Функциональная схема типичного твердотельного мощного реле переменного тока показана на рис. 7.30. Она содержит де­тектор порогового напряжения, источник тока, питающий свето­диод, оптрон, схему синхронизации и запуска (логическая схема

Компоненты реле

ПодаВление шумовых сигналов и создание гистерезиса (триггер Шмитта)

Питание сбетодиода

Изоляция /хода отбыхода

Запуск переключатель при нулевом напряжении

ДВунапраВленное пропускание тока

Рис. 7.30. Функциональная схема мощного твердотельного реле переменного

тока.

переключения при нулевом напряжении) и мощный ключ. Твер­дотельное реле рассчитано на напряжение ~150 В и ток ~ 10 А при напряжении питания 15 В и питающем постоянном токе 10 мА. Ниже приводится краткое описание перечисленных элементов.

Детектор порогового напряжения служит для подавления шумовых сигналов с напряжением ниже порогового и для созда­ния различия в характеристиках, свойственного электромагнит­ным реле во включенном и выключенном состояниях. В каче­стве такого детектора используется типичный кремниевый при­бор с двумя стабильными состояниями — триггер Шмитта, в ко­тором два транзисторных ключа охвачены обратной связью. Коллектор одного транзистора соединен с базой другого, эмит­теры транзисторов также соединены, а на свободную базу по­дается входной сигнал. Такой прибор дает кодовый выходной сигнал, когда аналоговый входной сигнал превышает определен­ное пороговое значение.

Такая схема производит запуск реле от аналогового сигнала и устанавливает «напряжение срабатывания» — параметр, ха­рактеризующий электромагнитное реле,

Оптрон и источник постоянного тока для питания светодиода были уже рассмотрены выше. Эта часть твердотельного реле, как и в электромеханическом реле, обеспечивает электрическую изоляцию между входом и выходом.

Выходной сигнал оптрона, пройдя схему синхронизации и за­пуска, включает мощный триодный ключ переменного тока ■ в момент прохождения переключаемым переменным напряже­нием нулевого уровня, что обеспечивает прохождение тока че­рез ключ в любом направлении. Переключение происходит при достижении переключаемым напряжением нулевого уровня для того, чтобы исключить высокочастотные шумы, связанные с рез­ким изменением тока dijdt через нагрузку, которое всегда имеет место в механических реле. Поскольку, кроме высокочастотных переходных процессов, исключается также и дребезг контактов при замыкании, характерный для механических реле, то в ре­зультате твердотельное реле имеет намного меньшие шумы, чем его электромеханический аналог.

Переключателем мощности в мощных цепях переменного тока служит триодный ключ переменного тока. С электрической точки зрения этот прибор эквивалентен двум кремниевым уп­равляемым диодам, что обеспечивает двунаправленное переклю­чение. Триодный ключ переменного тока запускается импульсом, формируемым схемой запуска при каждом пересечении пере­ключаемым переменным напряжением нулевого уровня. Если напряжение на входе твердотельного реле становится меньше заданного порогового значения, то формирование импульсов запуска прекращается, и триодный ключ размыкается при сле­дующем прохождении переменного напряжения через нуль.

В настоящее время серийно выпускаются различные твердо­тельные реле, которые по сравнению с электромеханическими аналогами отличаются малыми габаритами, низким уровнем шумов и высокой надежностью, характерной для твердотельных приборов. Однако они являются однопозиционным и однокон­тактным устройствами.

Твердотельные реле представляют лишь один пример исполь­зования оптронов в сочетании с другими элементами. Надо от­метить, что оптроны начинают широко применяться, что под­тверждается быстрым увеличением номенклатуры и ростом объема производства серийно выпускаемых приборов.

[1] Зак. 1242

[2] Отношение скорости поверхностной рекомбинации к скорости объемной рекомбинации, умноженной на диффузионную длину неосновных носителей, Можно определить из анализа спектров возбуждения люминесценции в обла­сти h > Eg, используя теорию Де Вора [34].

[3] Смотри предисловие авторов (стр. 11). — Прим. ред.

