Système de désignation pour les appareils photoélectroniques et optoélectroniques. Université d'État des arts de l'imprimerie de Moscou

Sources de rayonnement optique utilisées dans L'optoélectronique, d'une manière générale, est très diversifiée. Cependant, la plupart d'entre elles (ampoules subminiatures à incandescence et à décharge, émetteurs électroluminescents à poudre et à film, cathodoluminescentes sous vide et bien d'autres types) ne satisfont pas à l'ensemble des exigences modernes et ne sont utilisées que dans certains appareils, principalement dans les dispositifs indicateurs et en partie dans des optocoupleurs.

Lors de l'évaluation des perspectives d'une source particulière, le rôle déterminant est joué par l'état d'agrégation de la substance lumineuse active (ou de la substance remplissant le volume de travail). Parmi toutes les options possibles (vide, gaz, liquide, solide), la préférence est donnée à une substance à l'état solide, et « à l'intérieur » d'une substance monocristalline, car elle offre la plus grande durabilité et fiabilité des appareils.

Le fondement de l’optoélectronique est constitué de deux groupes d’émetteurs :

1) les générateurs optiques de rayonnement cohérent (lasers), parmi lesquels il convient de distinguer les lasers à semi-conducteurs ;

1) diodes électroluminescentes semi-conductrices basées sur le principe de l'électroluminescence à injection spontanée.

Un dispositif semi-conducteur optoélectronique est un dispositif semi-conducteurémettre ou convertir un rayonnement électromagnétique, sensible à ce rayonnement dans les régions visible, infrarouge et (ou) ultraviolette du spectre, ou utiliser un tel rayonnement pour l'interaction interne de ses éléments.

Les dispositifs semi-conducteurs optoélectroniques peuvent être divisés en émetteurs semi-conducteurs, récepteurs de rayonnement, optocoupleurs et circuits intégrés optoélectroniques (Fig. 2.1).

Un émetteur semi-conducteur est un dispositif semi-conducteur optoélectronique qui convertit l'énergie électrique en énergie de rayonnement électromagnétique dans les régions visible, infrarouge et ultraviolette du spectre.

De nombreux émetteurs semi-conducteurs ne peuvent émettre que des ondes électromagnétiques incohérentes. Il s'agit notamment des émetteurs semi-conducteurs dans la région visible du spectre - dispositifs d'affichage d'informations à semi-conducteurs (diodes électroluminescentes, indicateurs de signes semi-conducteurs, balances et écrans), ainsi que des émetteurs semi-conducteurs dans la région infrarouge du spectre - diodes électroluminescentes.

Émetteurs semi-conducteurs cohérents– ce sont des lasers à semi-conducteurs avec différents types d’excitation. Ils peuvent émettre des ondes électromagnétiques avec une certaine amplitude, fréquence, phase, sens de propagation et polarisation, ce qui correspond à la notion de cohérence.

L'optoélectronique est une branche de l'électronique consacrée à la théorie et à la pratique de la création d'instruments et de dispositifs basés sur la conversion de signaux électriques en signaux optiques et vice versa.

L'optoélectronique utilise une plage de longueurs d'onde de 0,2 µm à 0,2 mm. Un dispositif optoélectronique est une combinaison d’une source de rayonnement et d’un récepteur. Des LED à base de GaAs sont utilisées comme source de rayonnement, et des photodiodes et phototransistors à base de Si sont utilisés comme photodétecteurs.

Une caractéristique distinctive des dispositifs optoélectroniques (OED) des autres est qu'ils sont optiquement connectés, mais électriquement isolés les uns des autres. Cela permet d'assurer facilement la cohérence entre les circuits haute et basse tension et haute fréquence.

L'optoélectronique se développe dans deux directions indépendantes :

1. Optique;
2. Électro-optique.

La direction optique est basée sur les effets d'interaction d'un solide avec un rayonnement électromagnétique (holographie, photochimie, électro-optique). La direction électro-optique utilise le principe de conversion photoélectrique avec effet photoélectrique interne d'une part et photoluminescence d'autre part (en remplaçant la communication galvanique et magnétique par des lignes de communication optiques à fibres optiques).

Sur la base du principe optoélectronique, des analogues sans vide d'appareils et de systèmes électroniques peuvent être créés :

• convertisseurs discrets et analogiques de signaux électriques (amplificateurs, générateurs, éléments clés, éléments mémoire, circuits logiques, lignes à retard, etc.)
• convertisseurs de signaux optiques (amplificateurs de lumière et d'images, écrans plats qui transmettent et reproduisent des images)
• dispositifs de lecture (écrans d'affichage, affichages numériques, logique d'image, etc.).

Les principaux facteurs qui déterminent le développement de l'optoélectronique sont :

• développement de matériaux ultra-purs,
• développement d'une technologie parfaite pour de nouveaux instruments et appareils modernes,
• formation de personnel hautement qualifié.

Les éléments suivants sont largement utilisés pour la fabrication d'éléments optoélectroniques actifs et passifs :

• matériaux semi-conducteurs, terres rares et leurs alliages,
• connexions diélectriques,
• des matériaux cinématographiques,
• photorésistes,
• diffusants.

Actuellement, la gamme de matériaux utilisés en optoélectronique est assez large. Il s'agit notamment de substances de haute pureté, de métaux purs et d'alliages dotés de propriétés électrophysiques particulières, de diffusants, de divers composés semi-conducteurs sous forme de poudres et de monocristaux, de plaquettes monocristallines de silicium, d'arséniure et de phosphure de gallium, de phosphure d'indium, de saphir, de grenat, de divers matériaux auxiliaires - gaz de procédé, photorésists, poudres abrasives, etc.

Les matériaux les plus importants pour l'optoélectronique sont des substances telles que : GaAs, BaF 2, CdTe (pour la fabrication de substrats), structures GaAlAs / GaAs / GaAlAs (modulateurs électro-optiques), SiO 2 (matériau isolant), Si, CdHgTe, PbSnSe. (photodiodes, phototransistors). Certains circuits intégrés utilisent du Ni, du Cr et de l'Ag. La technologie de production de circuits intégrés optoélectroniques (OEIMC) est constamment améliorée grâce au développement de nouveaux procédés physiques et technologiques.

Les OEP présentent les avantages suivants :

• la possibilité de modulation spatiale des faisceaux lumineux et leur intersection significative en l'absence de connexions galvaniques entre canaux ;
• charge fonctionnelle plus importante des faisceaux lumineux en raison de la possibilité de modifier plusieurs de leurs paramètres (amplitude, direction, fréquence, phase, polarisation).

Les dispositifs optoélectroniques sont des dispositifs dont le principe de fonctionnement repose sur l'utilisation d'un rayonnement électromagnétique dans le domaine optique.

Les principaux groupes de dispositifs optoélectroniques sont les suivants :

• diodes électroluminescentes et lasers;
• détecteurs de rayonnement photoélectrique - photorésistances et photodétecteurs à jonction p-n ;
• dispositifs qui contrôlent le rayonnement - modulateurs, déflecteurs, etc. ; dispositifs d'affichage d'informations - indicateurs;
• dispositifs d'isolation électrique - optocoupleurs ;
• canaux de communication optiques et dispositifs de stockage optiques.

