Grundlagen Elektronik (Page 9).doc

·         Germanium Fotodioden haben ihre maximale Empfindlichkeit bei lmax = 1500 nm, was noch weiter im unsichtbaren Infrarotbereich liegt.

·         Fotodioden aus Silizium sind zwar weniger empfindlich als solche aus Germanium, dafür aber sind Dunkelstrom und Temperaturabhängigkeit geringer. Deshalb sind Fotodioden aus Silizium häufiger anzutreffen.

Die maximale Empfindlichkeit der Fotodioden liegt außerhalb der sichtbaren Strahlung im Infrarotbereich.

·         Fotodioden reagieren wesentlich schneller als Fotowiderstände auf eine Lichtstärkeänderung. Die Anstiegszeiten liegen im Nanosekundenbereich, so daß die Impulse zeitlich schnell aufeinander folgen dürfen.

Damit sind Schaltfrequenzen von mehreren 100 MHz erreichbar.

·         Fotoelemente sind Fotodioden, die ohne äußere Sperrspannung betrieben werden. Bei Lichteinfall liefern sie eine Leerlaufspannung von ca. 300.. 400 mV und einen von der Beleuchtungsstärke abhängigen Kurzschlußstrom im Mikroamperebereich.

Fototransistor

·         Wie der normale Transistor besteht auch der Fototransistor meist aus einer NPN-Schichtfolge. Allerdings ist der in Sperrichtung vorgespannte Kollektor-Basis-PN-Übergang durch ein Gehäusefenster lichtzugänglich.

Es liegt praktisch zwischen Kollektor und Basis eine Fotodiode in Sperrichtung geschalten drin.

Damit ist die Empfindlichkeit größer als die von Fotodioden. Im Vergleich zu Fotodioden sind die Schaltzeiten von Fototransistoren größer, d.h. sie sind langsamer als Fotodioden.

Fotothyristor

·         Der Fotothyristor ist wie der normale Thyristor aus vier dotierten Siliziumschichten aufgebaut.

Ist als Steuerelektrode nur der Katodengateanschluß vorhanden, sprechen wir von der „ Thyristor-Triode“. Meistens jedoch sind beide Gateanschlüsse – also Anoden - und Kathodengate - aus der Halbleiterstruktur herausgeführt. Dann heißt das Bauelement „ Thyristor- Tetrode „.

·         Bei Lichteinfall entstehen bewegliche Ladungsträger in der Sperrschicht, die einen Gatestrom I_G verursachen.

Ist der PN-Übergang erst einmal durchlässig, kann er nur noch durch Unterschreiten des Haltestromes I_H wieder gesperrt werden. Fotothyristoren werden durch einen Lichtimpuls auf den inneren PN-Übergang gezündet. Dadurch werden Ladungsträger für den Zündstrom freigesetzt.

·         Die Höhe der Zündbeleuchtungsstärke E und damit die Ansprechempfindlichkeit kann beim Fotothyristor durch einen Widerstand R_GK zwischen Katodengate G_K und Katode vorausbestimmt werden.

·         Löschen des Fotothyristors im Gleichstromkreises: Ein stromführender Fotothyristor kann durch positive Sperrimpulse entweder auf die Katode U ( Hauptanschluß) oder das Anodengate G_A ( Gateanschluß) gesperrt werden.

Den gleichen Sperreffekt erzielen negative Impulse auf die Anode A ( Hauptanschluß) oder das Katodengate G_K ( Gateanschluß).

Leucht - oder Lumineszenzdioden

-          Ausgangsmaterial ist der Grundstoff Gallium in Verbindung mit Arsen oder Phosphor. Durch Rekombination der Elektronen mit den Löchern strahlen je nach Materialzusammensetzung die LED’s in den Farben Rot, Grün, Gelb oder unsichtbaren Infrarotbereich.

Die LED’s im Infrarotbereich werden IRED’s genannt.

-          Bei einer LED ist der Zusammenhang zwischen der abgegebenen Lichtstärke I_V in mcd und dem Durchlaßstrom I_F linear.

-          Vorteile von LED’s

·         vibrationsfest

·         Geringer Platzbedarf

·         Kurze Ansprechzeiten im Nanosekundenbereich

·         Geringe Steuerspannung ca. U_F = 1,5 V ; U_R < 5V

-          LED’s in Matrixanzeigen

·         LED’s in einer Anzeigematrix werden spaltenweise oder zeilenweise mit kurzen Impulsen angesteuert. Die Ziffer setzt sich aus nacheinander aufleuchtenden Rasterpunkten zusammen.

Optokoppler

Als Empfänger kann eine Fotodiode ( bei hohen Schaltfrequenzen) oder ein Fototransistor ( bei Koppelfaktor) eingesetzt werden. Der Koppelfaktor K wird auch Gleichstromübertragungsverhältnis genannt. Er gibt an, wie groß das Gleichstromverhältnis der Ströme zwischen Aus- und Eingang ist.

K = (I_aus / I_ein) * 100 in %

-          Vorteile von Optokoppler

·         Die beiden gekoppelten Stromkreise sind gegeneinander isoliert, jedoch darf die maximal zulässige Isolationsspannung nicht überschritten werden. Die beträgt ca. 2,5 kV

·         Optokoppler gestatten die Anpassung zwischen Schaltungen verschiedener Systemspannungen. Das ist im Unfallschutz bedeutend.

·         Sende- und Empfangskreis arbeiten ohne Rückwirkung, d.h. der Ausgang des Optokopplers beeinflußt nicht rückwirkend den Eingangssignalkreis.

Flüssigkristalle

-          Flüssigkristalle sind chemische Substanzen, deren Moleküle sich unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes so drehen, daß sie auftreffendes Licht reflektieren bzw. weniger gut durchlassen.

Sie senden kein eigenes Licht aus. Sie verändern sich unter Einfluß eines elektrischen Feldes so, daß sie bei Lichteinfall getrübt erscheinen. Ohne Lichteinfall ist deshalb auf der Armbanduhr mit Flüssigkristallen keine Anzeige zu erkennen. Der Größe Vorteil zu Anzeigen mit LED’s besteht darin, daß praktisch kein Strom verbraucht wird. Es wird eine Spannung zur Erzeugung des elektrischen Feldes von 5- 20 V benötigt.

-          Hallgenerator, Feldplatte und Schwingharz: siehe Grundlagen Elektronik Lehrheft 6 Seite 59 ff