ფოტოელექტრონული და ოპტოელექტრონული მოწყობილობების აღნიშვნის სისტემა. მოსკოვის ბეჭდვითი ხელოვნების სახელმწიფო უნივერსიტეტი

გამოყენებული ოპტიკური გამოსხივების წყაროები ოპტოელექტრონიკა, ზოგადად რომ ვთქვათ, ძალიან მრავალფეროვანია. თუმცა, მათი უმეტესობა (ქვემინიატურული ინკანდესენტური და გაზის გამონადენი ნათურები, ფხვნილისა და ფირის ელექტროლუმინესცენტური ემიტერები, ვაკუუმ კათოდოლუმინესცენტური და მრავალი სხვა სახეობა) არ აკმაყოფილებს თანამედროვე მოთხოვნებს და გამოიყენება მხოლოდ გარკვეულ მოწყობილობებში, ძირითადად ინდიკატორ მოწყობილობებში და ნაწილობრივ ოპტოკუპლერებში.

კონკრეტული წყაროს პერსპექტივების შეფასებისას, განმსაზღვრელ როლს ასრულებს აქტიური მანათობელი ნივთიერების (ან სამუშაო მოცულობის შემავსებელი ნივთიერების) აგრეგაციის მდგომარეობა. ყველა შესაძლო ვარიანტიდან (ვაკუუმი, გაზი, თხევადი, მყარი), უპირატესობა ენიჭება მყარ მდგომარეობაში არსებულ ნივთიერებას, ხოლო "შიგნით" მონოკრისტალურ ნივთიერებას, რადგან ის უზრუნველყოფს მოწყობილობების უდიდეს გამძლეობას და საიმედოობას.

ოპტოელექტრონიკის საფუძველს ქმნის ემიტერების ორი ჯგუფი:

1) თანმიმდევრული გამოსხივების ოპტიკური გენერატორები (ლაზერები), რომელთა შორის უნდა გამოიყოს ნახევარგამტარული ლაზერები;

1) სინათლის გამოსხივების ნახევარგამტარული დიოდები, რომლებიც ეფუძნება სპონტანური ინექციის ელექტროლუმინესცენციის პრინციპს.

ოპტოელექტრონული ნახევარგამტარული მოწყობილობა არის ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელიცასხივებს ან გარდაქმნის ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, მგრძნობიარე ამ გამოსხივების მიმართ სპექტრის ხილულ, ინფრაწითელ და (ან) ულტრაიისფერ რაიონებში, ან ასეთი გამოსხივების გამოყენება მისი ელემენტების შიდა ურთიერთქმედებისთვის.

ოპტოელექტრონული ნახევარგამტარული მოწყობილობები შეიძლება დაიყოს ნახევარგამტარულ ემიტერებად, რადიაციის მიმღებებად, ოპტოკავშირებად და ოპტოელექტრონულ ინტეგრირებულ სქემებად (ნახ. 2.1).

ნახევარგამტარული ემიტერი არის ოპტოელექტრონული ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელიც გარდაქმნის ელექტრო ენერგიას ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ენერგიად სპექტრის ხილულ, ინფრაწითელ და ულტრაიისფერ რეგიონებში.

ბევრ ნახევარგამტარ ემიტერს შეუძლია მხოლოდ არათანმიმდევრული ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივება. ეს მოიცავს ნახევარგამტარულ ემიტერებს სპექტრის ხილულ რეგიონში - ნახევარგამტარული ინფორმაციის ჩვენების მოწყობილობები (შუქის გამოსხივების დიოდები, ნახევარგამტარული ნიშნის ინდიკატორები, სასწორები და ეკრანები), აგრეთვე ნახევარგამტარული ემიტერები სპექტრის ინფრაწითელ რეგიონში - ინფრაწითელი ემიტირებული დიოდები.

თანმიმდევრული ნახევარგამტარული ემიტერები- ეს არის ნახევარგამტარული ლაზერები სხვადასხვა ტიპის აგზნებით. მათ შეუძლიათ ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივება გარკვეული ამპლიტუდის, სიხშირის, ფაზის, გავრცელების მიმართულებით და პოლარიზაციის მქონე, რაც შეესაბამება თანმიმდევრულობის კონცეფციას.

ოპტოელექტრონიკა არის ელექტრონიკის ფილიალი, რომელიც ეძღვნება ინსტრუმენტებისა და მოწყობილობების შექმნის თეორიასა და პრაქტიკას, რომელიც ეფუძნება ელექტრული სიგნალების ოპტიკურ სიგნალებად გადაქცევას და პირიქით.

ოპტოელექტრონიკა იყენებს ტალღის სიგრძის დიაპაზონს 0,2 μm - 0,2 მმ. ოპტოელექტრონული მოწყობილობა არის გამოსხივების წყაროსა და მიმღების კომბინაცია. GaAs-ზე დაფუძნებული LED-ები გამოიყენება გამოსხივების წყაროდ, ხოლო Si-ზე დაფუძნებული ფოტოდიოდები და ფოტოტრანზისტორები გამოიყენება როგორც ფოტოდეტექტორები.

ოპტოელექტრონული მოწყობილობების (OED) გამორჩეული თვისება სხვებისგან არის ის, რომ ისინი ოპტიკურად დაკავშირებულია, მაგრამ ერთმანეთისგან ელექტრულად იზოლირებული. ეს აადვილებს მაღალი და დაბალი ძაბვის და მაღალი სიხშირის სქემებს შორის თანმიმდევრულობის უზრუნველყოფას.

ოპტოელექტრონიკა ვითარდება ორი დამოუკიდებელი მიმართულებით:

  1. Ოპტიკური;
  2. ელექტრო-ოპტიკური.

ოპტიკური მიმართულება ემყარება მყარი ნივთიერების ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებასთან ურთიერთქმედების ეფექტებს (ჰოლოგრაფია, ფოტოქიმია, ელექტროოპტიკა). ელექტროოპტიკური მიმართულება იყენებს ფოტოელექტრული გარდაქმნის პრინციპს შიდა ფოტოელექტრული ეფექტით, ერთის მხრივ, და ფოტოლუმინესცენციის, მეორე მხრივ (გალვანური და მაგნიტური კომუნიკაციის ჩანაცვლება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ხაზებით).

ოპტოელექტრონული პრინციპის საფუძველზე შეიძლება შეიქმნას ელექტრონული მოწყობილობებისა და სისტემების ვაკუუმური ანალოგები:

  • ელექტრული სიგნალების დისკრეტული და ანალოგური გადამყვანები (გამაძლიერებლები, გენერატორები, ძირითადი ელემენტები, მეხსიერების ელემენტები, ლოგიკური სქემები, დაყოვნების ხაზები და ა.შ.)
  • ოპტიკური სიგნალის გადამყვანები (შუქისა და გამოსახულების გამაძლიერებლები, ბრტყელი ეკრანები, რომლებიც გადასცემენ და ამრავლებენ სურათებს)
  • დაკვრის მოწყობილობები (ჩვენების ეკრანები, ციფრული დისპლეები, სურათის ლოგიკა და ა.შ.).

ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც განაპირობებს ოპტოელექტრონიკის განვითარებას, არის:

  • ულტრასუფთა მასალების შემუშავება,
  • ახალი თანამედროვე ინსტრუმენტებისა და მოწყობილობების სრულყოფილი ტექნოლოგიის შემუშავება,
  • მაღალკვალიფიციური კადრების მომზადება.

აქტიური და პასიური ოპტოელექტრონული ელემენტების დასამზადებლად ფართოდ გამოიყენება შემდეგი:

  • ნახევარგამტარული მასალები, იშვიათი მიწები და მათი შენადნობები,
  • დიელექტრიკული კავშირები,
  • ფილმის მასალები,
  • ფოტორეზისტები,
  • დიფუზანტები.

ამჟამად ოპტოელექტრონიკაში გამოყენებული მასალების სპექტრი საკმაოდ ფართოა. მათ შორისაა მაღალი სისუფთავის ნივთიერებები, სუფთა ლითონები და შენადნობები სპეციალური ელექტროფიზიკური თვისებებით, დიფუზანტები, სხვადასხვა ნახევარგამტარული ნაერთები ფხვნილებისა და ერთკრისტალების სახით, სილიციუმის ერთკრისტალური ვაფლები, დარიშხანი და გალიუმის ფოსფიდი, ინდიუმის ფოსფიდი, საფირონი, გარნიტი, სხვადასხვა. დამხმარე მასალები - დამუშავების აირები, ფოტორეზისტები, აბრაზიული ფხვნილები და ა.შ.

ოპტოელექტრონიკისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი მასალებია ისეთი ნივთიერებები, როგორიცაა: GaAs, BaF 2, CdTe (სუბსტრატების წარმოებისთვის), GaAlAs / GaAs / GaAlAs სტრუქტურები (ელექტროოპტიკური მოდულატორები), SiO 2 (საიზოლაციო მასალა), Si, CdHgTe, PbSnSe. (ფოტოდიოდები, ფოტოტრანზისტორები). ზოგიერთი IC იყენებს Ni, Cr და Ag. ოპტოელექტრონული ინტეგრირებული სქემების წარმოების ტექნოლოგია (OEIMC) მუდმივად იხვეწება ახალი ფიზიკური და ტექნოლოგიური პროცესების განვითარების საფუძველზე.