Les groupes d'appareils ci-dessus génèrent, transforment, transmettent et stockent des informations. Les supports d'informations en optoélectronique sont des particules électriquement neutres - les photons, insensibles aux effets des champs électriques et électromagnétiques, n'interagissent pas les uns avec les autres et créent une transmission de signal unidirectionnelle, ce qui garantit une immunité élevée au bruit et une isolation galvanique des circuits d'entrée et de sortie. Les dispositifs optoélectroniques reçoivent, convertissent et génèrent des rayonnements dans les régions visible, infrarouge et ultraviolette du spectre.

Le principe de fonctionnement des dispositifs optoélectroniques repose sur l'utilisation d'un effet photoélectrique externe ou interne.

L'effet photoélectrique externe est la libération d'électrons libres de la couche superficielle de la photocathode vers l'environnement extérieur sous l'influence de la lumière.

L'effet photoélectrique interne est le libre mouvement des électrons à l'intérieur d'une substance, libérés des liaisons sous l'influence de la lumière, et modifiant sa conductivité électrique voire provoquant l'apparition d'une force électromotrice à la frontière de deux substances (jonction p-n).

Les OEP sont largement utilisés dans les systèmes de contrôle et de mesure automatiques, la technologie informatique, la phototélégraphie, les équipements de reproduction sonore, la cinématographie, la spectrophotométrie, pour convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique et dans l'automatisation pour résoudre les circuits électriques.

Optocoupleur

Un optocoupleur est un dispositif semi-conducteur dans lequel une source de rayonnement et un récepteur sont structurellement combinés, connectés par communication optique. Dans la source de rayonnement, les signaux électriques sont convertis en signaux lumineux qui agissent sur le photodétecteur et y créent à nouveau des signaux électriques. Si un optocoupleur n'a qu'un seul émetteur et un seul récepteur de rayonnement, on l'appelle alors optocoupleur ou optocoupleur élémentaire.

Un microcircuit constitué d'un ou plusieurs optocoupleurs avec des dispositifs supplémentaires pour adapter et amplifier le signal est appelé circuit intégré optoélectronique. Les signaux électriques sont toujours utilisés à l'entrée et à la sortie d'un optocoupleur, et la connexion entre l'entrée et la sortie s'effectue grâce à un signal lumineux.

Photorésistance

Les photorésistances sont des résistances semi-conductrices qui modifient leur résistance sous l'influence de la lumière. En fonction de la sensibilité spectrale, les photorésistances sont divisées en deux groupes : pour la partie visible du spectre et pour la partie infrarouge du spectre. Pour la fabrication de photorésistances, des composés sont utilisés CD Et Pb. Les éléments sensibles sont constitués de monocristaux ou de polycristaux de ces composés.

Désignation des photorésistances des premières versions :

• 1 élément - lettres indiquant le type d'appareil (FS - photorésistance),
• 2 élément - une lettre indiquant le matériau de l'élément photosensible (A - sulfure de plomb, K - sulfure de cadmium, D - sélénium de cadmium),
• L'élément 3 est un nombre qui indique le type de conception.
• la lettre B avant le numéro est une version scellée,
• P - matériau du film de l'élément photosensible,
• M - matériau monocristallin de l'élément photosensible.
• lettre T - version tropicale, destinée à être utilisée dans des conditions de températures et d'humidité élevées.

Le principe de structure et le schéma de connexion d'une photorésistance

Désignation des photorésistances modernes :

• 1 élément - lettres indiquant le type d'appareil (SF - résistance photosensible),
• 2 élément - un nombre qui désigne le matériau de l'élément photosensible (2 - sulfure de cadmium, 3 - séléniure de cadmium, 4 - séléniure de plomb),
• Le 3ème élément est un numéro qui indique le numéro de série du développement.

Les photorésistances ont une stabilité élevée des paramètres. Le changement de photocourant est une caractéristique assez précise de son état. Lors d'un fonctionnement à long terme, une stabilisation du photocourant est observée, tandis que sa valeur peut changer de 20 à 30 %. Les photorésistances sont sensibles aux changements rapides de température. Les photorésistances doivent être conservées entre 5 et 35 °C et avec une humidité ne dépassant pas 80 %.

Les principaux paramètres des photorésistances comprennent :

1. Courant sombre ( jeT) est le courant traversant la photorésistance à une tension de fonctionnement 30 s après avoir supprimé l'éclairage de 200 lux.
2. Courant lumineux ( je c) est le courant traversant la photorésistance à une tension de fonctionnement et un éclairage de 200 lux provenant d'une source lumineuse avec une température de couleur de 2850 K.
3. Coefficient de température du photocourant ( savoirs traditionnelsjeF) - changement de photocourant lorsque la température de la photorésistance change de 1 o C.
4. Tension de fonctionnement ( UF) - tension qui peut être appliquée à une photorésistance lors d'un fonctionnement à long terme sans modifier ses paramètres au-delà des limites admissibles.
5. Résistance sombre ( R.T) - la résistance de la photorésistance à une température de 20 o C 30 s après suppression de l'éclairage de 200 lux.
6. Sensibilité spécifique ( K 0) est le rapport du photocourant au produit des amplitudes du flux lumineux incident sur celui-ci et de la tension appliquée : K0 =jeF / (FUF) , Où F— flux lumineux, lm.
7. La constante de temps ( t) est le temps pendant lequel le photocourant change d'une valeur normalisée lorsqu'il est allumé.
8. Dissipation de puissance ( Course R.) - la puissance maximale admissible que la photorésistance peut dissiper sous charge électrique continue et à température ambiante, sans modifier les paramètres au-delà de la norme établie par les spécifications techniques.
9. La resistance d'isolement ( R.Et).
10. Limite de longueur d'onde longue ( je).

Les principales caractéristiques des photorésistances sont:

1. Voltampère ( je= F(U)) — dépendance à la lumière, à l'obscurité ou au photocourant (avec F =const) de la tension appliquée.
2. Lumière ou lux-ampli (je= F(F))— dépendance du photocourant au flux lumineux, incident ou éclairement (à U= const).
3. Spectral (je= F(je)) — dépendance du photocourant à la longueur d'onde du flux lumineux (à U= const).
4. Fréquence (I Ф = f (F Ф)) - dépendance du photocourant sur la fréquence de modulation du flux lumineux (à U = const).

La sensibilité intégrale élevée permet l'utilisation de résistances même sans amplificateurs, et leurs petites dimensions sont les raisons de leur utilisation généralisée. Les principaux inconvénients des photorésistances sont leur inertie et la forte influence de la température, qui conduit à une large gamme de caractéristiques.

Photodiode

Photodiodes — Ce sont des diodes semi-conductrices qui utilisent un effet photoélectrique interne. Le flux lumineux contrôle le courant inverse des photodiodes. Sous l'influence de la lumière sur la jonction électron-trou, des paires de porteurs de charge sont générées, la conductivité de la diode augmente et le courant inverse augmente. Ce mode de fonctionnement est appelé mode photodiode. Le deuxième type de mode est le photogénérateur. Contrairement au mode photogénérateur, le mode photodiode nécessite l’utilisation d’une source d’alimentation externe.

