Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Під тепловим випромінюванням розуміють електромагнітне випромінювання, що ви­пускається тілом, речовина якого знаходиться в стані термодинамічної рівноваги і харак­теризується певною температурою. Головними параметрами, що характеризують теплові джерела, є діаграма спрямованості, спектральний склад випромінювання, форма і розмір тіла розжарення, потужність споживання, напруга живлення, габарити, довговічність.

Найбільш широкого розповсюдження в теплових джерелах, тобто в лампах розжа­рювання, в якості тіла розжарення отримав вольфрам. Проте це обумовлює недоліки ва­куумних ламп, так як при температурі більше 2 600°К має місце сильне випарування вольфрама, що затемнює колбу лампи. Робота на більш низьких температурах значно знижує енергетичну світність чорного тіла, тобто недоліком ламп розжарення є невелика світлова віддача (~ 20 + 30 лм вт~1). Для виключення явища осідання вольфраму на поверхні колби, тобто для збільшення світловіддачі колби, найбільш широко застосовуєть­ся галогенний цикл, що дозволяє повернути випаруваний вольфрам на спіраль. В якості
галогену можуть використовуватись пари йоду, брому, хлору, фтору. Малогабаритними галогенними лампами розжарення є лампи типу КГМ 12, КГМ 27, КГМ 110, КГМ 220, асор­тимент яких випускається вітчизняною промисловістю і може бути застосований в автома­тичних геодезичних приладах. Лампи відрізняються розмірами і формою тіла розжарення (рис. 2.11):

а) моноспіралі;

б) біспіралі;

в) спіралі прожекторних ламп.

Низькотемпературні лампи розжарювання для підвищення світловіддачі можуть ма­ти на поверхні колби дзеркальні покриття. Розвиток технології дозволив розробити мініа­тюрні лампи розжарювання, стійкі до механічних діянь (ударів, вібрацій та інше). Колба лампи розжарювання виконується, як правило, з кварцу, що дозволяє працювати в широ­кому спектральному діапазоні, або жаростійких стекол типу БД-1, ЗС-5, або з кремнієвим вікном ИК-4-1,2, що дозволяє працювати в 14 діапазоні. Більшу частину енергії вакуумні і газонаповнені лампи розжарювання випромінюють в інфрачервону область спектру: 60­80% від загальної енергії, що припадає на діапазон довжин хвиль від 0,85 до 2,5 мкм і тільки 7-12% на видиму область. Максимум випромінювання вакуумної лампи розжарю­вання при температурі вольфрамової нитки Т = 2500°К знаходиться в області Я = 1,15 мкм, а газонаповнених ламп в області Я = 1 мкм при температурі 7 = 2 900° К.

Для стабілізації параметрів ламп розжарювання проводять їх “тренування” — 5-10% часу від загального ресурсу. Ресурс (строк роботи) ламп розжарювання коливається в залежності від типу ламп від 50 до 1 000 годин. Такі лампи характеризуються надійністю і простою схемою включення.

В колбах газорозрядних ламп розжарювання використовують випромінювання газів та парів металів, що виникають при проходженні через них електричного струму. По ха­рактеру випромінювання газорозрядні лампи підрозділяються на лампи безперервного ви­промінювання та імпульсні. Перевагою газорозрядних ламп є більша світловіддача, а не­доліками, на відміну від ламп розжарювання, — складність схеми включення, малий ресурс, великі габарити та вибухонебезпечність, так як тиск в лампі складає декілька атмосфер.

Основні характеристики ламп розжарювання приведені в таблиці 2.1.

Світловипромінюючий діод уявляє собою некогерентний напівпровідниковий випро­мінювач, що використовує інжекційну електролюмінісценцію, об’єднуючу два процеси: ін­жекцію носіїв і електролюмінісценцію. Під люмінісценцією звично розуміють явище елек­тромагнітного нетеплового випромінювання. В світлодіодах в основному використовують електролюмінісценцію домішних напівпровідників з широкою заборонною зоною.

При електролюмінісценції джерелом енергії збудження є електричне поле. Найбіль­ше знаходить застосування інжекційна люмінісценція, що виникає в р-п переході, який знаходиться під прямою напругою. В спрощеному вигляді процес інжекції при наявності контакту однорідних напівпровідників з різними типами електропровідності можна пред­ставити таким чином. В звичайному стані в напівпровіднику має місце рівноваговий розпо­діл носіїв — електронів і дірок. Дірки — пусті місця в валентній зоні, що утворюються за раху­нок виходу електронів в більш високоенергетичну зону. Кількість електронів на нижчих енергетичних рівнях завжди перевищує кількість електронів, що знаходяться на верхніх збуджених рівнях енергії. Так як нижчі рівні “заселені” електронами більш щільно, в такій системі вірогідність поглинання падаючої із зовні енергії більша, чим вірогідність випромі­нювання енергії при переході на більш низький рівень. Таким чином, квантова система, що знаходиться в стані теплової рівноваги не може підсилювати випромінювання, що падає на неї. Щоб змусити напівпровідник підсилювати електромагнітне випромінювання, необ­хідно порушити рівноваговий розподіл електронів по рівнях Мф і штучно створити такий

розподіл — так звану інверсну заселеність рівнів, коли число електронів на верхніх рівнях більше, чим на нижніх.

