях (гарантирующее продолжительную работу фоторезистора). При работе в импульсном режиме у

сернисто-кадмиевых и селенисто-кадмиевых фоторезисторов допустимое напряжение может в 2-3 раза превышать рабочее. У сернисто-свинцовых фоторезисторов рабочее напряжение можно принять равным 0,1 Rт, где Rт в килоомах;

- максимально допустимое напряжение фоторезистора Umax – максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к фоторезистору, при котором отклонение его параметров от номинальных значений не превышает указанных пределов при длительной работе в заданных эксплуатационных условиях.

- темновое сопротивление Rт – сопротивление фоторезистора в отсутствие падающего на него излучения в диапазоне его спектральной чувствительности. У некоторых типов фоторезисторов темновое сопротивление может иметь значительный разброс

- световое сопротивление Rс – сопротивление фоторезистора, измеренное

через определенный интервал времени после начала воздействия излучения, создающего на нем освещенность заданного значения.

- кратность изменения сопротивления KR – отношение темнового сопротивления фоторезистора к сопротивлению при определенном уровне освещенности (световому сопротивлению). Это один из важнейших параметров, характеризующий чувствительность фоторезистора. С увеличением освещенности

кратность возрастает по линейному закону, с уменьшением - снижается.

Наименьшей чувствительностью обладают сернисто-свинцовые фоторезисторы, у которых кратность при освещенности 200 лк не ниже 1,2. У остальных типов фоторезисторов чувствительность значительно выше

- допустимая мощность рассеяния мощность, позволяющая длительную

эксплуатацию фоторезистора при температуре +20° С в окружающей среде без

опасности появления необратимых изменений в светочувствительном слое.

- общий ток фоторезистора – ток, состоящий из темнового тока и фототока.

- фототок – ток, протекающий через фоторезистор при указанном напряжении на нем, обусловленный только воздействием потока излучения с заданным спектральным распределением.

- удельная чувствительность – отношение фототока к произведению величины падающего на фоторезистор светового потока на приложенное к нему напряжение,мкА / (лм · В)

К0= Iф / (ФU), (2.7)

где Iф – фототок, равный разности токов, протекающих по фоторезистору в темноте и при определенной (200 лк) освещенности, мкА;

Ф – падающий световой поток, лм;

U – напряжение, приложенное к фоторезистору, В.

Если величину чувствительности умножить на рабочее напряжение, то получится интегральная чувствительность.

- интегральная чувствительность – произведение удельной чувствительности на предельное рабочее напряжение:

Sинт= К0Umax. (2.8)

постоянная времени tф – время, в течение которого фототок изменяется на 63%, т. е. в e раз. Постоянная времени характеризует инерционность прибора и влияет на вид его частотной характеристики.

При включении и выключении света фототок возрастает до максимума (рис.2.8) и спадает до минимума не мгновенно.

Рисунок 2.8 - Кривая релаксации фототока

Характер и длительность кривых нарастания и спада фототока во времени

существенно зависят от механизма рекомбинации неравновесных носителей в данном материале, а также от величины интенсивности света. При малом уровне инжекции нарастание и спад фототока во времени можно представить экспонентами с постоянной времени t, равной времени жизни носителей в полупроводнике. В этом случае при включении света фототок iф будет нарастать и спадать во времени по закону

iф= Iф (1 – e – t / t);

iф = Iф e – t / t, (2.9)

где Iф – стационарное значение фототока при освещении.

По кривым спада фототока во времени можно определить время жизни t неравновесных носителей.

Для регистрации оптического излучения его световую энергию обычно преобразуют в электрический сигнал, который затем измеряют обычным способом. При этом преобразовании обычно используют следующие физические явления:

– генерацию подвижных носителей в твердотельных фотопроводящих детекторах;

– изменение температуры термопар при поглощении излучения, приводящее к изменению термо - э. д. с.;

– эмиссию свободных электронов в результате фотоэлектрического эффекта с фоточувствительных пленок.

Наиболее важными типами оптических детекторов являются следующие устройства:

– фото умножитель;

– полупроводниковый фоторезистор;

– фотодиод;

– лавинный фотодиод.

2.1.2 Полупроводниковый фотодетектор

Схема полупроводникового фотодетектора приведена на (рис.2.9).