Circuit de connexion de photodiode pour un fonctionnement en mode photodiode

Principaux paramètres des photodiodes :

• sensibilité intégrale (~ 10 mA/lm) : tension de fonctionnement (10 - 30 V) ;
• courant d'obscurité (~ 2 - 20 µA).

Principales caractéristiques des photodiodes :

• volt-ampère (I = f (U)) - dépendance de la lumière, de l'obscurité ou du photocourant (à Ф = const) sur la tension appliquée ;
• énergie ( jeF = F(F))— dépendance du photocourant au flux lumineux (à U= const) - linéaire, dépend peu de la tension.

Caractéristiques courant-tension d'une photodiode pour le mode photodiode

Dans les photodiodes à avalanche, la multiplication des porteurs par avalanche se produit dans la jonction pn et de ce fait, la sensibilité augmente des dizaines de fois. Les photodiodes avec barrière Schottky ont des performances élevées. Les photodiodes à hétérojonctions fonctionnent comme des générateurs de FEM. Les photodiodes au germanium sont utilisées comme indicateurs du rayonnement infrarouge ; silicium - pour convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique (batteries solaires pour l'alimentation autonome de divers équipements dans l'espace) ; sélénium - pour la fabrication de photomètres et de mesures techniques d'éclairage, car leurs caractéristiques spectrales sont proches des caractéristiques spectrales de l'humain ; œil.

Phototransistor

Les phototransistors sont des dispositifs semi-conducteurs dotés de deux jonctions p-n, conçus pour convertir le flux lumineux en courant électrique. Un phototransistor est structurellement différent d'un transistor bipolaire classique dans la mesure où son corps possède une fenêtre transparente à travers laquelle la lumière peut pénétrer dans la zone de base.

La tension d'alimentation est fournie à l'émetteur et au collecteur, sa jonction collecteur est fermée et la jonction émetteur est ouverte. La base reste libre. Lorsqu'un phototransistor est illuminé, des électrons et des trous sont générés dans sa base. Dans la jonction collectrice, il existe une distribution de transitions électron-trou qui, à la suite de la diffusion, ont atteint la limite de transition. Les trous (porteurs de charge minoritaires dans le semi-conducteur) sont transférés par le champ de transition vers le collecteur, augmentant ainsi son propre courant, et les électrons (porteurs de charge majoritaires) restent dans la base, réduisant ainsi son potentiel. Une diminution du potentiel de base entraîne la formation d'une tension directe supplémentaire à la jonction de l'émetteur et une injection accrue de trous de l'émetteur dans la base. Les trous injectés dans le socle, atteignant la jonction du collecteur, provoquent une augmentation supplémentaire du courant du collecteur.

Schéma fonctionnel d'un phototransistor bipolaire avec base libre (a) et circuit de connexion du phototransistor (b)

Le courant collecteur du phototransistor éclairé s'avère assez important ; Le rapport entre courant clair et courant d’obscurité atteint plusieurs centaines.

Il existe deux options pour activer les phototransistors :

• diode- en utilisant seulement deux broches (émetteur et collecteur)
• transistor- à l'aide de trois bornes, lorsque non seulement une lumière, mais également un signal électrique est fourni à l'entrée.

En optoélectronique, en automatisme et en télémécanique, les phototransistors sont utilisés aux mêmes fins que les photodiodes, mais ils leur sont inférieurs en termes de seuil de sensibilité et de plage de température. La sensibilité des phototransistors augmente avec l'intensité de leur éclairage.

Photothyristor

Un photothyristor est un dispositif semi-conducteur doté d'une structure pnpn à quatre couches qui combine les propriétés d'un thyristor et d'un photodétecteur et convertit la lumière en électricité.

En l'absence de signal lumineux et de courant de commande, le photothyristor est fermé et seul le courant d'obscurité le traverse. Le photothyristor est ouvert par un flux lumineux qui pénètre dans les bases p 2 et n 1 à travers une « fenêtre » dans son corps et crée des paires électron-trou. Cela conduit à l'émergence de photocourants primaires et à la formation d'un photocourant total. Il en résulte que lorsqu'un flux lumineux arrive aux bases p 2 et n 1, le courant de l'émetteur augmente, le coefficient de transfert de courant α de l'émetteur vers le collecteur est fonction de l'éclairement, ce qui modifie le courant p-n. La résistance du photothyristor varie de 0,1 Ohm (à l'état ouvert) à 10,8 Ohm (à l'état fermé) et le temps de commutation est de 10 -5 - 10 -6 s.

Structure du photothyristor

Des caractéristiques de la lumière jeetc. = F(F)à Uetc. = Const on peut voir que lorsque le photothyristor est activé, le courant qui le traverse augmente jusqu'à jeetc.= E pr.R.charger et ne change plus, c'est-à-dire que le photothyristor a deux états stables et peut être utilisé comme élément de mémoire. Selon la caractéristique courant-tension jeetc. = F(Uetc.) à F =const(F2 > F1 > Fo) On peut constater qu'à mesure que le flux lumineux augmente, la tension et le temps de fonctionnement diminuent.

Caractéristiques du photothyristor : a - lumière, b - caractéristique courant-tension, c - dépendance du temps de commutation sur le flux lumineux

Les avantages des photothyristors sont :

• capacité de chargement élevée avec une faible puissance du signal de commande ;
• la capacité d'obtenir le signal source requis sans étapes d'amplification supplémentaires ;
• présence de mémoire, c'est-à-dire maintenir un état ouvert après la suppression du signal de commande ;
• une plus grande sensibilité;
• haute performance.

Les propriétés ci-dessus des photothyristors permettent de simplifier les circuits en éliminant les amplificateurs et les éléments de relais, ce qui est très important en électronique industrielle, par exemple dans les convertisseurs haute tension. Le plus souvent, les photothyristors sont utilisés pour commuter des signaux électriques puissants avec un signal lumineux.

Ainsi, bien que l'optoélectronique ait été l'un des premiers domaines de la radioélectronique, elle a conservé son importance jusqu'à nos jours, contrairement à de nombreuses technologies tombées dans l'oubli.

Les dispositifs optoélectroniques sont des dispositifs sensibles au rayonnement électromagnétique dans les régions visible, infrarouge et ultraviolette, ainsi que des dispositifs qui produisent ou utilisent de tels rayonnements.

Le rayonnement dans les régions visible, infrarouge et ultraviolette est classé comme la plage optique du spectre. Généralement, cette gamme comprend des ondes électromagnétiques d'une longueur de 1 nm jusqu'à 1 mm, ce qui correspond à des fréquences d'environ 0,5 10 12 Hz jusqu'à 5·10 17 Hz. Parfois, ils parlent d'une gamme de fréquences plus étroite - de 10 nm jusqu'à 0,1 mm(~5·10 12 …5·10 16 Hz). Le domaine visible correspond aux longueurs d'onde de 0,38 µm à 0,78 µm (fréquence environ 10 15 Hz).

Dans la pratique, les sources de rayonnement (émetteurs), les récepteurs de rayonnement (photodétecteurs) et les optocoupleurs (optocoupleurs) sont largement utilisés.

Un optocoupleur est un dispositif dans lequel se trouvent à la fois une source et un récepteur de rayonnement, structurellement combinés et placés dans un seul boîtier.