OEP-ებს აქვთ შემდეგი უპირატესობები:

  • სინათლის სხივების სივრცითი მოდულაციის შესაძლებლობა და მათი მნიშვნელოვანი გადაკვეთა არხებს შორის გალვანური კავშირების არარსებობის შემთხვევაში;
  • სინათლის სხივების უფრო დიდი ფუნქციონალური დატვირთვა მათი მრავალი პარამეტრის (ამპლიტუდა, მიმართულება, სიხშირე, ფაზა, პოლარიზაცია) შეცვლის შესაძლებლობის გამო.

ოპტოელექტრონული მოწყობილობები არის მოწყობილობები, რომელთა მუშაობის პრინციპი ემყარება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გამოყენებას ოპტიკურ დიაპაზონში.

ოპტოელექტრონული მოწყობილობების ძირითადი ჯგუფები მოიცავს შემდეგს:

  • სინათლის დიოდები და ლაზერები;
  • ფოტოელექტრული გამოსხივების დეტექტორები - ფოტორეზისტორები და ფოტოდეტექტორები p-n შეერთებით;
  • მოწყობილობები, რომლებიც აკონტროლებენ რადიაციას - მოდულატორები, დეფლექტორები და ა.შ. ინფორმაციის ჩვენების მოწყობილობები - ინდიკატორები;
  • მოწყობილობები ელექტრო იზოლაციისთვის - ოპტოკუპლერები;
  • ოპტიკური საკომუნიკაციო არხები და ოპტიკური შენახვის მოწყობილობები.

მოწყობილობების ზემოაღნიშნული ჯგუფები წარმოქმნის, გარდაქმნის, გადასცემს და ინახავს ინფორმაციას. ოპტოელექტრონიკაში ინფორმაციის მატარებლები არიან ელექტრული ნეიტრალური ნაწილაკები - ფოტონები, რომლებიც არ არიან მგრძნობიარე ელექტრული და ელექტრომაგნიტური ველების ზემოქმედების მიმართ, არ ურთიერთობენ ერთმანეთთან და ქმნიან ცალმხრივი სიგნალის გადაცემას, რაც უზრუნველყოფს ხმაურის მაღალ იმუნიტეტს და შეყვანისა და გამომავალი სქემების გალვანურ იზოლაციას. ოპტოელექტრონული მოწყობილობები იღებენ, გარდაქმნიან და გამოიმუშავებენ რადიაციას სპექტრის ხილულ, ინფრაწითელ და ულტრაიისფერ რეგიონებში.

ოპტოელექტრონული მოწყობილობების მუშაობის პრინციპი ემყარება გარე ან შიდა ფოტოელექტრული ეფექტის გამოყენებას.

გარე ფოტოელექტრული ეფექტი არის თავისუფალი ელექტრონების გათავისუფლება ფოტოკათოდის ზედაპირის ფენიდან გარე გარემოში სინათლის გავლენის ქვეშ.

შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი არის ელექტრონების თავისუფალი მოძრაობა ნივთიერების შიგნით, რომელიც განთავისუფლდება ბმებისგან სინათლის გავლენის ქვეშ და იცვლება მისი ელექტრული გამტარობა ან თუნდაც იწვევს ემფ-ის გამოჩენას ორი ნივთიერების საზღვარზე (p-n შეერთება).

OEP ფართოდ გამოიყენება ავტომატური კონტროლისა და საზომი სისტემებში, კომპიუტერულ ტექნოლოგიაში, ფოტოტელეგრაფიაში, ხმის რეპროდუცირების მოწყობილობებში, კინემატოგრაფიაში, სპექტროფოტომეტრიაში, სინათლის ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევაში და ავტომატიზაციაში ელექტრული სქემების გადასაჭრელად.

ოპტოკუპლერი

ოპტოკუპლერი არის ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელშიც გამოსხივების წყარო და მიმღები სტრუქტურულად არის შერწყმული, დაკავშირებული ოპტიკური კომუნიკაციით. გამოსხივების წყაროში ელექტრული სიგნალები გარდაიქმნება სინათლის სიგნალებად, რომლებიც მოქმედებენ ფოტოდეტექტორზე და კვლავ ქმნიან მასში ელექტრულ სიგნალებს. თუ ოპტოკუპლერს აქვს მხოლოდ ერთი ემიტერი და ერთი გამოსხივების მიმღები, მაშინ მას ეწოდება ოპტოკუპლერი ან ელემენტარული ოპტოკუპლერი.

მიკროსქემას, რომელიც შედგება ერთი ან მეტი ოპტოკუპლერისგან, დამატებითი მოწყობილობებით სიგნალის შესატყვისი და გამაძლიერებელი, ეწოდება ოპტოელექტრონული ინტეგრირებული წრე. ელექტრული სიგნალები ყოველთვის გამოიყენება ოპტოკუპლერის შეყვანასა და გამომავალში, ხოლო შეყვანასა და გამომავალს შორის კავშირი ხდება მსუბუქი სიგნალის გამო.

ფოტორეზისტორი

ფოტორეზისტორები არის ნახევარგამტარული რეზისტორები, რომლებიც ცვლის მათ წინააღმდეგობას სინათლის გავლენის ქვეშ. სპექტრული მგრძნობელობის მიხედვით, ფოტორეზისტორები იყოფა ორ ჯგუფად: სპექტრის ხილული ნაწილისთვის და სპექტრის ინფრაწითელი ნაწილისთვის. ფოტორეზისტორების წარმოებისთვის გამოიყენება ნაერთები CDდა Pb. მგრძნობიარე ელემენტები მზადდება ამ ნაერთების ერთკრისტალებისგან ან პოლიკრისტალებისგან.

ადრეული გამოშვების ფოტორეზისტორების აღნიშვნა:

  • 1 ელემენტი - ასოები, რომლებიც მიუთითებს მოწყობილობის ტიპზე (FS - ფოტორეზისტენტობა),
  • 2 ელემენტი - ასო, რომელიც მიუთითებს ფოტომგრძნობიარე ელემენტის მასალაზე (A - ტყვიის სულფიდი, K - კადმიუმის სულფიდი, D - კადმიუმის სელენი),
  • ელემენტი 3 არის რიცხვი, რომელიც მიუთითებს დიზაინის ტიპზე.
  • ასო B ნომრის წინ არის დალუქული ვერსია,
  • P - ფოტომგრძნობიარე ელემენტის ფირის მასალა,
  • M - ფოტომგრძნობიარე ელემენტის მონოკრისტალური მასალა.
  • ასო T - ტროპიკული ვერსია, განკუთვნილი მაღალი ტემპერატურისა და ტენიანობის პირობებში გამოსაყენებლად.
ფოტორეზისტორის სტრუქტურისა და შეერთების დიაგრამა

თანამედროვე ფოტორეზისტორების აღნიშვნა:

  • 1 ელემენტი - ასოები, რომლებიც მიუთითებს მოწყობილობის ტიპზე (SF - ფოტომგრძნობიარე წინააღმდეგობა),
  • 2 ელემენტი - რიცხვი, რომელიც ნიშნავს ფოტომგრძნობიარე ელემენტის მასალას (2 - კადმიუმის სულფიდი, 3 - კადმიუმის სელენიდი, 4 - ტყვიის სელენიდი),
  • მე-3 ელემენტი არის ნომერი, რომელიც მიუთითებს განვითარების სერიულ ნომერზე.

ფოტორეზისტორებს აქვთ მაღალი პარამეტრის სტაბილურობა. ფოტოდინების ცვლილება მისი მდგომარეობის საკმაოდ ზუსტი მახასიათებელია. ხანგრძლივი მუშაობის დროს შეინიშნება ფოტოდინების სტაბილიზაცია, ხოლო მისი ღირებულება შეიძლება შეიცვალოს 20 - 30% -ით. ფოტორეზისტორები მგრძნობიარეა ტემპერატურის სწრაფი ცვლილებების მიმართ. ფოტორეზისტორები უნდა ინახებოდეს 5 - 35 o C ტემპერატურაზე და ტენიანობა არაუმეტეს 80%.

ფოტორეზისტორების ძირითადი პარამეტრები მოიცავს:

  1. მუქი დენი ( მეთ) არის დენი, რომელიც გადის ფოტორეზისტორში სამუშაო ძაბვით 30 წმ 200 ლუქსის განათების მოხსნის შემდეგ.
  2. მანათობელი დენი ( მეგ) არის დენი, რომელიც გადის ფოტორეზისტორში მოქმედი ძაბვით და განათებით 200 ლუქსი სინათლის წყაროდან, ფერის ტემპერატურით 2850 K.
  3. ფოტო დენის ტემპერატურული კოეფიციენტი ( TKმევ) - ფოტო დენის ცვლილება, როდესაც ფოტორეზისტორის ტემპერატურა იცვლება 1 o C-ით.
  4. სამუშაო ძაბვა ( უვ) - ძაბვა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფოტორეზისტორზე გრძელვადიანი მუშაობის დროს მისი პარამეტრების შეცვლის გარეშე დასაშვებ საზღვრებს მიღმა.
  5. ბნელი წინააღმდეგობა ( რთ) - ფოტორეზისტორის წინააღმდეგობა 20 o C 30 წმ ტემპერატურაზე 200 ლუქსის განათების მოხსნის შემდეგ.
  6. სპეციფიკური მგრძნობელობა ( K 0) არის ფოტოდენის შეფარდება მასზე მოხვედრილი სინათლის ნაკადის სიდიდეებისა და გამოყენებული ძაბვის ნამრავლთან: K 0 =მევ / (ფუვ) , სად ფ- მანათობელი ნაკადი, lm.
  7. დროის მუდმივი ( ტ) არის დრო, რომლის დროსაც ფოტოდინება იცვლება ნორმალიზებული მნიშვნელობით განათებისას.
  8. დენის გაფრქვევა ( R რასის.) - მაქსიმალური დასაშვები სიმძლავრე, რომელიც ფოტორეზისტორს შეუძლია გაფანტოს უწყვეტი ელექტრული დატვირთვისა და გარემოს ტემპერატურის პირობებში, ტექნიკური მახასიათებლებით დადგენილ ნორმის მიღმა პარამეტრების შეცვლის გარეშე.
  9. Იზოლაციის წინააღმდეგობა ( რდა).
  10. გრძელი ტალღის საზღვარი ( ლ).

