Керовані джерела світла

В якості керованих джерел випромінювання використовуються:

1. Лампи електричного розжарювання (температурне свічення) – це нитка з високоомного провідника (вольфрам, нікелін та ін.) з виводами, яка розміщується у вакуумі прозорого, наприклад скляного, балона. Вони мають широкий спектр випромінювання, який в основному лежить в інфрачервоній області (0,4 ÷ 4 [мкм]).

Недоліками такого джерела випромінювання є:

відносно велика інерційність;

низька верхня робоча частота – обмежена 10÷20 [Гц];

значні витрати електричної енергії;

висока температура джерела випромінювання;

низька часова стабільність параметрів;

погане узгодження з транзисторними та інтегральними схемами.

В наш час в якості випромінювачів використовують мініатюрні лампочки НСМ-9, НСМ-25 та інші.

2. Газорозрядні джерела випромінювання. В основу роботи таких джерел покладено явище свічення іонізованого газу, через який протікає електричний струм. Робочим середовищем в цих приладах є інертний газ. В якості інертного газу, як правило застосовуються неон (Ne), ксенон (Хe) і т.д. Електричним розрядом називають процес протікання струму через газ або пар. В газі, навіть при відсутності зовнішнього електричного поля, завжди існує невелика кількість вільних електронів та іонів, які виникають під дією світла, радіоактивного або космічного опромінювання.

Якщо прикласти зовнішню напругу, то електрони почнуть рухатися до аноду, а іони до катоду. При зіткненні електронів з атомами газу відбувається його іонізація, тобто, вибивання електрону з зовнішньої орбіти, якщо енергія електрону більша ніж 20 еВ, або збудження атому, тобто, перехід одного з електронів на більш високий енергетичний рівень. Такий стан продовжується близько 1 нс, після чого електрон повертається в звичайний стан, а залишок енергії випромінюється. Паралельно з цим процесом відбувається процес рекомбінації, який полягає в процесі з’єднання позитивних іонів та негативних вільних електронів. Цей процес називається деіонізацією газу. При рекомбінації також виділяється залишок енергії у вигляді випромінювання.

Під час розряду іонізація переважає рекомбінацію. З припиненням розряду іонізація припиняється і в наслідок рекомбінації відновлюється нейтральний стан газу. Це відбувається за час, приблизно, 1мкс÷1мс, тому газорозрядні прилади недоцільно використовувати в діапазоні високих частот.

Розрізняють самостійні та несамостійні розряди в газі.

Самостійний розряд підтримується лише зовнішнім електричним полем.

Несамостійний розряд потребує додаткового іонізуючого фактору - світла, радіоактивного опромінювання або термоелектронної емісії. До нього відноситься темновий розряд.

При темновому або тихому розряді опір приладу досить великий, струм в наслідок малої кількості носіїв заряду незначний,свічення газу майже не помітне. На практиці такий розряд не використовують, але він передує іншим типам розряду.

Тліючий розряд - відносять до самостійного розряду. Напруга, при якій він виникає складає десятки та сотні вольт. Розряд підтримується завдяки електронній емісії катода під дією бомбардування його іонами.

Дуговий розряд - виникає при значно більшій щільності струму ніж при тліючому розряді. Струм дугового розряду підтримується завдяки термоелектронній емісії та складає десятки та сотні ампер. Особливістю дугового розряду є те, що

виникає малий спад напруги при великій величині струму. Розряд супроводжується інтенсивним світінням.

Таким чином газорозрядні джерела випромінювання це іонні прилади в яких відбувається свічення газу при тліючому розряді.

Складається з скляного балону, наповненого інертним газом та двох холодних електродів. Для виникнення самостійного тліючого розряду в газовому проміжку, до електродів необхідно прикласти напругу більшу або рівну напрузі загоряння Uзаг, а після його виникнення, зменшити величину напруги до значення напруги горіння Uгор. Останнє виконують за допомогою обмежуючого резистора Rобм. При виникненні тліючого розряду струм в колі зростає, а відповідно підвищується спад напруги на цьому резисторі. В результаті спад напруги на газорозрядному приладі стає рівним напрузі Uгор, яка дорівнює спаду напруги на цьому приладі при данному значенні струму розряду. Резистор Rобм також перешкоджає виникненню дугового розряду. Нерівність Uгор < Uзаг пояснюється тим, що перед загорянням газ в міжелектродному просторі практично не іонізований і для виникнення розряду необхідна більш висока напруга. Перед виникненням тліючого розряду газ знаходиться в іонізованому стані і розряд може існувати при більш низькій напрузі Uгор.

Рис. 3. Схема включення газорозрядного джерела випромінювання

Е

Рис. 4. Вольт-амперна характеристика газорозрядного проміжку між двома електродами

1.Темновий розряд. 3. Аномальний тліючий розряд.

2. Нормальний тліючий розряд. 4. Дуговий розряд.

Недоліки:

значні габарити;

потреба у відносно великій напрузі живлення (50 В).

3. Люмінесцентні джерела світлового випромінювання. Люмінесценція – це електромагнітне нетеплове випромінювання тривалістю значно більше періоду оптичних коливань (10 ^–10 [с]).

Переваги над попередньо розглянутими джерелами світла:

технологічність;

висока швидкодія;

великий термін експлуатації;

висока надійність;

мікромініатрність;

висока монохроматичність випромінювання.

Залежно від джерела енергії, що збуджує атоми люмінофора та приводить до виникнення люмінесценції розрізняють:

фотолюмінісценція – свічення люмінофору під дією світла

катодолюмінісценція – свічення люмінофору в результаті бомбардування його швидкими електричними зарядами;

електролюмінісценція – збудження люмінофору під дією електричного поля або електричного струму.

До електролюмінесцентних джерел світлового випромінювання відносяться:

Електролюмінісцентні конденсатори. В них збудження напівпровідника (люмінофору) виникає під дією електричного поля. Під дією електричного поля на люмінофор виникає ударна іонізація його атомів електронами, прискореними електричним полем, а також емісія електронів з центрів захвату. Внаслідок цього концентрація вільних носіїв заряду в напівпровіднику збільшиться та перевищить їх концентрацію в стані рівноваги. Напівпровідник знаходитиметься у збудженому стані.

Збудження електричним струмом виникає в тих напівпровідниках, де створені електричні переходи. До цього типу радіокомпонентів відносяться інжекційні світлодіоди.

Інжекційний світлодіод – це напівпровідниковий діод, призначений для перетворення електричної енергії в світлову. Це перетворення відбувається внаслідок того, що на межі розділу напівпровідників з різними типами електропровідності, при прямому зміщенні р-n переходу відбувається інтенсивна рекомбінація електричних зарядів. При цьому електрони зони провідності з високим рівнем енергії віддають частину енергії DW й спускаються на нижчий енергетичний рівень у валентну зону. Відданий квант енергії DW спричиняє випромінювання частотою fвипр,DW = h·fвипр, де h = 1,054 · 10^–27 ерг·сек – постійна Планка. Підбором матеріалу НП та домішок можна отримати інфрачервоне або видиме випромінювання. Корпус світлодіода виготовляється прозорим або з віконцем. Схема вмикання випромінюючого діода наведена на рис. 5. Обмежувальний резистор Rобм визначає величину струму через світлодіод, що в свою чергу впливає на яскравість його свічення. Чим більше прямий струм світлодіода, тим яскравіше він світиться.

Дата добавления: 2014-01-15