1tom176

7. ELEKTRONIKA

354

Fototranzystor ma zbliżoną konstrukcję do tranzystora zwykłego z tą różnicą, że sygnałem sterującym jest strumień światła widzialnego lub podczerwonego padający na złącze B-E. Prąd kolektora zależy od natężenia promieniowania. Zależność sygnału elektrycznego od mocy promieniowania optycznego padającego na złącze jest nieliniowa Praca fototranzystora w układzie WJB pozwala uzyskać stosunkowo duże wzmocnienie (duża czułość fotoelemcntu) przy granicznej częstotliwości ok. 200 kHz. Niewątpliwą wadą tych elementów jest niewielka szybkość działania.

Parametry fototranzystora to: prąd ciemny I₀ przy U_CE i F. = 0 lx oraz prąd jasny I, przy U_CE i E = 1000 lx. Na przykład krajow^re FT produkcji CEMI tvpu BPXP i BPYP’ mają: U_CE = 8-30 V, /„ = 0,1 -0,5 pA, I_L = 0,1-1,0 mA,/_r = 60 kHz.

Fototyrystor ma tę właściwość, że w określonych warunkach promieniowania świetlnego można uzyskać przełączenie struktury p-n-p-n w monokrystalicznym krzemie ze stanu blokowania do stanu przewodzenia. W obudowie tyrystora znajduje się tzw. wziernik, który w zasadzie jest jedynym szczegółem różniącym go od tyrystora konwencjonalnego, bowiem ma on również jedną lub dwie bramki, umożliwiające odpowiednie ustawienie progu zadziałania przyrządu. Stosowanie fototyrystorów jest korzystne w przypadkach konieczności izolowania sygnału wejściowego od indywidualnego obwodu głównego. Poziom mocy sterowanej fototyrystorem można znacznie zwiększyć, używając go jako wzmacniacza bramkowego do wyzwalania większego tyrystora konwencjonalnego. Fototyrystory dużej mocy na prądy ok. 300 A znajdują zastosowanie w urządzeniach przekształtnikowych systemów przesyłu energii elektrycznej prądem stałym wysokiego napięcia.

Fotorezystor wykazuje pod wpływem zmian oświetlenia zmienną rezystancję. Zachodzi tutaj fotozjawisko wewnętrzne, polegające na uwalnianiu z poszczególnych atomów elektronów, które jako swobodne umożliwiają przepływ prądu elektronowego przez półprzewodnik. Fotorezystory są wykonywane w postaci płytek monokrystalicz-nych lub cienkich warstw nakładanych np. na płytki ceramiczne. Ich czułość na różne długości fal zależy od rodzaju zastosowanego materiału półprzewodnika oraz technologii wykonania. W zakresie promieniowania widzialnego jako materiał jest stosowany związek kadmu, w zakresie podczerwieni związki ołowiu, w dalekiej podczerwieni — german i krzem domieszkowany. W układach elektronicznych fotorezystory są stosowane jako detektory światła lub promieni podczerwonych.

Parametrami fotorezystorów są: R₀ — rezystancja FR nic oświetlonego, R, — rezystancja FR oświetlonego, S — czułość (pA/lx). Fotorezystory produkcji CEMI typu RPYP są detektorami światła widzialnego: i = 540 — 680 nm, R„ = 0,033 —100 MO, natomiast typu RPYP są detektorami podczerwieni: ). = 1200 — 2400 nm, R₀ = 0.3 —2.5 MQ.

Fotoogniwa

W fotoogniwie bariera potencjału oświetlonego złącza ip-n. m-s itp.) rozdziela generowane nośniki nadmiarowe dodatnie i ujemne, wytwarzając napięcie źródłowe (zjawisko fotowoltaicznc), a więc powodując przepływ prądu do dołączonego obciążenia. Z przyczyn technologicznych i ekonomicznych podstawowe znaczenie mają fotoogniwa krzemowe. Ogniwa łączy się w baterie słoneczne o dużych powierzchniach (panele) w celu uzyskania użytecznych napięć i mocy. Stosuje się krzem w postaci cienkich warstw mono-lub polikrystalicznych oraz krzem amorficzny (szczególnie atrakcyjny ekonomicznie). Napięcie źródłowe fotoogniwa Si, zależnie od materiału i technologii, zawiera się w przedziale U_L = 0.55 — 0.75 V, sprawność przemiany: teoretyczna 11 — 19%. typowa 8-12%.