ფოტორეზისტორების ძირითადი მახასიათებლები არიან:

  1. ვოლტ-ამპერი ( მე= ვ(უ)) - სინათლის, სიბნელის ან ფოტოდენის დამოკიდებულება (თან F =კონსტ) გამოყენებული ძაბვისგან.
  2. მსუბუქი ან lux-amp (მე= ვ(E))- ფოტოდინების დამოკიდებულება მანათობელ ნაკადზე, ინციდენტზე ან განათებაზე (at უ= კონსტ).
  3. სპექტრული (მე= ვ(ლ)) - ფოტოდინების დამოკიდებულება სინათლის ნაკადის ტალღის სიგრძეზე (at უ= კონსტ).
  4. სიხშირე (I Ф = f (F Ф)) - ფოტოდინების დამოკიდებულება სინათლის ნაკადის მოდულაციის სიხშირეზე (U = const-ზე).

მაღალი ინტეგრალური მგრძნობელობა საშუალებას იძლევა გამოიყენოთ რეზისტორები გამაძლიერებლების გარეშეც, ხოლო მათი მცირე ზომები მათი ფართო გამოყენების მიზეზია.

ფოტოდიოდი

ფოტოდიოდები — ეს არის ნახევარგამტარული დიოდები, რომლებიც იყენებენ შიდა ფოტოელექტრო ეფექტს. მანათობელი ნაკადი აკონტროლებს ფოტოდიოდების საპირისპირო დენს. ელექტრონულ ხვრელის შეერთებაზე სინათლის ზემოქმედებით წარმოიქმნება მუხტის მატარებლების წყვილი, იზრდება დიოდის გამტარობა და იზრდება საპირისპირო დენი. მუშაობის ამ რეჟიმს ეწოდება ფოტოდიოდის რეჟიმი. მეორე ტიპის რეჟიმი არის ფოტოგენერატორი. ფოტოგენერატორის რეჟიმისგან განსხვავებით, ფოტოდიოდის რეჟიმი მოითხოვს ენერგიის გარე წყაროს გამოყენებას.

ფოტოდიოდის შეერთების წრე ფოტოდიოდის რეჟიმში მუშაობისთვის

ფოტოდიოდების ძირითადი პარამეტრები:

  • ინტეგრალური მგრძნობელობა (~ 10 mA / lm): სამუშაო ძაბვა (10 - 30 V);
  • მუქი დენი (~ 2 - 20 μA).

ფოტოდიოდების ძირითადი მახასიათებლები:

  • ვოლტ-ამპერი (I = f (U)) - სინათლის, ბნელის ან ფოტოდენის დამოკიდებულება (F = const) დაყენებულ ძაბვაზე;
  • ენერგია ( მეფ = ვ(F))- ფოტოდინების დამოკიდებულება მანათობელ ნაკადზე (at უ= კონსტ) - წრფივი, ცოტაა დამოკიდებული ძაბვაზე.

ფოტოდიოდის დენის ძაბვის მახასიათებლები ფოტოდიოდის რეჟიმისთვის

ზვავის ფოტოდიოდებში მატარებლების ზვავის გამრავლება ხდება pn შეერთებისას და ამის გამო მგრძნობელობა ათჯერ იზრდება. ფოტოდიოდებს Schottky ბარიერით აქვთ მაღალი შესრულება. ფოტოდიოდები ჰეტეროკავშირებით მუშაობენ როგორც emf გენერატორები. გერმანიუმის ფოტოდიოდები გამოიყენება ინფრაწითელი გამოსხივების ინდიკატორებად; სილიციუმი - სინათლის ენერგიის ელექტროენერგიად გადაქცევისთვის (სელენის სხვადასხვა აღჭურვილობის ავტონომიური ელექტრომომარაგებისთვის - ფოტო ექსპოზიციის მრიცხველების წარმოებისთვის და განათების ტექნიკური გაზომვები, რადგან მათი სპექტრული მახასიათებლები ახლოსაა ადამიანის სპექტრულ მახასიათებლებთან); თვალი.

ფოტოტრანზისტორი

ფოტოტრანზისტორები არის ნახევარგამტარული მოწყობილობები ორი p-n შეერთებით, რომლებიც შექმნილია სინათლის ნაკადის ელექტრო დენად გადაქცევისთვის. ფოტოტრანზისტორი სტრუქტურულად განსხვავდება ჩვეულებრივი ბიპოლარული ტრანზისტორისგან იმით, რომ მის სხეულს აქვს გამჭვირვალე ფანჯარა, რომლის მეშვეობითაც სინათლე შეიძლება შევიდეს ბაზის ზონაში.

მიწოდების ძაბვა მიეწოდება ემიტერსა და კოლექტორს, მისი კოლექტორის შეერთება დახურულია, ხოლო ემიტერის შეერთება ღიაა. ბაზა თავისუფალი რჩება. როდესაც ფოტოტრანზისტორი განათებულია, მის ბაზაზე წარმოიქმნება ელექტრონები და ხვრელები. კოლექტორის შეერთებაში არის ელექტრონ-ხვრეული გადასვლების განაწილება, რომლებიც დიფუზიის შედეგად მიაღწიეს გარდამავალ საზღვარს. ხვრელები (მინორიტარული მუხტის მატარებლები ნახევარგამტარში) გადადის გარდამავალი ველით კოლექტორში, ზრდის მის დენს, ხოლო ელექტრონები (უმრავლესობის მუხტის მატარებლები) რჩება ბაზაში, რაც ამცირებს მის პოტენციალს. ბაზის პოტენციალის შემცირება იწვევს დამატებითი წინა ძაბვის წარმოქმნას ემიტერის შეერთებაზე და ხვრელების ინექციის გაზრდას ემიტერიდან ბაზაში. ბაზაში შეყვანილი ხვრელები, რომლებიც აღწევს კოლექტორის შეერთებას, იწვევს კოლექტორის დენის დამატებით ზრდას.


ბიპოლარული ფოტოტრანზისტორის ბლოკ-სქემა თავისუფალი ფუძით (a) და ფოტოტრანზისტორის შეერთების წრედ (b)

განათებული ფოტოტრანზისტორის კოლექტორის დენი საკმაოდ დიდი გამოდის; სინათლის დენის შეფარდება ბნელ დენთან რამდენიმე ასეულს აღწევს.

ფოტოტრანზისტორების ჩართვის ორი ვარიანტი არსებობს:

  • დიოდი- მხოლოდ ორი პინის გამოყენებით (ემიტერი და კოლექტორი)
  • ტრანზისტორი- სამი ტერმინალის გამოყენებით, როდესაც შეყვანას მიეწოდება არა მხოლოდ შუქი, არამედ ელექტრო სიგნალიც.

ოპტოელექტრონიკაში, ავტომატიზაციასა და ტელემექანიკაში, ფოტოტრანზისტორები გამოიყენება იმავე მიზნებისთვის, როგორც ფოტოდიოდები, მაგრამ ისინი ჩამორჩებიან მათ მგრძნობელობის ზღურბლით და ტემპერატურის დიაპაზონით. ფოტოტრანზისტორების მგრძნობელობა იზრდება მათი განათების ინტენსივობით.

ფოტოთირისტორი

ფოტოთირისტორი არის ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელსაც აქვს ოთხი ფენა p-n-p-n სტრუქტურით, რომელიც აერთიანებს ტირისტორისა და ფოტოდეტექტორის თვისებებს და გარდაქმნის სინათლეს ელექტროდ.

სინათლის სიგნალისა და კონტროლის დენის არარსებობის შემთხვევაში, ფოტოთირისტორი დახურულია და მასში მხოლოდ მუქი დენი გადის. ფოტოთირისტორი იხსნება სინათლის ნაკადით, რომელიც შედის p 2 და n 1 ფუძეებში მის სხეულში არსებული „ფანჯრის“ მეშვეობით და ქმნის ელექტრონულ ხვრელ წყვილებს. ეს იწვევს პირველადი ფოტოდინების გაჩენას და მთლიანი ფოტოდინების წარმოქმნას. აქედან გამომდინარეობს, რომ როდესაც სინათლის ნაკადი მოდის p 2 და n 1 ფუძეებზე, ემიტერის დენი იზრდება, დენის გადაცემის კოეფიციენტი α ემიტერიდან კოლექტორამდე არის განათების ფუნქცია, რომელიც ცვლის p-n დენს. ფოტოთირისტორის წინააღმდეგობა მერყეობს 0.1 Ohm-დან (ღია მდგომარეობაში) 10 8 Ohm-მდე (დახურულ მდგომარეობაში), ხოლო გადართვის დროა 10 -5 - 10 -6 წმ.