Les LED et les lasers sont largement utilisés comme sources de rayonnement, et les photorésistances, photodiodes, phototransistors et photothyristors comme récepteurs.

Les optocoupleurs sont largement utilisés, dans lesquels des paires LED-photodiode, LED-phototransistor, LED-photothyristor sont utilisées.

Les principaux avantages des dispositifs optoélectroniques :

· capacité d'information élevée des canaux de transmission optique d'informations, conséquence des hautes fréquences utilisées ;

· isolation galvanique complète de la source de rayonnement et du récepteur ;

· aucune influence du récepteur de rayonnement sur la source (flux d'informations unidirectionnel) ;

· immunité des signaux optiques aux champs électromagnétiques (immunité élevée au bruit).

Diode électroluminescente (DEL)

Une diode électroluminescente qui fonctionne dans la plage de longueurs d’onde visible est souvent appelée diode électroluminescente ou LED.

Considérons le dispositif, les caractéristiques, les paramètres et le système de désignation des diodes électroluminescentes.

Appareil. Une représentation schématique de la structure de la diode électroluminescente est présentée sur la figure. 6.1,a, et sa désignation graphique symbolique est sur la Fig. 6.2, b.

Le rayonnement se produit lorsque le courant continu d'une diode circule à la suite de la recombinaison d'électrons et de trous dans la région. p-n-transition et dans les zones adjacentes à la zone spécifiée. Lors de la recombinaison, des photons sont émis.

Caractéristiques et paramètres. Pour diodes électroluminescentes fonctionnant dans le domaine visible (longueurs d'onde de 0,38 à 0,78 µm, fréquence environ 10 15 Hz), les caractéristiques suivantes sont largement utilisées :

· dépendance de la luminosité du rayonnement L du courant de diode je(caractéristique de luminosité);

dépendance à l'intensité lumineuse Je v du courant de diode je.

Riz. 6.1. Structure de diode électroluminescente ( UN)

et sa représentation graphique ( b)

La caractéristique de luminosité d'une diode électroluminescente de type AL102A est illustrée à la Fig. 6.2. La couleur lumineuse de cette diode est rouge.

Riz. 6.2. Caractéristique de luminosité des LED

Un graphique de la dépendance de l'intensité lumineuse au courant pour une diode électroluminescente AL316A est présenté sur la Fig. 6.3. La couleur de la lueur est rouge.

Riz. 6.3. Dépendance de l'intensité lumineuse sur le courant LED

Pour les diodes électroluminescentes fonctionnant en dehors de la plage visible, des caractéristiques sont utilisées qui reflètent la dépendance de la puissance de rayonnement R. du courant de diode je. Zone de positions possibles du graphique de dépendance de la puissance de rayonnement au courant pour une diode électroluminescente de type AL119A fonctionnant dans le domaine infrarouge (longueur d'onde 0,93...0,96 µm), est montré sur la Fig. 6.4.

Voici quelques paramètres pour la diode AL119A :

· temps de montée de l'impulsion de rayonnement – ​​pas plus de 1000 ns;

· temps de décroissance de l'impulsion de rayonnement – ​​pas plus de 1 500 ns;

· tension directe constante à je=300 mA– pas plus de 3 DANS;

· courant direct maximal admissible constant à t<+85°C – 200 mA;

· température ambiante –60…+85°С.

Riz. 6.4. Dépendance de la puissance de rayonnement sur le courant LED

Pour information sur les valeurs possibles du facteur d'efficacité, on note que les diodes électroluminescentes de type ZL115A, AL115A, fonctionnant dans le domaine infrarouge (longueur d'onde 0,95 µm, largeur du spectre pas plus de 0,05 µm), avoir un facteur d'efficacité d'au moins 10 %.

Système de notation. Le système de désignation utilisé pour les diodes électroluminescentes implique l'utilisation de deux ou trois lettres et trois chiffres, par exemple AL316 ou AL331. La première lettre indique le matériau, la deuxième (ou la deuxième et la troisième) indique la conception : L - LED unique, LS - rangée ou matrice de LED. Les chiffres suivants (et parfois les lettres) indiquent le numéro de développement.

Photorésistance

Une photorésistance est une résistance semi-conductrice dont la résistance est sensible au rayonnement électromagnétique dans la plage optique du spectre. Une représentation schématique de la structure de la photorésistance est présentée sur la figure. 6.5, UN, et sa représentation graphique conventionnelle est la Fig. 6.5, b.

Un flux de photons incident sur un semi-conducteur provoque l'apparition de paires. trou électronique, augmentant la conductivité (diminuant la résistance). Ce phénomène est appelé effet photoélectrique interne (effet de photoconductivité). Les photorésistances sont souvent caractérisées par une dépendance actuelle je de l'éclairage Eà une tension donnée aux bornes de la résistance. C'est ce qu'on appelle lux-ampli caractéristique (Fig. 6.6).

Riz. 6.5. Structure ( UN) et la désignation schématique ( b) photorésistance

Riz. 6.6. Caractéristique lux-ampère de la photorésistance FSK-G7

Les paramètres de photorésistance suivants sont souvent utilisés :

· résistance nominale sombre (en l'absence de flux lumineux) (pour FSK-G7, cette résistance est de 5 MOhm);

· sensibilité intégrale (sensibilité déterminée lorsqu'une photorésistance est éclairée par une lumière d'une composition spectrale complexe).

La sensibilité intégrale (sensibilité actuelle au flux lumineux) S est déterminée par l'expression :

Où si– ce qu'on appelle le photocourant (la différence entre le courant lorsqu'il est éclairé et le courant lorsqu'il n'y a pas d'éclairage) ;

F- flux lumineux.

Pour photorésistance FSK-G7 S=0,7 A/lm.

Photodiode

Structure et processus physiques de base. La structure simplifiée de la photodiode est représentée sur la figure. 6.7, UN, et sa représentation graphique conventionnelle est la Fig. 6.7, b.

Riz. 6.7. Structure (a) et désignation (b) d'une photodiode

Les processus physiques se produisant dans les photodiodes sont de nature opposée à ceux se produisant dans les LED. Le principal phénomène physique dans une photodiode est la génération de paires trou électronique dans la zone p-n-transition et dans les zones adjacentes sous l'influence des rayonnements.

Génération de paires trou électronique conduit à une augmentation du courant inverse de la diode en présence de tension inverse et à l'apparition de tension tu es ok entre l'anode et la cathode en circuit ouvert. De plus tu es ok>0 (les trous vont à l'anode et les électrons vont à la cathode sous l'influence d'un champ électrique p-n-transition).

Caractéristiques et paramètres. Il est commode de caractériser les photodiodes par une famille de caractéristiques courant-tension correspondant à différents flux lumineux (le flux lumineux se mesure en lumens, lm) ou un éclairage différent (l'éclairement est mesuré en lux, D'ACCORD).

Les caractéristiques courant-tension (caractéristiques voltampères) de la photodiode sont présentées sur la Fig. 6.8.