[4]) Для переходов на глубокий донорный уровень О в GaP это прибли­жение, по-видимому, не пригодно; вместе с тем использовать полный лорен - цевский множитель [3/(я2 + 2)р, учитывающий локальное иоле, тоже, ве­роятно, не следует [30, 49]. Как показано в работе [53а], в GaAs : Мп, где £.4» 0,11 эВ, поправка, учитывающая локальное поле, пренебрежимо мала.

[5]) Об экситонах, локализованных у нейтральных акцепторов в GaP, см. в работе [56]. Об экситонах, локализованных у донора Sn в узлах Ga в GaP ({соответствующая сила осциллятора мала [18]), см. в работе [39].

[6] УФН, 1973, т. 111, с. 451. — Прим. ред.

[7] Действительно, в экспериментальных данных зависимости энергии уровня N от состава наблюдается выраженный изгиб при х « 0.71, необъяс­нимый с помощью принятой в работе [319] модели зонной структуры, но на­ходящий объяснение в модели, которая рассмотрена в разд. 3.4.2 и согласно которой вблизи этого значения состава происходит переход между L - и Х-ми - нимумами зоны проводимости |325а].

[8]) Более ранние обзоры по термодинамическому поведению собственных дефектов в соединениях AnBVI содержатся в работах f3, 474, 475]. В работе [3] подчеркнута связь между тенденцией к самохомпенсзции и увеличением отношения ковалентных радиусов компонент 11 и VI групп.

*) Захват электронов на относительно мелкие уровни двойных акцепто­ров Zn и Be в Ge в основном происходит излучательно [525а, 5256]. Энергии связи электронов на нейтральном и отрицательно заряженном центре Be рав­ны всего лишь 0,025 н 0,065 эВ соответственно.

[10]) Например, для GaP Eg = 2,26 эВ и ftwopt == 50 мэВ, тогда как для Si Eg =1,12 эВ и ftwopt = 65 мэВ, где coopt — предельная круговая частота опти­ческих фононов в кристалле. В этом примере более высокий порядок много­фононного процесса с энергией Е ~ Egj2, необходимый для GaP, до некото­рой степени понижается за счет большей константы фононного взаимодей­ствия в этом полупроводнике со значительной долей ионной связи, что отли - 'чает его от ковалентного Si.

2) Определяется как отношение видимой оптической мощности иа единицу электрнче* ской мощности, поглощенной в диоде из GaAs : Si. Указаны эффективность, рабочий режим и геометрия диодов.

[12]) Значения эффективностей даны с учетом трехкратного увеличения за счет согласо­вания эмиссии диода с поглощением люминофора (рис. 4.2), а также трехкратного увели­чения за счет новой конструкции купола светодиода, предназначенного для улучшения согласования с показателем преломления люминофора (/гзг=1,54).

[13]) Люминофор Y2O2S : Yb, Но фирмы «Торн» приблизительно на 25% ярче.

[14]) Значення эффективности, которые могут быть получены прн использовании куполо­образного днода нз GaAs : Si с эффективностью 28%.

[15]i(El)^Ii(E)dE ”

*) В предыдущих главах и вообще в литературе эти приборы называются зелеными светодиодами из GaP. Причины изменения их названия в данном разделе будут объяснены ниже.

[17]) Полагают, что некоторые светодиоды могли бы иметь световую отдачу на порядок больше, чем у существующих приборов [1]. Однако сейчас еще трудно говорить о возможности их реализации, так что при дальнейшем изложении такая возможность учитываться не будет.

') В настоящее время на основе структур «вольфрам на сапфире» разра­ботаны миниатюрные источники света с накаливаемой нитью, свободные от указанных недостатков. Эти источники по габаритам не уступают светодио­дам, превосходя их по световой отдаче [Малинин А. Ю. и др., Авторское свидетельство Кя 53945 от 29. 10. 1973]. — Прим. перев.

[18] Эти приборы называются также оптическими изоляторами (ОИ), изо­ляторами с оптической связью (ИОС) и изоляторами с фотонной связью (ИФС).