Transoptory, światłowody

Transoptor jest przyrządem półprzewodnikowym, w którym występuje sprzężenie optyczne między układami wejścia i wyjścia z jednoczesnym odseparowaniem galwanicznym. Transoptor stanowi para elementów, takich jak np. dioda elektroluminescencyjna i "fototranzystor, umieszczonych w falowodzie spełniającym funkcję sprzęgacza optycznego. Za pomocą transoptora można przetwarzać prąd wejściowy na prąd wyjściowy, który może występować przy dowolnym potencjale. Ponadto umożliwia on realizację sumy lub iloczynu logicznego, podział sygnału wejściowego i sprzężenia wieloobwodowej sieci bez połączeń galwanicznych. Transoptory produkcji CEMI typu CNMP mają odporność izolacji we/wy p_{Hąm = 0.5- 10 kV.

Światłowody w postaci włókna światłowodowego służą do przenoszenia sygnałów świetlnych, oświetlania trudno dostępnych obiektów, a także do przesyłania obrazów. W najprostszej postaci światłowód składa się ze szklanego rdzenia (szkło kwarcowe ₇ domieszkami boru, fosforu lub germanu) i otaczającego go płaszcza. Warunkiem przewodzenia światła jest większy’ współczynnik załamania światła rdzenia niż współczynnik załamania płaszcza, ponieważ wtedy następuje całkowite odbicie na granicy rdzeń-płaszcz. Impuls światła padający na powierzchnię czołową rdzenia światłowodu ulega wielokrotnemu odbiciu od wewnętrznej powierzchni płaszcza, osiągając drugi koniec światłowodu. Długość drogi optycznej impulsu światła w rdzeniu światłowodu zależy od kąta jego padania.

Zastosowanie światłowodu w porównaniu z kablem konwencjonalnym ma m.in. takie zalety, jak: niewrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne, dobre warunki przenoszenia w szerokim zakresie częstotliwości, mała średnica, galwaniczne oddzielenie odbiornika od źródła, niezależność od warunków klimatycznych, możliwość jednoczesnej transmisji kilku tysięcy sygnałów (zwielokrotnienie częstotliwości).

Podstawowe parametry transmisyjne światłowodów: tłumienność, właściwości dyspersyjne. Tłumienność zależy od rodzaju użytych materiałów, domieszek i technologii, natomiast właściwości dyspersyjne określają zniekształcenia amplitudowe i częstotliwościowe impulsu podczas transmisji sygnału cyfrowego.

7.2. Sygnały

7.2.1. Rodzaje sygnałów i ich reprezentacje

Zbiór wiadomości o rozpatrywanym zjawisku jest pojęciem pierwotnym. Zbiór wiadomości W''jest zbiorem ciągłym o mocy nieskończonej. W praktyce, zwłaszcza technicznej, wykorzystuje się tylko skończony podzbiór wiadomości o istotnych cechach zjawiska, konieczny do opisu lub i sterowania, zwany informacją I <= W.

Materialnym nośnikiem informacji jest sygnał uzyskany z przetwornika pomiarowego. Sygnał ma cechy: jakościowe — akustyczny, optyczny, elektryczny itp. (omówiono dalej tylko sygnały’ elektryczne); ilościowe — wartość w jednostkach, np. A, V, Hz itp.; morfologiczne — kształt, czyli przebieg w czasie.

Sygnał odwzorowuje czasowe zmiany informacji; może podlegać przesyłaniu, przekształcaniu, przetwarzaniu, przechowywaniu. Sygnał, a więc i informacja, podlega skażeniu na drodze od źródła do odbiornika — użytkownika informacji — na skutek zakłóceń zewnętrznych (sprzężenia indukcyjne i pojemnościowe) i wewnętrznych (szumy, siły termoelektryczne i elektrochemiczne na stykach) oraz na skutek zniekształceń spowodowanych niedoskonałością urządzeń (nieliniowości, niestabilności parametrów). 7. tych powodów wybór morfologii sygnału ma istotne znaczenie dla minimalizacji skażenia informacji.

Sygnały pierwotne (pomiarowe) mają w> zasadzie charakter przypadkowy (niedeter-ministycznyj. nie dający się opisać żadną funkcją elementarną. W celu analizy, modelowania, pomiaru oraz projektowania urządzeń elektroniki sygnałowej przemysłowej należy dobrać odpowiednią reprezentację analityczną sygnału (model). Dogodne jest stosowanie modeli deterministycznych sygnału, będących ich idealizacją. Omówiono dalej tylko sygnały deterministyczne [7.5; 7.17]; sygnały' stochastyczne — patrz np. [7.17],

Naturalnym przedstawieniem sygnału jest reprezentacja czasowa x(t). Rozróżnia się tiąglą i dyskretną analityczną reprezentację sygnału na osi czasu. Sygnały przyjmujące niezerowe wartości jedynie w skończonym odcinku czasu [t,, (,] nazywamy impulsami. Przy kładv analitycznej reprezentacji czasowej svanalów deterministycznych przedstawia tys. 7.31:'

przebieg harmoniczny

x(t) = A cos((ar + ęj₀); A —- amplituda

2?»