ფოტოთირისტორის სტრუქტურა

სინათლის მახასიათებლებიდან მედა ა.შ. = ფ(F)ზე უდა ა.შ. = კონსტჩანს, რომ როდესაც ფოტოთირისტორი ჩართულია, მასში დენი იზრდება მედა ა.შ.= E pr /რდატვირთვადა აღარ იცვლება, ანუ ფოტოთირისტორს აქვს ორი სტაბილური მდგომარეობა და შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მეხსიერების ელემენტი. დენის ძაბვის მახასიათებლის მიხედვით მედა ა.შ. = ფ(უდა ა.შ.) ზე F =კონსტ(F 2 > F1 > Fo)ჩანს, რომ როგორც მანათობელი ნაკადი იზრდება, ძაბვა და დროულად მცირდება.


ფოტოთირისტორის მახასიათებლები: a - სინათლე, b - დენი-ძაბვის მახასიათებელი, c - გადართვის დროის დამოკიდებულება მანათობელ ნაკადზე.

ფოტოთირისტორების უპირატესობებია:

  • მაღალი დატვირთვის სიმძლავრე დაბალი კონტროლის სიგნალის სიმძლავრით;
  • საჭირო წყაროს სიგნალის მიღების შესაძლებლობა დამატებითი გამაძლიერებელი ეტაპების გარეშე;
  • მეხსიერების არსებობა, ანუ ღია მდგომარეობის შენარჩუნება საკონტროლო სიგნალის ამოღების შემდეგ;
  • უფრო დიდი მგრძნობელობა;
  • მაღალი დონის შესრულება.

ფოტოთირისტორების ზემოაღნიშნული თვისებები შესაძლებელს ხდის სქემების გამარტივებას გამაძლიერებლების და სარელეო ელემენტების აღმოფხვრის გზით, რაც ძალიან მნიშვნელოვანია სამრეწველო ელექტრონიკაში, მაგალითად, მაღალი ძაბვის გადამყვანებში. ყველაზე ხშირად, ფოტოთირისტორები გამოიყენება მძლავრი ელექტრული სიგნალების სინათლის სიგნალით გადასართავად.

ამრიგად, მიუხედავად იმისა, რომ ოპტოელექტრონიკა იყო რადიო ელექტრონიკის ერთ-ერთი პირველი მიმართულება, მან შეინარჩუნა თავისი მნიშვნელობა დღემდე, განსხვავებით მრავალი ტექნოლოგიისგან, რომლებიც დავიწყებაშია ჩაძირული.

ოპტოელექტრონული მოწყობილობები არის მოწყობილობები, რომლებიც მგრძნობიარეა ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მიმართ ხილულ, ინფრაწითელ და ულტრაიისფერ რეგიონებში, ისევე როგორც მოწყობილობები, რომლებიც წარმოქმნიან ან იყენებენ ასეთ გამოსხივებას.

რადიაცია ხილულ, ინფრაწითელ და ულტრაიისფერ რეგიონებში კლასიფიცირდება, როგორც სპექტრის ოპტიკური დიაპაზონი. როგორც წესი, ეს დიაპაზონი მოიცავს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს 1 სიგრძით ნმ 1-მდე მმ, რომელიც შეესაბამება სიხშირეებს დაახლოებით 0,5 10 12-დან ჰც 5·10 17-მდე ჰც. ზოგჯერ ისინი საუბრობენ უფრო ვიწრო სიხშირის დიაპაზონზე - 10-დან ნმ 0.1-მდე მმ(~5·10 12 …5·10 16 ჰც). ხილული დიაპაზონი შეესაბამება ტალღის სიგრძეებს 0,38 μm-დან 0,78 μm-მდე (სიხშირე დაახლოებით 10 15 ჰც).

პრაქტიკაში ფართოდ გამოიყენება გამოსხივების წყაროები (ემიტერები), რადიაციული მიმღებები (ფოტოდეტექტორები) და ოპტოკუპლერები (ოპტოკუპლერები).

ოპტოკუპლერი არის მოწყობილობა, რომელშიც არის გამოსხივების წყარო და მიმღები, სტრუქტურულად შერწყმული და მოთავსებული ერთ კორპუსში.

LED-ები და ლაზერები ფართოდ გამოიყენება გამოსხივების წყაროდ, ხოლო ფოტორეზისტორები, ფოტოდიოდები, ფოტოტრანზისტორები და ფოტოთირისტორები, როგორც მიმღებები.

ფართოდ გამოიყენება ოპტოკუპლერები, რომლებშიც გამოიყენება LED-ფოტოდიოდი, LED-ფოტოტრანზისტორი, LED-ფოტოთირისტორის წყვილი.

ოპტოელექტრონული მოწყობილობების ძირითადი უპირატესობები:

· ოპტიკური ინფორმაციის გადაცემის არხების მაღალი საინფორმაციო სიმძლავრე, რაც გამოწვეულია გამოყენებული მაღალი სიხშირეებით;

· გამოსხივების წყაროსა და მიმღების სრული გალვანური იზოლაცია;

· არ აქვს რადიაციის მიმღების გავლენა წყაროზე (ცალმხრივი ინფორმაციის ნაკადი);

· ოპტიკური სიგნალების იმუნიტეტი ელექტრომაგნიტური ველების მიმართ (მაღალი ხმაურის იმუნიტეტი).

გამოსხივების დიოდი (LED)

ასხივებენ დიოდს, რომელიც ფუნქციონირებს ხილული ტალღის სიგრძის დიაპაზონში, ხშირად შუქის გამომცემ დიოდს ან LED-ს უწოდებენ.

მოდით განვიხილოთ დიოდების მოწყობილობა, მახასიათებლები, პარამეტრები და აღნიშვნის სისტემა.

მოწყობილობა. გამოსხივების დიოდის სტრუქტურის სქემატური წარმოდგენა ნაჩვენებია ნახ. 6.1,a და მისი სიმბოლური გრაფიკული აღნიშვნა მოცემულია ნახ. 6.2, ბ.

რადიაცია ხდება მაშინ, როდესაც დიოდური პირდაპირი დენი მიედინება რეგიონში ელექტრონებისა და ხვრელების რეკომბინაციის შედეგად. პ-ნ-გარდამავალი და მითითებული ტერიტორიის მიმდებარე ტერიტორიებზე. რეკომბინაციის დროს გამოიყოფა ფოტონები.

მახასიათებლები და პარამეტრები. ხილულ დიაპაზონში მოქმედი დიოდების გამოსხივებისთვის (ტალღის სიგრძე 0,38-დან 0,78-მდე მმ, სიხშირე დაახლოებით 10 15 ჰც), ფართოდ გამოიყენება შემდეგი მახასიათებლები:

· რადიაციული სიკაშკაშის დამოკიდებულება ლდიოდური დენისგან მე(სიკაშკაშის მახასიათებელი);

სინათლის ინტენსივობის დამოკიდებულება ივდიოდური დენისგან მე.

ბრინჯი. 6.1. სინათლის დიოდური სტრუქტურა ( ა)

და მისი გრაფიკული გამოსახულება ( ბ)

სიკაშკაშის მახასიათებელი AL102A ტიპის სინათლის დიოდისთვის ნაჩვენებია ნახ. 6.2. ამ დიოდის ბზინვარების ფერი წითელია.

ბრინჯი. 6.2. LED სიკაშკაშის მახასიათებელი

შუქის ინტენსივობის დამოკიდებულების გრაფიკი დენზე AL316A ტიპის სინათლის გამოსხივების დიოდისთვის ნაჩვენებია ნახ. 6.3. ბზინვის ფერი წითელია.

ბრინჯი. 6.3. სინათლის ინტენსივობის დამოკიდებულება LED დენზე

ხილული დიაპაზონის გარეთ მოქმედი დიოდების გამოსხივებისთვის გამოიყენება მახასიათებლები, რომლებიც ასახავს რადიაციის სიმძლავრის დამოკიდებულებას რდიოდური დენიდან მე. რადიაციული სიმძლავრის დენზე დამოკიდებულების გრაფიკის შესაძლო პოზიციების ზონა AL119A ტიპის ემიტირებული დიოდისთვის, რომელიც მუშაობს ინფრაწითელ დიაპაზონში (ტალღის სიგრძე 0,93...0,96 მმ), ნაჩვენებია ნახ. 6.4.

აქ არის რამდენიმე პარამეტრი AL119A დიოდისთვის:

· რადიაციული პულსის აწევის დრო - არაუმეტეს 1000 ns;

რადიაციული პულსის დაშლის დრო - არაუმეტეს 1500 ns;

მუდმივი წინა ძაბვა at მე=300 mA- არაუმეტეს 3 IN;

· მუდმივი მაქსიმალური დასაშვები წინა დენი ზე ტ<+85°C – 200 mA;

· გარემოს ტემპერატურა –60…+85°С.

ბრინჯი. 6.4. რადიაციის სიმძლავრის დამოკიდებულება LED დენზე

ეფექტურობის ფაქტორის შესაძლო მნიშვნელობების შესახებ ინფორმაციისთვის აღვნიშნავთ, რომ ასხივებენ ZL115A, AL115A ტიპის დიოდებს, რომლებიც მუშაობენ ინფრაწითელ დიაპაზონში (ტალღის სიგრძე 0,95 მმ, სპექტრის სიგანე არაუმეტეს 0,05 მმ), აქვს ეფექტურობის კოეფიციენტი მინიმუმ 10%.