Застосування електронної інжекції допускає використання р-п переходу. В криста­лі такого провідника п -область має надміру електронів (рис. 2.12а), а р-область — надмі­ру дірок (рис. 2.126)

а) 6)

При наявності контакту рівень Ферми повинен бути єдиним, а це призводить до не­минучого скривлення зон, неоднаковості електростатичних потенціалів, виникнення по­тенційного бар’єру (рис. 2.13). Рівновага неосновних носіїв порушується при докладанні до переходу напруги в прямому напрямку. При цьому висота потенційного бар’єру понижу­ється, а р-п перехід зникає. В результаті зникнення потенційного бар’єру електрони і дірки попадають в суміжні р — і п — області, де рекомбінують один з другим, спускаючи

квант електромагнітного випромінювання. Практично випромінюючою роблять одну із областей р-п переходу. Кількість інжекторних носіїв максимальна в випромінюючій

р — області. Відповідно в п — область вводять більше донорової домішки, чим акцепторної в р-область. Тому слабколегірована р-область має високий опір. Ця область назива­ється базою. Сильнолегірована п — область має низький опір і називається емітером, тоб­то в випромінюючій структурі інжекція практично одностороння з випромінюванням в базо­вій площині (рис. 2.14).

Рис. 2.15. Одностороння гетер о структур а
в рівноваговому стані

Рекомбінація носіїв і відповідно люмінісценція проходять в місцях порушення вірної кристалевої решітки: атомах домішки, порожніх вузлах решітки та інше, які називаються центрами рекомбінації. Одна із основних вимог до напівпровідникових матеріалів пов’яза­на з реалізацією широкої заборонної зони, так як максимальна енергія фотонів, що випро­мінюються з базової (р-області) площини, пропорційна ширині заборонної зони. Тому для світлодіодів використовують такі матеріали як фосфід галія, карбід кремнія, арсенід галія та інші з шириною заборонної зони 1,45 ч — 5,9 ев. Коефіцієнт корисної дії перетворення електронної енергії в оптичну в світлодіодах з урахуванням всіх втрат не перевищує 10%.

Енергетична діаграма випромінюючої односторонньої гетероструктури в рівноваго­вому стані приведена на рис. 2.15. При докладанні прямої напруги виникає одностороння інжекція електронів із широкозонного шару (емітера) в вузькозонний шар (базу), де і про­ходить їх рекомбінація з дірками. Випромінююча напруга світлодіодів коливається від до­лей до сотен міліват з часом наростання фронту світлового імпульсу від 1 /икс до 10 мкс. Випромінююча напруга збільшується при здійсненні імпульсної накачки, із збільшенням температури випромінювача напруга падає по експоненціальному закону

(2.26)

де Кк — коефіцієнт пропорційності.

Генерація в активній області спонтанна і характеризується тим, що промені направ­лені рівновірогідно у всі сторони. Тому діаграма випромінювання світлодіода без імерсій­ної лінзи схожа до діаграми ізотропного випромінювача — від 0° до 180°. Розмір тіла що світиться знаходиться в межах 1-5мм. Середня спектральна лінія випромінювання ви­значається різницею двох енергетичних рівнів, між якими проходить перехід електронів при люмінісценції. В зв’язку з різною шириною заборонної зони у різних матеріалів довжи­на хвилі випромінювання також різна. Світлодіоди на основі Gap мають максимум при /І = 0,73 мкм, на основі S/C — при Я = 0,53 мкм, на основі GaAs — при Я = 0,9 мкм, на основі GaAsP — при Я = 0,72 мкм, на основі GaAsPN — при Я = 0,58 мкм.

Спектр випромінювання сучасних світлодіодів перекриває весь видимий і ближній 14 діапазон довжин хвиль. Найбільш вигідно використовувати світлодіоди в ближній 14 області спектра, хоча вони використовуються і в видимому діапазоні.

Перевагою світлодіодів є малі габарити, лінійна залежність світлових параметрів від струму живлення, можливість модуляції при імпульсному постачанні та інше. Недоліком можна вважати розкиданість значень сили світла різних світлодіодів навіть в межах однієї партії. Вигляд промислового зразка світлодіода приведено на фото (рис. 2.406).

Основні характеристики світлодіодів приведені в таблиці 2.2.

Комментарии запрещены.