Riz. 6.8. Caractéristiques courant-tension de la photodiode

Supposons que le flux lumineux soit nul au début, puis la caractéristique courant-tension de la photodiode répète en fait la caractéristique courant-tension d'une diode conventionnelle. Si le flux lumineux n'est pas nul, alors les photons pénétrant dans la région p-n– transition, provoque la génération de paires trou électronique. Sous l'influence d'un champ électrique p-n– transition, les porteurs de courant se déplacent vers les électrodes (trous - vers l'électrode en couche p, électrons – à l’électrode en couche n). En conséquence, une tension apparaît entre les électrodes, qui augmente avec l'augmentation du flux lumineux. Avec une tension anode-cathode positive, le courant de diode peut être négatif (quatrième quadrant de la caractéristique). Dans ce cas, l’appareil ne consomme pas mais produit de l’énergie.

En pratique, les photodiodes sont utilisées aussi bien en mode dit photogénérateur (mode photovoltaïque, mode valve) qu'en mode dit photoconvertisseur (mode photodiode).

En mode photogénérateur, les cellules solaires fonctionnent pour convertir la lumière en électricité. Actuellement, le rendement des cellules solaires atteint 20 %. Jusqu’à présent, l’énergie obtenue à partir de cellules solaires coûte environ 50 fois plus chère que l’énergie obtenue à partir du charbon, du pétrole ou de l’uranium.

Le mode photoconvertisseur correspond à la caractéristique courant-tension dans le troisième quadrant. Dans ce mode, la photodiode consomme de l'énergie ( toi· je> 0) provenant d'une source de tension externe nécessairement présente dans le circuit (Fig. 6.9). L'analyse graphique de ce mode est réalisée à l'aide d'une ligne de charge, comme pour une diode classique. Dans ce cas, les caractéristiques sont généralement représentées de manière conventionnelle dans le premier quadrant (Fig. 6.10).

Riz. 6.9 Fig. 6.10

Les photodiodes sont des dispositifs à action plus rapide que les photorésistances. Ils fonctionnent aux fréquences 10 7 –10 10 Hz. La photodiode est souvent utilisée dans les optocoupleurs Photodiode LED. Dans ce cas, différentes caractéristiques de la photodiode correspondent à différents courants de la LED (ce qui crée en même temps différents flux lumineux).

Optocoupleur (optocoupleur)

Un optocoupleur est un dispositif semi-conducteur contenant une source de rayonnement et un récepteur de rayonnement, combinés dans un seul boîtier et interconnectés optiquement, électriquement et simultanément par les deux connexions. Les optocoupleurs sont très répandus, dans lesquels une photorésistance, une photodiode, un phototransistor et un photothyristor sont utilisés comme récepteur de rayonnement.

Dans les optocoupleurs à résistance, la résistance de sortie peut changer d'un facteur de 10 7 ... 10 8 lorsque le mode du circuit d'entrée change. De plus, la caractéristique courant-tension de la photorésistance est hautement linéaire et symétrique, ce qui rend les optocoupleurs résistifs largement applicables dans les dispositifs analogiques. L'inconvénient des optocoupleurs à résistance est leur faible vitesse - 0,01...1 Avec.

Dans les circuits de transmission de signaux d'information numériques, on utilise principalement des optocoupleurs à diodes et à transistors, et pour la commutation optique de circuits haute tension et courant élevé, des optocoupleurs à thyristors sont utilisés. Les performances des optocoupleurs à thyristors et à transistors sont caractérisées par un temps de commutation qui se situe souvent dans la plage de 5 à 50. mks.

Regardons de plus près l'optocoupleur LED-photodiode (Fig. 6.11, UN). La diode électroluminescente (à gauche) doit être connectée dans le sens direct, et la photodiode doit être connectée dans le sens direct (mode photogénérateur) ou dans le sens inverse (mode photoconvertisseur). Les directions des courants et des tensions des diodes optocoupleurs sont indiquées sur la figure. 6.11, b.

Riz. 6.11. Schéma d'un optocoupleur (a) et de la direction des courants et des tensions qu'il contient (b)

Décrivons la dépendance actuelle je sors du courant j'entreà tu es dehors=0 pour l'optocoupleur AOD107A (Fig. 6.12). L'optocoupleur spécifié est conçu pour fonctionner à la fois en modes photogénérateur et photoconvertisseur.

Riz. 6.12. Caractéristique de transfert de l'optocoupleur AOD107A

Appareils optoélectroniques

Principales caractéristiques des diodes électroluminescentes visibles

Principales caractéristiques des diodes électroluminescentes infrarouges

Dispositifs optoélectroniques au sens large

Liste des sources utilisées

Appareils optoélectroniques

Le fonctionnement des dispositifs optoélectroniques repose sur des processus électron-photoniques de réception, de transmission et de stockage d'informations.

Le dispositif optoélectronique le plus simple est une paire optoélectronique, ou optocoupleur. Le principe de fonctionnement d'un optocoupleur, composé d'une source de rayonnement, d'un milieu d'immersion (guide de lumière) et d'un photodétecteur, repose sur la conversion d'un signal électrique en un signal optique, puis à nouveau en un signal électrique.

Les optocoupleurs en tant que dispositifs fonctionnels présentent les avantages suivants par rapport aux radioéléments conventionnels :

isolation galvanique complète « entrée – sortie » (la résistance d'isolement dépasse 10 12 – 10 14 Ohms) ;

immunité absolue au bruit dans le canal de transmission d'informations (les supports d'informations sont des particules électriquement neutres - photons) ;

flux d'informations unidirectionnel, associé aux caractéristiques de propagation de la lumière ;

haut débit en raison de la haute fréquence des vibrations optiques,

vitesse suffisante (quelques nanosecondes) ;

tension de claquage élevée (dizaines de kilovolts) ;

faible niveau sonore;

bonne résistance mécanique.

En fonction des fonctions qu'il remplit, un optocoupleur peut être comparé à un transformateur (élément de couplage) avec un relais (clé).

Dans les dispositifs optocoupleurs, des sources de rayonnement semi-conducteurs sont utilisées - des diodes électroluminescentes fabriquées à partir de matériaux de composés du groupe UN III B V , parmi lesquels les plus prometteurs sont le phosphure et l'arséniure de gallium. Le spectre de leur rayonnement se situe dans la région du rayonnement visible et proche infrarouge (0,5 à 0,98 microns). Les diodes électroluminescentes à base de phosphure de gallium ont une lueur rouge et verte. Les LED en carbure de silicium sont prometteuses car elles ont une lueur jaune et fonctionnent à des températures et une humidité élevées et dans des environnements agressifs.

Les LED, qui émettent de la lumière dans le domaine visible du spectre, sont utilisées dans les montres électroniques et les microcalculateurs.

Les diodes électroluminescentes se caractérisent par une composition spectrale de rayonnement assez large, un diagramme de directivité ; efficacité quantique, déterminée par le rapport entre le nombre de quanta de lumière émis et le nombre de ceux qui les traversent p-n-transition des électrons ; puissance (avec rayonnement invisible) et luminosité (avec rayonnement visible) ; caractéristiques volt-ampère, lumen-ampère et watt-ampère ; vitesse (montée et descente de l'électroluminescence lors d'une excitation pulsée), plage de température de fonctionnement. À mesure que la température de fonctionnement augmente, la luminosité de la LED diminue et la puissance d'émission diminue.