ნოტაციის სისტემა. განათების დიოდებისთვის გამოყენებული აღნიშვნის სისტემა მოიცავს ორი ან სამი ასოს და სამი რიცხვის გამოყენებას, მაგალითად AL316 ან AL331. პირველი ასო მიუთითებს მასალაზე, მეორე (ან მეორე და მესამე) მიუთითებს დიზაინზე: L - ერთი LED, LS - სტრიქონი ან LED-ების მატრიცა. შემდგომი რიცხვები (და ზოგჯერ ასოები) მიუთითებს განვითარების ნომერზე.

ფოტორეზისტორი

ფოტორეზისტორი არის ნახევარგამტარული რეზისტორი, რომლის წინააღმდეგობა მგრძნობიარეა ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მიმართ სპექტრის ოპტიკურ დიაპაზონში. ფოტორეზისტორის სტრუქტურის სქემატური გამოსახულება ნაჩვენებია ნახ. 6.5, ადა მისი ჩვეულებრივი გრაფიკული გამოსახულება არის ნახ. 6.5, ბ.

ნახევარგამტარზე მომხდარი ფოტონების ნაკადი იწვევს წყვილების გამოჩენას. ელექტრონული ხვრელი, გამტარობის გაზრდა (წინააღმდეგობის შემცირება). ამ ფენომენს ეწოდება შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი (ფოტოგამტარობის ეფექტი). ფოტორეზისტორებს ხშირად ახასიათებთ დენის დამოკიდებულება მეგანათებისგან ერეზისტორზე მოცემულ ძაბვაზე. ეს არის ე.წ lux-ampდამახასიათებელი (ნახ. 6.6).

ბრინჯი. 6.5. სტრუქტურა ( ა) და სქემატური აღნიშვნა ( ბ) ფოტორეზისტორი

ბრინჯი. 6.6. ფოტორეზისტორი FSK-G7-ისთვის დამახასიათებელი ლუქს-ამპერი

ხშირად გამოიყენება ფოტორეზისტორის შემდეგი პარამეტრები:

· ნომინალური მუქი (შუქის ნაკადის არარსებობის შემთხვევაში) წინააღმდეგობა (FSK-G7-ისთვის ეს წინააღმდეგობა არის 5 MOhm);

· ინტეგრალური მგრძნობელობა (მგრძნობელობა განისაზღვრება, როდესაც ფოტორეზისტორი განათებულია რთული სპექტრული კომპოზიციის შუქით).

ინტეგრალური მგრძნობელობა (მიმდინარე მგრძნობელობა სინათლის ნაკადის მიმართ) S განისაზღვრება გამოხატულებით:

სად მე ვ– ეგრეთ წოდებული ფოტოდენი (განსხვავება დენს შორის განათების დროს და დენს შორის, როცა განათება არ არის);

ფ- სინათლის ნაკადი.

ფოტორეზისტორი FSK-G7-ისთვის ს=0,7 ა/ლმ.

ფოტოდიოდი

სტრუქტურა და ძირითადი ფიზიკური პროცესები. ფოტოდიოდის გამარტივებული სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახ. 6.7, ადა მისი ჩვეულებრივი გრაფიკული გამოსახულება არის ნახ. 6.7, ბ.

ბრინჯი. 6.7. ფოტოდიოდის სტრუქტურა (ა) და აღნიშვნა (ბ).

ფოტოდიოდებში მიმდინარე ფიზიკური პროცესები ბუნებით საპირისპიროა LED-ებში მიმდინარე პროცესებთან მიმართებაში. მთავარი ფიზიკური ფენომენი ფოტოდიოდში არის წყვილების წარმოქმნა ელექტრონული ხვრელიტერიტორიაზე პ-ნ-ტრანზიცია და მის მიმდებარე უბნებში რადიაციის გავლენის ქვეშ.

წყვილის თაობა ელექტრონული ხვრელიიწვევს დიოდის საპირისპირო დენის ზრდას საპირისპირო ძაბვის არსებობისას და ძაბვის გაჩენას u akანოდსა და კათოდს შორის ღია სქემით. მეტიც u ak>0 (ხვრელები მიდიან ანოდში, ხოლო ელექტრონები კათოდში მიდიან ელექტრული ველის გავლენით პ-ნ-გარდამავალი).

მახასიათებლები და პარამეტრები. მოსახერხებელია ფოტოდიოდების დახასიათება დენის ძაბვის მახასიათებლების ოჯახის მიხედვით, რომელიც შეესაბამება სხვადასხვა სინათლის ნაკადს (ნათური ნაკადი იზომება ლუმენებში, მე ვარ) ან განსხვავებული განათება (განათება იზომება ლუქსში, კარგი).

ფოტოდიოდის დენის ძაბვის მახასიათებლები (ვოლტ-ამპერული მახასიათებლები) ნაჩვენებია ნახ. 6.8.

ბრინჯი. 6.8. ფოტოდიოდის დენის ძაბვის მახასიათებლები

დაე, მანათობელი ნაკადი თავიდან იყოს ნული, შემდეგ ფოტოდიოდის დენის ძაბვის მახასიათებელი რეალურად იმეორებს ჩვეულებრივი დიოდის დენის ძაბვის მახასიათებელს. თუ მანათობელი ნაკადი არ არის ნულოვანი, მაშინ ფოტონები შედიან რეგიონში p-n–გარდამავალი, იწვევს წყვილების წარმოქმნას ელექტრონული ხვრელი. ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ p-n–გარდამავალი, დენის მატარებლები გადადიან ელექტროდებზე (ხვრელები - ფენის ელექტროდზე გვ, ელექტრონები – ფენის ელექტროდამდე ნ). შედეგად, ელექტროდებს შორის ჩნდება ძაბვა, რომელიც იზრდება მანათობელი ნაკადის მატებასთან ერთად. დადებითი ანოდ-კათოდური ძაბვის შემთხვევაში, დიოდური დენი შეიძლება იყოს უარყოფითი (მახასიათებლის მეოთხე კვადრატი). ამ შემთხვევაში, მოწყობილობა არ მოიხმარს, მაგრამ გამოიმუშავებს ენერგიას.

პრაქტიკაში, ფოტოდიოდები გამოიყენება როგორც ე.წ. ფოტოგენერატორის რეჟიმში (ფოტოელექტრული რეჟიმი, სარქვლის რეჟიმი), ასევე ე.წ. ფოტოკონვერტორის რეჟიმში (ფოტოდიოდის რეჟიმი).

ფოტოგენერატორის რეჟიმში, მზის უჯრედები მოქმედებენ სინათლის ელექტროენერგიად გადაქცევისთვის. ამჟამად მზის ელემენტების ეფექტურობა 20%-ს აღწევს. ჯერჯერობით, მზის უჯრედებიდან მიღებული ენერგია დაახლოებით 50-ჯერ უფრო ძვირია, ვიდრე ქვანახშირის, ნავთობის ან ურანის ენერგია.

ფოტოკონვერტორის რეჟიმი შეესაბამება დენი-ძაბვის მახასიათებელს მესამე კვადრატში. ამ რეჟიმში, ფოტოდიოდი მოიხმარს ენერგიას ( u· მე> 0) წრეში აუცილებლად არსებული გარე ძაბვის წყაროდან (ნახ. 6.9). ამ რეჟიმის გრაფიკული ანალიზი ხორციელდება დატვირთვის ხაზის გამოყენებით, როგორც ჩვეულებრივი დიოდისთვის. ამ შემთხვევაში, მახასიათებლები ჩვეულებრივ პირობითად არის გამოსახული პირველ კვადრატში (ნახ. 6.10).

ბრინჯი. 6.9 ნახ. 6.10

ფოტოდიოდები უფრო სწრაფად მოქმედი მოწყობილობებია ფოტორეზისტორებთან შედარებით. ისინი მუშაობენ 10 7 - 10 10 სიხშირეებზე ჰც. ფოტოდიოდი ხშირად გამოიყენება ოპტოკუპლერებში LED-ფოტოდიოდი. ამ შემთხვევაში, ფოტოდიოდის სხვადასხვა მახასიათებელი შეესაბამება LED-ის სხვადასხვა დენებს (რაც ამავე დროს ქმნის სხვადასხვა სინათლის ნაკადს).

ოპტოკუპლერი (ოპტოკუპლერი)

ოპტოკუპლერი არის ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელიც შეიცავს რადიაციის წყაროს და გამოსხივების მიმღებს, გაერთიანებულია ერთ კორპუსში და ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ოპტიკურად, ელექტრულად და ერთდროულად ორივე შეერთებით. ძალიან გავრცელებულია ოპტოკუპლერები, რომლებშიც გამოსხივების მიმღებად გამოიყენება ფოტორეზისტორი, ფოტოდიოდი, ფოტოტრანზისტორი და ფოტოთირისტორი.

რეზისტორის ოპტოკუპლერებში, გამომავალი წინააღმდეგობა შეიძლება შეიცვალოს 10 7 ... 10 8 კოეფიციენტით, როდესაც შეიცვლება შეყვანის მიკროსქემის რეჟიმი. გარდა ამისა, ფოტორეზისტორის დენის ძაბვის მახასიათებელი ძალიან წრფივი და სიმეტრიულია, რაც რეზისტენტულ ოპტოკუპლერებს ფართოდ გამოყენებადს ხდის ანალოგურ მოწყობილობებში. რეზისტორული ოპტოკუპლერების მინუსი არის მათი დაბალი სიჩქარე - 0.01...1 თან.

