Файл: Прикладная электролюминесценция..pdf

Значение величин Лтах, Лср, акр1 й акр2, определяю­ щих условия бистабильности преобразователя, можно рассчитать, пользуясь уравнениями (9.8) и (9.9). В ре­ зультате этих расчетов получается, что в интервале 1,6<1/и<6 зависимость Лтах(о) аппроксимируется фор­ мулой

Зависимость акр(Л, v ) имеет сложную форму. Однако при Л>0,005 и l,6<il/w <3 ее можно с точностью до 10% аппроксимировать выражением

(9.11)

С несколько меньшей точностью ту же зависимость мож­ но аппроксимировать более простым выражением

Воспользовавшись уравнениями (9.5) — (9.7), из (9.12) можно получить выражение для минимальной ин­ тенсивности входного сигнала Ркр, которая переводит преобразователь в верхнее состояние. Чтобы преобразо­ ватель не перешел в верхнее состояние в отсутствие внешнего сигнала (при -Р = 0), необходимо выбрать ве­ личины Л и у такими, чтобы вычисленное по этим фор­ мулам Рщ> было положительным. Величина -Ркр тем меньше, чем больше г, U и к и чем меньше ю.

Приближенная формула для вычисления акрг имеет вид

акр2=51 (1—0,7 ю)/(1 +9,1 v) [0,32exp (3,96/ti) —1/Лз]х

Следует иметь в виду, что при Л, близком к Лср, форму­

Пользуясь приведенными формулами, можно найти так­ же частоту и амплитуду питающего напряжения, необ­ ходимые для запоминания светового сигнала данной ин­ тенсивности.

361

Переходные характеристики

Переход преобразователя из одного устойчивого со­ стояния в другое требует некоторого времени, посколь­ ку как изменение яркости электролюминофора при из­ менении действующего напряжения, так и изменение проводимости фотопроводника при изменении его осве­ щенности обладают некоторой инерционностью. В соот­ ветствии с экспериментальными данными, при расчете переходных характеристик преобразователя допускается, что инерционность фототоков в слое фотопроводника значительно превышает инерционность свечения электро­ люминофора, и поэтому в расчете последняя не учиты­ вается. Однако при использовании малоинерционного фотопроводника временные характеристики будут опре­ деляться инерционностью электролюминофора. Когда на­ растание его яркости подчиняется экспоненциальному за­ кону, формулы для линейной фотопроводимости останут­ ся справедливыми, если в них под т понимать постоян­ ную времени злектролюминофора.

Фотопроводимость «линейного» фотопроводника за­ висит от времени по закону, определяемому дифферен­ циальным уравнением

где f(t) — интенсивность возбуждения фотопроводника, меняющаяся со временем. При наличии обратной опти­ ческой связи на фотопроводник действует не только внешняя подсветка Р, но и некоторая часть излучения электролюминофора с яркостью В. В этом случае

Подставив (9.16) в (9.15) и разделив переменные, по­ лучим

(l/Дфон) + rP + kB ( 0 - ( ! //? » )

362

где Rc1i — переменная величина сопротивления фотопро­ водника. С учетом (9.6), (9.7), (9.19) выражение (9.18)

примет вид

Пределами интегрирования в (9.20) для разгорания свечения будут ат и у. Из этого уравнения можно опре­ делить зависимость y(t) и, подставив ее в выражение для яркости свечения, получить ход разгорания. Инте­ грал в (9.20) можно взять численным методом. Таким способом было получено семейство расчетных кривых разгорания и затухания при различных рабочих напря­ жениях и коэффициентах обратной связи.

При вычислении хода яркости при выключении внеш­ ней подсветки в (9.20) вместо а необходимо подставить ат и интегрирование начинать с уст— значения у в ста­ ционарном состоянии. Если Л < Л ср и у ст больше наи­ большего из корней выражения, стоящего в знаменателе (9.20) (случай стационарного состояния), то спад ярко­ сти прекратится, как только у , уменьшаясь, достигнет значения этого корня. Это означает, что преобразователь запомнил поданный на него сигнал. Если же Л > Л ср, то после выключения внешней подсветки преобразователь вернется в состояние, в котором он находился до пода­ чи внешнего сигнала. При численных расчетах переход­ ных характеристик преобразователя вследствие малой величины темновой проводимости фотопроводника при­ нималось, что ат= 0.