Рисунок 2.9 - Типовая схема включения детектора с фотосопротивлением

Полупроводниковый кристалл последовательно соединен с резистором R и источником постоянного напряжения V. Оптическая волна, которую нужно зарегистрировать, падает на кристалл и поглощается им, возбуждая при этом электроны в зону проводимости (или в полупроводниках p-типа – дырки в валентную зону).

Такое возбуждение приводит к уменьшению сопротивления Rd полупроводникового кристалла и, следовательно, к увеличению падения напряжения

на сопротивлении R, которое при DRd / Rd << 1 пропорционально плотности падающего потока. В качестве примера рассмотрим энергетические уровни одного из наиболее распространенных полупроводников – германия, легированного атомами ртути. Атомы Hg в германии являются акцепторами с энергией ионизации 0.09 эВ. Следовательно, для того, чтобы поднять электрон с верхнего уровня валентной зоны и чтобы атом Hg (акцептор) сумел захватить его, необходим фотон с энергией, по крайней мере, 0.09 эВ (т. е. фотон с длиной волны короче 14 мкм). Обычно кристалл германия содержит небольшое количество ND донорных атомов, которым при низких температурах энергетически выгодно отдавать свои валентные электроны большому количеству NA акцепторных атомов. При этом возникает равное количество положительно ионизированных донорных и отрицательно ионизированных акцепторных атомов. Так как концентрация акцепторов NA >> ND, большинство атомов-акцепторов остается незаряженным.

Падающий фотон поглощается и переводит электрон из валентной зоны на уровень атома-акцептора, как это показано на рис. 2.10 (процесс А).

Рис.2.10 - Схема донорных и акцепторных примесных уровней участвующих в работе проводящих полупроводников

Возникающая при этом дырка движется под действием электрического поля, что приводит к появлению электрического тока. Как только электрон с акцепторного уровня возвращается обратно в валентную зону, уничтожая тем самым дырку (процесс B), ток исчезает. Этот процесс называется электронно-дырочной рекомбинацией или захватом дырки атомом акцептора.

Выбирая примеси с меньшей энергией ионизации, можно обнаружить фотоны с более низкой энергией. Существующие полупроводниковые фотодетекторы обычно работают на длинах волн вплоть до l 32 мкм.

Из сказанного следует, что главным преимуществом полупроводниковых фотодетекторов по сравнению с фотоумножителями является их способность регистрировать длинноволновое излучение, поскольку создание подвижных носителей в них не связано с преодолением значительного поверхностного потенциального барьера. Недостатком же их является небольшое усиление по току. Кроме того, для того чтобы фото возбуждение носителей не маскировалось тепловым возбуждением, полупроводниковые фотодетекторы приходится охлаждать.

2.2 Усовершенствование монитора на ЭЛТ

Благодаря высокой чувствительности, простоте и разнообразию конструкций фоторезисторы имеют широкое применение в радиоэлектронике. Основными областями применения являются: системы фотоэлектрической автоматики и телемеханики, измерительные приборы, экспонометрические приборы и фотодатчики, системы теле контроля, а так же тепловизионная аппаратура промышленного, медицинского и оборонного назначения.

Предлагаем внести изменения в конструкцию монитора, построенного на электроннолучевой трубке (ЭЛТ) внесением изменений в схему регулировки яркости свечения экрана. В схему вводится фоторезистор ФСК-1 который будет реагировать на освещенность перед ЭЛТ. Сопротивление резистора будет реагировать на схему показанную на рисунке 2.11, которая в дальнейшем будет регулировать сопротивлением в цепи регулировки яркости монитора.

Рисунок 2.11 – Схема усовершенствования регулировки яркости монитора на ЭЛТ

При попадании светового потока на фоторезистор, сопротивление резистора ФР1 изменяется, чем вызывает изменением сопротивления на резисторе R4 относительно корпуса, посредством усилителя, собранного на транзисторах VT1 и VT2. При помощи резистора R1производится точная подстройка яркости свечения кинескопа. Данное устройство позволяет увеличить срок службы электролучевой трубки монитора и обеспечить нужную яркость свечения экрана, что в свою очередь положительно отразится на зрении оператора.