ციფრული საინფორმაციო სიგნალების გადაცემის სქემებში ძირითადად გამოიყენება დიოდური და ტრანზისტორი ოპტოკუპლერები, ხოლო მაღალი ძაბვის, მაღალი დენის სქემების ოპტიკური გადართვისთვის გამოიყენება ტირისტორული ოპტოკუპლერები. ტირისტორის და ტრანზისტორი ოპტოკუპლერების მუშაობას ახასიათებს გადართვის დრო, რომელიც ხშირად დევს 5...50 დიაპაზონში. მკს.

მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ LED-ფოტოდიოდის ოპტოკუპლერს (ნახ. 6.11, ა). გამოსხივების დიოდი (მარცხნივ) უნდა იყოს დაკავშირებული წინა მიმართულებით, ხოლო ფოტოდიოდი უნდა იყოს დაკავშირებული წინ (ფოტოგენერატორის რეჟიმი) ან საპირისპირო მიმართულებით (ფოტოკონვერტერის რეჟიმი). ოპტოკუპლერის დიოდების დენებისა და ძაბვების მიმართულებები ნაჩვენებია ნახ. 6.11, ბ.

ბრინჯი. 6.11. ოპტოკუპლერის დიაგრამა (ა) და მასში დენებისა და ძაბვების მიმართულება (ბ)

მოდით გამოვხატოთ მიმდინარე დამოკიდებულება მე გარეთმიმდინარეობიდან მე შევიყვანეზე თქვენ გარეთ=0 ოპტოკუპლერისთვის AOD107A (ნახ. 6.12). მითითებული ოპტოკუპლერი შექმნილია როგორც ფოტოგენერატორის, ასევე ფოტოკონვერტორის რეჟიმში მუშაობისთვის.

ბრინჯი. 6.12. AOD107A ოპტოკუპლერის გადაცემის მახასიათებელი

    ოპტოელექტრონული მოწყობილობები

    ხილული სინათლის დიოდების ძირითადი მახასიათებლები

    ინფრაწითელი სინათლის დიოდების ძირითადი მახასიათებლები

    ოპტოელექტრონული მოწყობილობები ფართო გაგებით

    გამოყენებული წყაროების სია

ოპტოელექტრონული მოწყობილობები

ოპტოელექტრონული მოწყობილობების მოქმედება ეფუძნება ინფორმაციის მიღების, გადაცემის და შენახვის ელექტრონ-ფოტონურ პროცესებს.

უმარტივესი ოპტოელექტრონული მოწყობილობა არის ოპტოელექტრონული წყვილი, ანუ ოპტოკოპლერი. ოპტოკუპლერის მუშაობის პრინციპი, რომელიც შედგება გამოსხივების წყაროსგან, ჩაძირვის საშუალებისგან (მსუბუქი სახელმძღვანელო) და ფოტოდეტექტორისაგან, ეფუძნება ელექტრული სიგნალის ოპტიკურად გადაქცევას, შემდეგ კი ისევ ელექტრულში.

ოპტოკუპლერებს, როგორც ფუნქციურ მოწყობილობებს, აქვთ შემდეგი უპირატესობები ჩვეულებრივი რადიოელემენტებთან შედარებით:

სრული გალვანური იზოლაცია "შესვლა - გამომავალი" (საიზოლაციო წინააღმდეგობა აღემატება 10 12 - 10 14 Ohms);

აბსოლუტური ხმაურის იმუნიტეტი ინფორმაციის გადაცემის არხში (ინფორმაციის მატარებლები არიან ელექტრონეიტრალური ნაწილაკები - ფოტონები);

ინფორმაციის ცალმხრივი ნაკადი, რომელიც დაკავშირებულია სინათლის გავრცელების მახასიათებლებთან;

ფართოზოლოვანი ოპტიკური ვიბრაციების მაღალი სიხშირის გამო,

საკმარისი სიჩქარე (რამდენიმე ნანოწამი);

მაღალი ავარიული ძაბვა (ათეულობით კილოვოლტი);

დაბალი ხმაურის დონე;

კარგი მექანიკური სიმტკიცე.

მის მიერ შესრულებული ფუნქციებიდან გამომდინარე, ოპტოკუპლერი შეიძლება შევადაროთ ტრანსფორმატორს (დაწყვილების ელემენტს) რელესთან (გასაღებით).

ოპტოკუპლერის მოწყობილობებში გამოიყენება ნახევარგამტარული გამოსხივების წყაროები - ჯგუფის ნაერთების მასალებისგან დამზადებული სინათლის დიოდები. ა III ბვ , რომელთა შორის ყველაზე პერსპექტიულია გალიუმის ფოსფიდი და დარიშხანი. მათი გამოსხივების სპექტრი მდგომარეობს ხილული და ახლო ინფრაწითელი გამოსხივების რეგიონში (0,5 - 0,98 მიკრონი). გალიუმის ფოსფიდზე დაფუძნებულ სინათლის დიოდებს აქვთ წითელი და მწვანე ბზინვარება. სილიციუმის კარბიდისგან დამზადებული LED-ები პერსპექტიულია, რადგან მათ აქვთ ყვითელი ბზინვარება და მუშაობენ ამაღლებულ ტემპერატურაზე, ტენიანობაზე და აგრესიულ გარემოში.

LED-ები, რომლებიც ასხივებენ შუქს სპექტრის ხილულ დიაპაზონში, გამოიყენება ელექტრონულ საათებსა და მიკროკალკულატორებში.

სინათლის გამოსხივების დიოდებს ახასიათებთ გამოსხივების სპექტრული შემადგენლობა, რომელიც საკმაოდ ფართოა, მიმართულების ნიმუში; კვანტური ეფექტურობა, რომელიც განისაზღვრება გამოსხივებული სინათლის კვანტების რაოდენობის თანაფარდობით გამავალთა რაოდენობასთან გვ-ნ-ელექტრონების გადასვლა; სიმძლავრე (უხილავი გამოსხივებით) და სიკაშკაშე (ხილული გამოსხივებით); ვოლტ-ამპერი, ლუმენ-ამპერი და ვატ-ამპერი მახასიათებლები; სიჩქარე (ელექტროლუმინესცენციის მატება და დაშლა იმპულსური აგზნების დროს), სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონი. სამუშაო ტემპერატურის მატებასთან ერთად LED-ის სიკაშკაშე მცირდება და ემისიის სიმძლავრე მცირდება.

ხილულ დიაპაზონში სინათლის გამოსხივების დიოდების ძირითადი მახასიათებლები მოცემულია ცხრილში. 1, ხოლო ინფრაწითელი დიაპაზონი - ცხრილში. 2.

ცხრილი 1 ხილული სინათლის დიოდების ძირითადი მახასიათებლები

დიოდის ტიპი

სიკაშკაშე, cd/m 2, ან მანათობელი ინტენსივობა, mcd

ბზინვის ფერი

პირდაპირი წინა დენი, mA

KL101 A – B

AL102 A – G

AL307 A – G

10 – 20 cd/m2

40 – 250 მკდ

150 – 1500 მკდ

წითელი მწვანე

წითელი მწვანე

ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში სინათლის გამოსხივების დიოდები დაკავშირებულია ფოტოდეტექტორებთან ჩაძირვის საშუალებით, რომლის მთავარი მოთხოვნაა სიგნალის გადაცემა მინიმალური დანაკარგებით და დამახინჯებით. ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში გამოიყენება მყარი ჩაძირვის საშუალებები - პოლიმერული ორგანული ნაერთები (ოპტიკური ადჰეზივები და ლაქები), ქალკოგენიდური საშუალებები და ოპტიკური ბოჭკოები. ემიტერსა და ფოტოდეტექტორს შორის ოპტიკური არხის სიგრძიდან გამომდინარე, ოპტოელექტრონული მოწყობილობები შეიძლება დაიყოს ოპტოკავშირებად (არხის სიგრძე 100 - 300 მიკრონი), ოპტოიზოლატორებად (1 მ-მდე) და ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ხაზებად - ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ხაზებად. ათეულ კილომეტრამდე).

ცხრილი 2. ინფრაწითელი სინათლის დიოდების ძირითადი მახასიათებლები

დიოდის ტიპი

ჯამური რადიაციული სიმძლავრე, მვტ

მუდმივი წინა ძაბვა, V

რადიაციული ტალღის სიგრძე, მიკრონი

რადიაციული პულსის აწევის დრო, ns

რადიაციული პულსის დაშლის დრო, ns

AL106 A – D

0.6 - 1 (მიმდინარე 50 mA)

0.2 - 1.5 (მიმდინარე 100 mA-ზე)

6 – 10 (მიმდინარე 100 mA-ზე)

1.5 (100 mA დენზე)

0.2 (20 mA დენზე)

10 (მიმდინარე 50 mA)

ოპტოკოპლერის მოწყობილობებში გამოყენებული ფოტოდეტექტორები ექვემდებარება მოთხოვნებს სპექტრული მახასიათებლების ემიტერთან შესატყვისი, დანაკარგების მინიმუმამდე შემცირება სინათლის სიგნალის ელექტრულ სიგნალად გადაქცევისას, ფოტომგრძნობელობა, სიჩქარე, ფოტომგრძნობიარე არეალის ზომა, საიმედოობა და ხმაურის დონე.