Особый интерес представляют две характеристики разгорания свечения:

— время достижения 2/з стационарной яркости при включенной подсветке (при а < а кр обозначим его h/з);

— время tpcB, необходимое для того, чтобы при а > > а кр преобразователь запомнил сигнал (характеристика «самовозбуждения»).

На рис. 9.3 приведена зависимость ti!з/т от величины входного сигнала а. В области малых а инерционность разгорания вначале несколько падает при увеличении а, а затем резко возрастает при приближении а к aKpi. Если Л< Лтах, то в точке a = aKp1 величина h/з— *оо и кривая

имеет разрыв. При Л > Л тах вместо разрыва имеется ма­ ксимум. В области больших освещенностей инерцион­

363

ность уменьшается с ростом а. Левая ветвь кривой на рис. 9.3 (от начала координат до точки разрыва) харак­ теризует инерционность преобразователя для а < а крь правая ветвь показывает, как зависит от освещенности время нарастания яркости до 2/3ВСт при а > а кpi.

Зависимость времени разгорания от коэффициента обратной связи показана на рис. 9.4 для разных осве­ щенностей. Характер зависимостей, изображенных на рис. 9.3 и 9.4, одинаков. В тех точках, где данное a —aKV

(при определенном коэффициенте обратной связи), кри­ вые имеют либо разрыв, либо максимум, который сгла­ живается по мере увеличения а. При заданном А внеш­ ний сигнал, больший акрь необходимо подавать на фото­ проводник столько времени, чтобы преобразователь до­ стиг состояния со значением у > у г (см. рис. 9.2). Только в этом случае преобразователь может достичь в даль­ нейшем точки уз («самовозбудиться» до устойчивого верхнего состояния). Таким образом, при любом А ха-

364

рактеристика самовозбуждения определяется временем /рсв разгорания свечения до точки уг, лежащей на пере­ сечении прямой Ау (при ат = 0) с кривой f(y).

Анализ расчетных данных показал, что при а > а кpi

Отсюда следует, что время запоминания сигнала преоб­ разователем зависит от освещенности фотопроводника, несмотря на то, что постоянная времени самого фото­ проводника от освещенности не зависит. С увеличением а время запоминания tv св может стать много меньшим постоянной времени фотопроводника и достичь значений порядка микросекунд.

Пользуясь уравнением (9.20), можно вычислить ха­ рактеристики затухания свечения преобразователя: время затухания до 7з стационарной яркости А>1 /з (имеет

смысл для режима, когда запоминание сигнала не про­ исходит); и время, необходимое для достижения преоб­ разователем состояния, характеризуемого значением уг\ «время самовыключения» t3св.

Из расчета следует, что с ростом напряжения время U 1/3 сначала медленно, а затем резко увеличивается, и

при достижении состояния, когда выбранное значение а становится больше аКрь затухание свечения при выклю­ ченном сигнале невозможно, так как преобразователь запомнил сигнал. При работе преобразователя в режиме запоминания сигнала для стирания записи необходимо отключить напряжение и продержать преобразователь без напряжения столько времени, чтобы он успел достичь состояния, характеризуемого у< уг.

Время спада фотопроводимости до состояния, харак­ теризуемого г/г в условиях отсутствия внешнего сигнала и при выключенном напряжении, определяется выраже­ нием

(9.22)

Анализ зависимости t3св от различных параметров пока­ зал, что с точностью до 10% ее можно аппроксимиро­ вать выражением

где пСр находится по формулам (9.10) и (9.14).

265

Нелинейная вольт-амперная характеристика фотопроводника

Для порошковых фотопроводников характерна нели­ нейная зависимость темнового тока и фототока от на­ пряжения (см. гл. 2). Использованный выше метод ком­ плексных амплитуд строг только для линейных систем. Для нелинейной вольт-амперной характеристики фото­ проводника напряжение на электролюминофоре уже не будет синусоидальным, и полученные формулы будут неточными. Однако, опираясь на то, что средняя яркость ЭЛК мало зависит от формы импульса, можно в первом приближении принять, что она зависит только от ампли­ туды основной гармоники приложенного напряжения. Если, кроме того, фотопроводник инерционен по напря­ жению, то, как отмечалось в гл. 6, применение метода комплексных амплитуд становится оправданным.

Решать его по-прежнему следует графически. При а = 0

466