Les principales caractéristiques des diodes électroluminescentes dans le domaine visible sont données dans le tableau. 1, et la plage infrarouge - dans le tableau. 2.

Tableau 1 Principales caractéristiques des diodes électroluminescentes visibles

Type de diode	Luminosité, cd/m 2, ou intensité lumineuse, mcd		Couleur lumineuse	Courant direct, mA
KL101A-B AL102A-G AL307A-G	10 – 20 cd/m2 40 – 250 mcd 150 – 1500 mcd		Rouge, Vert Rouge, Vert

Les diodes électroluminescentes des dispositifs optoélectroniques sont connectées aux photodétecteurs par un milieu d'immersion, dont la principale exigence est la transmission du signal avec un minimum de pertes et de distorsions. Dans les dispositifs optoélectroniques, des milieux d'immersion solides sont utilisés - composés organiques polymères (adhésifs et vernis optiques), milieux chalcogénures et fibres optiques. En fonction de la longueur du canal optique entre l'émetteur et le photodétecteur, les dispositifs optoélectroniques peuvent être divisés en optocoupleurs (longueur de canal 100 - 300 microns), optoisolateurs (jusqu'à 1 m) et lignes de communication à fibre optique - liaisons à fibre optique (jusqu'à à des dizaines de kilomètres).

Tableau 2. Principales caractéristiques des diodes électroluminescentes infrarouges

Type de diode	Puissance de rayonnement totale, mW	Tension directe constante, V	Longueur d'onde du rayonnement, microns	Temps de montée de l'impulsion de rayonnement, ns	Temps de décroissance des impulsions de rayonnement, ns
AL106A-D	0,6 – 1 (à courant 50 mA) 0,2 – 1,5 (à courant 100 mA) 6 – 10 (à courant 100 mA) 1,5 (à 100 mA de courant) 0,2 (à 20 mA de courant) 10 (à courant 50 mA)

Les photodétecteurs utilisés dans les dispositifs optocoupleurs sont soumis à des exigences d'adaptation des caractéristiques spectrales avec l'émetteur, de minimisation des pertes lors de la conversion d'un signal lumineux en signal électrique, de photosensibilité, de vitesse, de taille de la zone photosensible, de fiabilité et de niveau de bruit.

Pour les optocoupleurs, les plus prometteurs sont les photodétecteurs à effet photoélectrique interne, lorsque l'interaction des photons avec des électrons à l'intérieur de matériaux présentant certaines propriétés physiques conduit à des transitions électroniques dans le volume du réseau cristallin de ces matériaux.

L'effet photoélectrique interne se manifeste de deux manières : par une modification de la résistance du photodétecteur sous l'influence de la lumière (photorésistances) ou par l'apparition d'une photo-emf à l'interface entre deux matériaux - semi-conducteur-semi-conducteur, métal-semi-conducteur (photocellules commutées, photodiodes, phototransistors).

Les photodétecteurs à effet photoélectrique interne sont divisés en photodiodes (avec p-n-jonction, structure MIS, barrière Schottky), photorésistances, photodétecteurs à amplification interne (phototransistors, phototransistors composés, photothyristors, phototransistors à effet de champ).

Les photodiodes sont à base de silicium et de germanium. La sensibilité spectrale maximale du silicium est de 0,8 microns et celle du germanium jusqu'à 1,8 microns. Ils fonctionnent en polarisation inverse p-n-transition, qui permet d'augmenter leurs performances, leur stabilité et la linéarité des caractéristiques.

Les photodiodes sont le plus souvent utilisées comme photodétecteurs pour des dispositifs optoélectroniques de complexité variable. p- je-n-les structures où je– région appauvrie de champ électrique élevé. En modifiant l'épaisseur de cette région, il est possible d'obtenir de bonnes caractéristiques de performances et de sensibilité en raison de la faible capacité et du temps de vol des porteurs.

Les photodiodes à avalanche ont une sensibilité et des performances accrues, en utilisant l'amplification du photocourant lors de la multiplication des porteurs de charge. Cependant, ces photodiodes ne sont pas suffisamment stables sur une plage de température et nécessitent des alimentations haute tension. Les photodiodes dotées d'une barrière Schottky et d'une structure MIS sont prometteuses pour une utilisation dans certaines plages de longueurs d'onde.

Les photorésistances sont constituées principalement de films semi-conducteurs polycristallins à base d'un composé (cadmium avec soufre et sélénium). La sensibilité spectrale maximale des photorésistances est de 0,5 à 0,7 microns. Les photorésistances sont généralement utilisées dans des conditions de faible luminosité ; en termes de sensibilité, ils sont comparables aux photomultiplicateurs - des dispositifs avec un effet photoélectrique externe, mais nécessitent une alimentation basse tension. Les inconvénients des photorésistances sont de faibles performances et des niveaux de bruit élevés.

Les photodétecteurs à amplification interne les plus courants sont les phototransistors et les photothyristors. Les phototransistors sont plus sensibles que les photodiodes, mais plus lents. Pour augmenter encore la sensibilité du photodétecteur, un phototransistor composite est utilisé, qui est une combinaison de transistors photo et d'amplification, mais ses performances sont faibles.

Dans les optocoupleurs, un photothyristor (un dispositif semi-conducteur à trois p- n- transitions, commutation lorsqu'il est allumé), qui a une sensibilité et un niveau de signal de sortie élevés, mais une vitesse insuffisante.

La variété des types d'optocoupleurs est principalement déterminée par les propriétés et les caractéristiques des photodétecteurs. L'une des principales applications des optocoupleurs est l'isolation galvanique efficace des émetteurs et récepteurs de signaux numériques et analogiques. Dans ce cas, l'optocoupleur peut être utilisé en mode convertisseur ou commutateur de signal. L'optocoupleur est caractérisé par le signal d'entrée admissible (courant de commande), le coefficient de transfert de courant, la vitesse (temps de commutation) et la capacité de charge.

Le rapport entre le coefficient de transfert de courant et le temps de commutation est appelé facteur de qualité de l'optocoupleur et est de 10 5 – 10 6 pour les optocoupleurs à photodiode et à phototransistor. Les optocoupleurs basés sur des photothyristors sont largement utilisés. Les optocoupleurs à photorésistance ne sont pas largement utilisés en raison de leur faible stabilité dans le temps et en température. Les schémas de certains optocoupleurs sont présentés sur la Fig. 4, annonce.

Des lasers présentant une stabilité élevée, de bonnes caractéristiques énergétiques et une bonne efficacité sont utilisés comme sources de rayonnement cohérent. En optoélectronique, pour la conception d'appareils compacts, on utilise des lasers à semi-conducteurs - des diodes laser, utilisées, par exemple, dans les lignes de communication à fibres optiques au lieu des lignes de transmission d'informations traditionnelles - câbles et fils. Ils ont un débit élevé (bande passante en unités de gigahertz), une résistance aux interférences électromagnétiques, un faible poids et des dimensions réduites, une isolation électrique complète de l'entrée à la sortie, une sécurité contre les explosions et les incendies. Une particularité de FOCL est l'utilisation d'un câble à fibre optique spécial, dont la structure est illustrée à la Fig. 5. Les échantillons industriels de ces câbles ont une atténuation de 1 à 3 dB/km et moins. Les lignes de communication à fibre optique sont utilisées pour construire des réseaux téléphoniques et informatiques, des systèmes de télévision par câble avec des images transmises de haute qualité. Ces lignes permettent la transmission simultanée de dizaines de milliers de conversations téléphoniques et de plusieurs programmes télévisés.