ოპტოკუპლერებისთვის, ყველაზე პერსპექტიულია ფოტოდეტექტორები შიდა ფოტოელექტრული ეფექტით, როდესაც ფოტონების ურთიერთქმედება ელექტრონებთან გარკვეული ფიზიკური თვისებების მქონე მასალებში იწვევს ელექტრონების გადასვლას ამ მასალების კრისტალური ბადის მოცულობაში.

შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი ვლინდება ორი გზით: ფოტოდეტექტორის წინააღმდეგობის ცვლილებით სინათლის გავლენის ქვეშ (ფოტორეზისტორები) ან ფოტო-ემფ-ის გამოჩენაში ორ მასალას შორის - ნახევარგამტარი-ნახევარგამტარი, მეტალ-ნახევაგამტარი. (ჩართული ფოტოცელი, ფოტოდიოდები, ფოტოტრანზისტორები).

შიდა ფოტოელექტრული ეფექტის მქონე ფოტოდეტექტორები იყოფა ფოტოდიოდებად (ერთად გვ-ნ-შეერთება, MIS სტრუქტურა, Schottky ბარიერი), ფოტორეზისტორები, ფოტოდეტექტორები შიდა გაძლიერებით (ფოტოტრანსისტორები, ნაერთი ფოტოტრანზისტორები, ფოტოთირისტორები, ველის ეფექტის ფოტოტრანზისტორები).

ფოტოდიოდები დაფუძნებულია სილიციუმსა და გერმანიუმზე. სილიციუმის მაქსიმალური სპექტრული მგრძნობელობა არის 0,8 მიკრონი, ხოლო გერმანიუმი - 1,8 მიკრონი. ისინი მოქმედებენ საპირისპირო მიკერძოებით გვ-ნ-ტრანზიცია, რაც შესაძლებელს ხდის გაზარდოს მათი შესრულება, სტაბილურობა და მახასიათებლების წრფივობა.

ფოტოდიოდები ყველაზე ხშირად გამოიყენება როგორც ფოტოდეტექტორები სხვადასხვა სირთულის ოპტოელექტრონული მოწყობილობებისთვის. გვ- მე-ნ-სტრუქტურები სადაც მე- მაღალი ელექტრული ველის ამოწურული რეგიონი. ამ რეგიონის სისქის შეცვლით, შესაძლებელია კარგი შესრულების და მგრძნობელობის მახასიათებლების მიღება მატარებლების დაბალი ტევადობისა და ფრენის დროის გამო.

ზვავის ფოტოდიოდებს აქვთ გაზრდილი მგრძნობელობა და შესრულება, იყენებენ ფოტოდინების გაძლიერებას მუხტის მატარებლების გამრავლებისას. თუმცა, ეს ფოტოდიოდები არ არის საკმარისად სტაბილური ტემპერატურის დიაპაზონში და საჭიროებს მაღალი ძაბვის დენის წყაროს. ფოტოდიოდები Schottky ბარიერით და MIS სტრუქტურით პერსპექტიულია ტალღის სიგრძის გარკვეულ დიაპაზონში გამოსაყენებლად.

ფოტორეზისტორები მზადდება ძირითადად პოლიკრისტალური ნახევარგამტარული ფილმებისგან, რომელიც დაფუძნებულია ნაერთზე (კადმიუმი გოგირდთან და სელენთან ერთად). ფოტორეზისტორების მაქსიმალური სპექტრული მგრძნობელობაა 0,5 - 0,7 მიკრონი. ფოტორეზისტორები ჩვეულებრივ გამოიყენება დაბალი განათების პირობებში; მგრძნობელობით ისინი შედარებულია ფოტომულტიპლიკატორებთან - მოწყობილობებთან გარე ფოტოელექტრული ეფექტით, მაგრამ საჭიროებენ დაბალი ძაბვის ენერგიას. ფოტორეზისტორების უარყოფითი მხარეა დაბალი შესრულება და მაღალი ხმაურის დონე.

ყველაზე გავრცელებული შიდა გაძლიერებული ფოტოდეტექტორებია ფოტოტრანსისტორები და ფოტოთირისტორები. ფოტოტრანზისტორები უფრო მგრძნობიარეა ვიდრე ფოტოდიოდები, მაგრამ უფრო ნელი. ფოტოდეტექტორის მგრძნობელობის შემდგომი გაზრდისთვის გამოიყენება კომპოზიტური ფოტოტრანზისტორი, რომელიც წარმოადგენს ფოტო და გამაძლიერებელი ტრანზისტორების ერთობლიობას, მაგრამ აქვს დაბალი შესრულება.

ოპტოკუპლერებში, ფოტოთირისტორი (ნახევარგამტარული მოწყობილობა სამი გვ- ნ- გადასვლები, გადართვა განათებისას), რომელსაც აქვს მაღალი მგრძნობელობა და გამომავალი სიგნალის დონე, მაგრამ არასაკმარისი სიჩქარე.

ოპტოკუპლერების ტიპების მრავალფეროვნება განისაზღვრება ძირითადად ფოტოდეტექტორების თვისებებითა და მახასიათებლებით. ოპტოკუპლერების ერთ-ერთი მთავარი გამოყენება არის ციფრული და ანალოგური სიგნალების გადამცემებისა და მიმღებების ეფექტური გალვანური იზოლაცია. ამ შემთხვევაში, ოპტოკუპლერი შეიძლება გამოყენებულ იქნას გადამყვანის ან სიგნალის გადართვის რეჟიმში. ოპტოკუპლერს ახასიათებს დასაშვები შეყვანის სიგნალი (საკონტროლო დენი), დენის გადაცემის კოეფიციენტი, სიჩქარე (გადართვის დრო) და დატვირთვის სიმძლავრე.

დენის გადაცემის კოეფიციენტის თანაფარდობა გადართვის დროს ეწოდება ოპტოკუპლერის ხარისხის კოეფიციენტი და არის 10 5 – 10 6 ფოტოდიოდისა და ფოტოტრანზისტორის ოპტოკუპლერებისთვის. ფართოდ გამოიყენება ფოტოთირისტორებზე დაფუძნებული ოპტოკუპლერები. ფოტორეზისტორული ოპტოკუპლერები ფართოდ არ გამოიყენება დროისა და ტემპერატურის დაბალი სტაბილურობის გამო. ზოგიერთი ოპტოკუპლერის დიაგრამები ნაჩვენებია ნახ. 4, ა – დ.

ლაზერები მაღალი სტაბილურობით, კარგი ენერგეტიკული მახასიათებლებით და ეფექტურობით გამოიყენება როგორც თანმიმდევრული გამოსხივების წყარო. ოპტოელექტრონიკაში, კომპაქტური მოწყობილობების დიზაინისთვის, გამოიყენება ნახევარგამტარული ლაზერები - ლაზერული დიოდები, რომლებიც გამოიყენება, მაგალითად, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ხაზების ნაცვლად, ტრადიციული ინფორმაციის გადამცემი ხაზების ნაცვლად - კაბელი და მავთული. მათ აქვთ მაღალი გამტარუნარიანობა (გიგაჰერცის ერთეულების გამტარუნარიანობა), ელექტრომაგნიტური ჩარევის წინააღმდეგობა, დაბალი წონა და ზომები, სრული ელექტრო იზოლაცია შეყვანიდან გამოსავალამდე, აფეთქება და ხანძარსაწინააღმდეგო უსაფრთხოება. FOCL-ის განსაკუთრებული მახასიათებელია სპეციალური ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კაბელის გამოყენება, რომლის სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახ. 5. ასეთი კაბელების სამრეწველო ნიმუშებს აქვთ შესუსტება 1 – 3 დბ/კმ და ნაკლები. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ხაზები გამოიყენება სატელეფონო და კომპიუტერული ქსელების, საკაბელო ტელევიზიის სისტემების შესაქმნელად მაღალი ხარისხის გადაცემული სურათებით. ეს ხაზები იძლევა ათიათასობით სატელეფონო საუბრის და რამდენიმე სატელევიზიო პროგრამის ერთდროულ გადაცემას.

ბოლო დროს ინტენსიურად განვითარდა და ფართოდ გავრცელდა ოპტიკური ინტეგრირებული სქემები (OICs), რომელთა ყველა ელემენტი წარმოიქმნება საჭირო მასალების სუბსტრატზე დეპონირების შედეგად.

თხევად კრისტალზე დაფუძნებული მოწყობილობები, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება ელექტრონულ საათებში ინდიკატორებად, პერსპექტიულია ოპტოელექტრონიკაში. თხევადი კრისტალები არის ორგანული ნივთიერება (თხევადი) ბროლის თვისებებით და იმყოფება გარდამავალ მდგომარეობაში კრისტალურ ფაზასა და სითხეს შორის.

თხევადი ბროლის ინდიკატორებს აქვთ მაღალი გარჩევადობა, შედარებით იაფია, მოიხმარენ დაბალ ენერგიას და მუშაობენ მაღალი განათების დონეზე.

თხევადი კრისტალები ცალკრისტალების მსგავსი თვისებებით ყველაზე ხშირად გამოიყენება სინათლის ინდიკატორებში და ოპტიკური მეხსიერების მოწყობილობებში შემუშავებულია და ფართოდ გამოიყენება თხევადი კრისტალების სხვა ტიპები გამოიყენება ინფორმაციის თერმოოპტიკური ჩაწერისთვის.