Récemment, les circuits intégrés optiques (OIC), dont tous les éléments sont formés par dépôt des matériaux nécessaires sur un substrat, ont été intensivement développés et se sont répandus.

Les dispositifs à cristaux liquides, largement utilisés comme indicateurs dans les montres électroniques, sont prometteurs en optoélectronique. Les cristaux liquides sont une substance organique (liquide) possédant les propriétés d'un cristal et se trouvent dans un état de transition entre la phase cristalline et un liquide.

Les indicateurs à cristaux liquides ont une haute résolution, sont relativement bon marché, consomment peu d’énergie et fonctionnent à des niveaux de luminosité élevés.

Les cristaux liquides ayant des propriétés similaires aux monocristaux (nématiques) sont le plus souvent utilisés dans les indicateurs lumineux et les dispositifs de mémoire optique. Les cristaux liquides qui changent de couleur lorsqu'ils sont chauffés (cholestériques) ont été développés et sont largement utilisés. utilisé pour l’enregistrement thermo-optique des informations.

Les dispositifs optoélectroniques, développés relativement récemment, se sont répandus dans divers domaines scientifiques et technologiques en raison de leurs propriétés uniques. Beaucoup d’entre eux n’ont pas d’analogue dans la technologie du vide et des semi-conducteurs. Cependant, il reste encore de nombreux problèmes non résolus liés au développement de nouveaux matériaux, à l'amélioration des caractéristiques électriques et opérationnelles de ces dispositifs et au développement de méthodes technologiques pour leur fabrication.

Dispositif semi-conducteur optoélectronique - un dispositif semi-conducteur dont le fonctionnement repose sur l'utilisation de phénomènes de rayonnement, de transmission ou d'absorption dans les régions visibles, infrarouges ou ultraviolettes du spectre.

Les dispositifs optoélectroniques au sens large sont des dispositifs , utiliser un rayonnement optique pour leur travail : générer, détecter, convertir et transmettre un signal d'information. En règle générale, ces dispositifs comprennent l'un ou l'autre ensemble d'éléments optoélectroniques. À leur tour, les appareils eux-mêmes peuvent être divisés en standards et spéciaux, en considérant ceux qui sont produits en série pour une utilisation généralisée dans diverses industries, et les appareils spéciaux sont produits en tenant compte des spécificités d'une industrie particulière - dans notre cas, l'impression.

Toute la variété des éléments optoélectroniques est divisée dans les groupes de produits suivants : sources et récepteurs de rayonnement, indicateurs, éléments optiques et guides de lumière, ainsi que supports optiques permettant la création d'éléments de contrôle, l'affichage et le stockage d'informations. On sait qu'aucune systématisation ne peut être exhaustive, mais, comme le notait à juste titre notre compatriote qui a découvert la loi périodique des éléments chimiques en 1869, Dmitri Ivanovitch Mendeleïev (1834-1907), la science commence là où apparaît le comptage, c'est-à-dire évaluation, comparaison, classification, identification de modèles, détermination de critères, caractéristiques communes. Compte tenu de cela, avant de procéder à la description d'éléments spécifiques, il est nécessaire de donner, au moins en termes généraux, une caractéristique distinctive des produits optoélectroniques.

Comme mentionné ci-dessus, la principale caractéristique de l’optoélectronique est la connexion avec l’information. Par exemple, si un rayonnement laser est utilisé dans une installation pour durcir des arbres en acier, il n'est alors guère logique de classer cette installation comme dispositif optoélectronique (bien que la source de rayonnement laser elle-même ait le droit de le faire).

Il a également été noté que les éléments à l'état solide sont généralement classés comme optoélectroniques (l'Institut de l'énergie de Moscou a publié un manuel pour le cours « Optoélectronique » intitulé « Instruments et dispositifs d'optoélectronique à semi-conducteurs »). Mais cette règle n'est pas très stricte, puisque certaines publications sur l'optoélectronique discutent en détail du fonctionnement des photomultiplicateurs et des tubes cathodiques (il s'agit d'un type d'appareils électriques à vide), des lasers à gaz et d'autres appareils qui ne sont pas à l'état solide. Cependant, dans l'industrie de l'imprimerie, les dispositifs mentionnés sont largement utilisés avec ceux à semi-conducteurs (y compris ceux à semi-conducteurs), résolvant des problèmes similaires, ils ont donc parfaitement le droit d'être pris en compte dans ce cas.

Il convient de mentionner trois autres caractéristiques distinctives qui, selon le célèbre spécialiste de l'optoélectronique Yuri Romanovich Nosov, la caractérisent comme une direction scientifique et technique.

La base physique de l'optoélectronique est constituée de phénomènes, de méthodes et de moyens pour lesquels la combinaison et la continuité des processus optiques et électroniques sont fondamentales. Un dispositif optoélectronique est défini au sens large comme un dispositif sensible au rayonnement électromagnétique dans les régions visible, infrarouge (IR) ou ultraviolette (UV), ou un dispositif qui émet et convertit un rayonnement incohérent ou cohérent dans ces mêmes régions spectrales.

La base technique de l'optoélectronique est déterminée par la conception et les concepts technologiques de la microélectronique moderne : miniaturisation des éléments ; développement préférentiel de structures planes solides ; intégration d'éléments et de fonctions.

L'objectif fonctionnel de l'optoélectronique est de résoudre des problèmes informatiques : génération (formation) d'informations en convertissant diverses influences externes en signaux électriques et optiques correspondants ; transfert d'informations; traiter (transformer) les informations selon un algorithme donné ; stockage d'informations, y compris des processus tels que l'enregistrement, le stockage lui-même, la lecture non destructive, l'effacement ; affichage d'informations, c'est-à-dire convertir les signaux de sortie d'un système d'information en une forme perceptible par l'homme.

Liste des sources utilisées

http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook138/01/index.html?part-004.htm

http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook138/01/index.html?part-003.htm

http://revolution.allbest.ru/radio/00049966_0.html

http://revolution.allbest.ru/radio/00049842.html

AGENCE FÉDÉRALE POUR L'ÉDUCATION

Établissement d'enseignement public d'enseignement professionnel supérieur

UNIVERSITÉ DU PÉTROLE ET DU GAZ DE L'ÉTAT DE TIOUMEN

INSTITUT DES TRANSPORTS

Essai

sur le thème «Appareils optoélectroniques».

Complété:

Groupes OBD-08

Chekardinn

Vérifié:

Sidorova A.E.

Tioumen 2010

1. Éléments optoélectronique dispositifs

   Résumé >> Communications et communications

   Selon le circuit d'un transistor composite. Optoélectronique dispositifs Emploi optoélectronique dispositifs basé sur la transmission et le stockage électron-photonique de l'information. Le plus simple optoélectronique appareil est optoélectronique paire, ou optocoupleur. Principe de fonctionnement...

2. Application des optocoupleurs et dispositifs pour afficher des informations

   Résumé >> Communications et communications

   Définitions Les optocoupleurs sont appelés tels optoélectronique dispositifs, dans lequel se trouve une source et... 2. V. I. Ivanov, A. I. Aksenov, A. M. Yushin « Semiconductor optoélectronique dispositifs". / Annuaire. » - M. : Energoatomizdat, 2002 3. Baluev V.K. "Développement...

3. Signes de classification des semi-conducteurs dispositifs

   Résumé >> Physique

   Selon quels critères les dispositifs semi-conducteurs sont-ils classés ? dispositifs? Semi-conducteur dispositifs classé selon le mécanisme... fenêtre optiquement transparente. Semi-conducteur LED optoélectronique appareil, convertissant l'énergie du flux direct...

Les éléments des dispositifs optoélectroniques sont les dispositifs photoélectroniques évoqués ci-dessus, et la connexion entre les éléments n'est pas électrique, mais optique. Ainsi, dans les dispositifs optoélectroniques, le couplage galvanique entre les circuits d'entrée et de sortie est presque complètement éliminé, et la rétroaction entre l'entrée et la sortie est presque complètement éliminée. En combinant les éléments inclus dans les dispositifs optoélectroniques, il est possible d'obtenir une grande variété de leurs propriétés fonctionnelles. En figue. La figure 6.35 montre les conceptions de divers optocoupleurs.

Le dispositif optoélectronique le plus simple est un optocoupleur.

Optocoupleur est un dispositif qui combine une LED et un récepteur de photoradiation, par exemple une photodiode, dans un seul boîtier (Fig. 6.36).

Le signal amplifié d'entrée pénètre dans la LED et la fait briller, qui est transmise via le canal lumineux à la photodiode. La photodiode s'ouvre et le courant circule dans son circuit sous l'influence d'une source externe E. Une communication optique efficace entre les éléments de l'optocoupleur est réalisée à l'aide de fibres optiques - des guides de lumière réalisés sous la forme d'un faisceau de fins fils transparents, à travers lesquels le signal est transmis grâce à une réflexion interne totale avec des pertes minimales et une haute résolution. Au lieu d'une photodiode, l'optocoupleur peut contenir un phototransistor, un photothyristor ou une photorésistance.

En figue. 6.37 montre les symboles graphiques symboliques de tels dispositifs.

Un optocoupleur à diode est utilisé comme interrupteur et peut commuter un courant avec une fréquence de 10 6 ... 10 7 Hz et possède une résistance entre les circuits d'entrée et de sortie de 10 13 ... 10 15 Ohms.

Les optocoupleurs à transistor, en raison de la plus grande sensibilité du photodétecteur, sont plus économiques que ceux à diode. Cependant, leur vitesse est plus faible ; la fréquence de commutation maximale ne dépasse généralement pas 10,5 Hz. Tout comme les diodes, les optocoupleurs à transistors ont une faible résistance à l'état ouvert et une résistance élevée à l'état fermé et assurent une isolation galvanique complète des circuits d'entrée et de sortie.

L'utilisation d'un photothyristor comme photodétecteur vous permet d'augmenter l'impulsion de courant de sortie à 5 A ou plus. Dans ce cas, le temps d'activation est inférieur à 10 -5 s et le courant d'activation d'entrée ne dépasse pas 10 mA. De tels optocoupleurs vous permettent de contrôler des appareils à courant élevé à diverses fins.

Conclusions :

1. Le fonctionnement des dispositifs optoélectroniques est basé sur le principe de l'effet photoélectrique interne - la génération d'une paire de porteurs de charge « électron-trou » sous l'influence du rayonnement lumineux.

2. Les photodiodes ont une caractéristique lumineuse linéaire.

3. Les phototransistors ont une plus grande sensibilité intégrale que les photodiodes en raison de l'amplification du photocourant.

4. Les optocoupleurs sont des dispositifs optoélectroniques qui assurent une isolation électrique

circuits d'entrée et de sortie.

5. Les photomultiplicateurs permettent d'augmenter fortement le photocourant grâce à l'utilisation de l'émission d'électrons secondaires.

Questions de contrôle

1. Qu'est-ce que l'effet photoélectrique externe et interne ?

2. Quels sont les paramètres d’une photorésistance ?

3. Quels facteurs physiques affectent les caractéristiques lumineuses d'une photorésistance à des flux lumineux élevés ?

4. Quelles sont les différences dans les propriétés d'une photodiode et d'une photorésistance ?

5. Comment une cellule photoélectrique convertit-elle directement l’énergie lumineuse en énergie électrique ?

6. Quelles sont les différences dans le principe de fonctionnement et les propriétés d'une photodiode et d'un phototransistor bipolaire ?

7. Pourquoi un thyristor peut-il contrôler des puissances relativement supérieures à la dissipation de puissance admissible du photothyristor lui-même ?

8. Qu'est-ce qu'un optocoupleur ?

APPLICATION. CLASSIFICATION ET DÉSIGNATIONS DES DISPOSITIFS À SEMI-CONDUCTEURS

Pour unifier les désignations et standardiser les paramètres des dispositifs semi-conducteurs, un système de symboles est utilisé. Ce système classe les dispositifs semi-conducteurs en fonction de leur objectif, de leurs paramètres physiques et électriques de base, de leurs propriétés structurelles et technologiques et du type de matériaux semi-conducteurs. Le système de symboles pour les dispositifs semi-conducteurs nationaux est basé sur les normes nationales et industrielles. Le premier GOST pour le système de désignation des dispositifs à semi-conducteurs - GOST 10862-64 a été introduit en 1964. Ensuite, à mesure que de nouveaux groupes de classification d'appareils sont apparus, il a été remplacé par GOST 10862-72, puis par les normes industrielles OST 11.336.038-77 et OST 11.336.919-81. Avec cette modification, les éléments de base du code alphanumérique du système de symboles ont été conservés. Ce système de notation est logiquement structuré et peut être complété au fur et à mesure que la base des éléments se développe.

Les termes de base, les définitions et les désignations de lettres des paramètres principaux et de référence des dispositifs à semi-conducteurs sont donnés dans les GOST :

§ 25529-82 – Diodes semi-conductrices. Termes, définitions et désignations de lettres des paramètres.

§ 19095-73 – Transistors à effet de champ. Termes, définitions et désignations de lettres des paramètres.

§ 20003-74 – Transistors bipolaires. Termes, définitions et désignations de lettres des paramètres.

§ 20332-84 – Thyristors. Termes, définitions et désignations de lettres des paramètres.

 

Il pourrait être utile de lire :

• 1c ne démarre pas sous Windows 10;
• Paramètres de ligne de commande pour spécifier les paramètres de lancement Paramètres de lancement 1s 8;
• Université d'État des arts de l'imprimerie de Moscou;
• Touches de raccourci pour le navigateur Yandex et Google Chrome Ouvrir les paramètres dans le navigateur Yandex à partir du clavier;
• Télécharger des jeux pour Android 2;
• Comment configurer MMS sur Android Paramètres MMS automatiques sur MTS pour Android;
• Comment supprimer la mélodie de la tonalité sur MTS;
• Convertir un fichier VOB en AVI;