შედარებით ცოტა ხნის წინ შემუშავებული ოპტოელექტრონული მოწყობილობები ფართოდ გავრცელდა მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სხვადასხვა დარგში მათი უნიკალური თვისებების გამო. ბევრ მათგანს არ აქვს ანალოგი ვაკუუმურ და ნახევარგამტარულ ტექნოლოგიაში. თუმცა, ჯერ კიდევ ბევრი გადაუჭრელი პრობლემაა დაკავშირებული ახალი მასალების შემუშავებასთან, ამ მოწყობილობების ელექტრული და ოპერატიული მახასიათებლების გაუმჯობესებასთან და მათი წარმოების ტექნოლოგიური მეთოდების შემუშავებასთან.

ოპტოელექტრონული ნახევარგამტარული მოწყობილობა - ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომლის მოქმედება ეფუძნება რადიაციის, გადაცემის ან შთანთქმის ფენომენების გამოყენებას სპექტრის ხილულ, ინფრაწითელ ან ულტრაიისფერ რეგიონებში.

ოპტოელექტრონული მოწყობილობები ფართო გაგებით არის მოწყობილობები , მათი მუშაობისთვის ოპტიკური გამოსხივების გამოყენება: ინფორმაციული სიგნალის გენერირება, გამოვლენა, კონვერტაცია და გადაცემა. როგორც წესი, ეს მოწყობილობები მოიცავს ოპტოელექტრონული ელემენტების ამა თუ იმ კომპლექტს. თავის მხრივ, თავად მოწყობილობები შეიძლება დაიყოს სტანდარტად და სპეციალურად, თუ გავითვალისწინებთ სტანდარტებს, რომლებიც მასობრივად იწარმოება სხვადასხვა ინდუსტრიაში ფართო გამოყენებისთვის, ხოლო სპეციალური მოწყობილობები იწარმოება კონკრეტული ინდუსტრიის სპეციფიკის გათვალისწინებით - ჩვენს შემთხვევაში, ბეჭდვა.

ოპტოელექტრონული ელემენტების მთელი მრავალფეროვნება იყოფა შემდეგი პროდუქტების ჯგუფებად: გამოსხივების წყაროები და მიმღებები, ინდიკატორები, ოპტიკური ელემენტები და სინათლის გიდები, ასევე ოპტიკური საშუალებები, რომლებიც საშუალებას გაძლევთ შექმნათ საკონტროლო ელემენტები, ინფორმაციის ჩვენება და შენახვა. ცნობილია, რომ ნებისმიერი სისტემატიზაცია არ შეიძლება იყოს ამომწურავი, მაგრამ, როგორც ჩვენმა თანამემამულემ, რომელმაც აღმოაჩინა ქიმიური ელემენტების პერიოდული კანონი 1869 წელს, დიმიტრი ივანოვიჩ მენდელეევმა (1834-1907), სწორად აღნიშნა, მეცნიერება იწყება იქ, სადაც თვლა ჩნდება, ე.ი. შეფასება, შედარება, კლასიფიკაცია, ნიმუშების ამოცნობა, კრიტერიუმების განსაზღვრა, საერთო ნიშნები. ამის გათვალისწინებით, სანამ კონკრეტული ელემენტების აღწერას გავაგრძელებთ, აუცილებელია, სულ მცირე, ზოგადი თვალსაზრისით მივცეთ ოპტოელექტრონული პროდუქტების გამორჩეული მახასიათებელი.

როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, ოპტოელექტრონიკის მთავარი განმასხვავებელი ნიშანია ინფორმაციასთან კავშირი. მაგალითად, თუ ლაზერული გამოსხივება გამოიყენება ზოგიერთ ინსტალაციაში ფოლადის ლილვების გასამაგრებლად, მაშინ ძნელად ლოგიკურია ამ ინსტალაციის კლასიფიკაცია ოპტოელექტრონულ მოწყობილობად (თუმცა თავად ლაზერული გამოსხივების წყაროს აქვს ამის უფლება).

ასევე აღინიშნა, რომ მყარი მდგომარეობის ელემენტები ჩვეულებრივ კლასიფიცირდება როგორც ოპტოელექტრონიკა (მოსკოვის ენერგეტიკის ინსტიტუტმა გამოაქვეყნა სახელმძღვანელო კურსისთვის "ოპტოელექტრონიკა" სახელწოდებით "ნახევარგამტარული ოპტოელექტრონის ინსტრუმენტები და მოწყობილობები"). მაგრამ ეს წესი არ არის ძალიან მკაცრი, რადგან ოპტოელექტრონიკაზე გარკვეული პუბლიკაციები დეტალურად განიხილავს ფოტოგამრავლებისა და კათოდური სხივების მილების მუშაობას (ისინი ელექტრო ვაკუუმური მოწყობილობების სახეობაა), გაზის ლაზერები და სხვა მოწყობილობები, რომლებიც არ არიან მყარ მდგომარეობაში. თუმცა ბეჭდვის ინდუსტრიაში აღნიშნული მოწყობილობები ფართოდ გამოიყენება მყარ მდგომარეობაში (მათ შორის ნახევარგამტარებთან ერთად), რომლებიც აგვარებენ მსგავს პრობლემებს, ამიტომ ამ შემთხვევაში მათ აქვთ განხილვის სრული უფლება.

აღსანიშნავია კიდევ სამი გამორჩეული თვისება, რომელიც ოპტოელექტრონული დარგის ცნობილი სპეციალისტის, იური რომანოვიჩ ნოსოვის თქმით, ახასიათებს მას, როგორც სამეცნიერო და ტექნიკურ მიმართულებას.

ოპტოელექტრონიკის ფიზიკურ საფუძველს წარმოადგენს ფენომენები, მეთოდები და საშუალებები, რომელთათვისაც ფუნდამენტურია ოპტიკური და ელექტრონული პროცესების კომბინაცია და უწყვეტობა. ოპტოელექტრონული მოწყობილობა ფართოდ არის განმარტებული, როგორც მოწყობილობა, რომელიც მგრძნობიარეა ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მიმართ ხილულ, ინფრაწითელ (IR) ან ულტრაიისფერ (UV) რეგიონებში, ან მოწყობილობა, რომელიც ასხივებს და გარდაქმნის არათანმიმდევრულ ან თანმიმდევრულ გამოსხივებას იმავე სპექტრალურ რეგიონებში.

ოპტოელექტრონიკის ტექნიკურ საფუძველს განსაზღვრავს თანამედროვე მიკროელექტრონიკის დიზაინი და ტექნოლოგიური კონცეფციები: ელემენტების მინიატურიზაცია; მყარი პლანშეტური სტრუქტურების შეღავათიანი განვითარება; ელემენტებისა და ფუნქციების ინტეგრაცია.

ოპტოელექტრონიკის ფუნქციური დანიშნულებაა კომპიუტერული მეცნიერების პრობლემების გადაჭრა: ინფორმაციის წარმოქმნა (ფორმირება) სხვადასხვა გარეგანი ზემოქმედების შესაბამის ელექტრულ და ოპტიკურ სიგნალებად გადაქცევით; ინფორმაციის გადაცემა; ინფორმაციის დამუშავება (ტრანსფორმაცია) მოცემული ალგორითმის მიხედვით; ინფორმაციის შენახვა, მათ შორის პროცესები, როგორიცაა ჩაწერა, შენახვა, არადესტრუქციული კითხვა, წაშლა; ინფორმაციის ჩვენება, ე.ი. საინფორმაციო სისტემის გამომავალი სიგნალების ადამიანისათვის აღქმად ფორმად გადაქცევა.

გამოყენებული წყაროების სია

    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

განათლების ფედერალური სააგენტო

უმაღლესი პროფესიული განათლების სახელმწიფო საგანმანათლებლო დაწესებულება

ტიუმენის სახელმწიფო ნავთობისა და გაზის უნივერსიტეტი

ტრანსპორტის ინსტიტუტი

ესე

თემაზე "ოპტოელექტრონული მოწყობილობები".

დასრულებული:

OBD ჯგუფები - 08

ჩეკარდინი

შემოწმებულია:

სიდოროვა ა.ე.

ტიუმენი 2010 წ


  1. ელემენტები ოპტოელექტრონულიმოწყობილობები

    რეზიუმე >> კომუნიკაციები და კომუნიკაციები

    კომპოზიტური ტრანზისტორის წრედის მიხედვით. ოპტოელექტრონული მოწყობილობებიᲡამუშაო ოპტოელექტრონული მოწყობილობებიეფუძნება ელექტრონ-ფოტონურ... ინფორმაციის გადაცემას და შენახვას. უმარტივესი ოპტოელექტრონული მოწყობილობაარის ოპტოელექტრონულიწყვილი, ან ოპტოკუპლერი. მუშაობის პრინციპი...

  2. ოპტოკუპლერების გამოყენება და მოწყობილობებიინფორმაციის ჩვენება

    რეზიუმე >> კომუნიკაციები და კომუნიკაციები

    განმარტებები Optocouplers ეწოდება ასეთი ოპტოელექტრონული მოწყობილობები, რომელშიც არის წყარო და... 2. V. I. Ivanov, A. I. Aksenov, A. M. Yushin “Semiconductor ოპტოელექტრონული მოწყობილობები." / დირექტორია.“ - M.: Energoatomizdat, 2002 3. Baluev V.K. „განვითარება...

  3. ნახევარგამტარების კლასიფიკაციის ნიშნები მოწყობილობები

    რეზიუმე >> ფიზიკა

    რა კრიტერიუმებით არის კლასიფიცირებული ნახევარგამტარული მოწყობილობები? მოწყობილობები? ნახევარგამტარი მოწყობილობებიკლასიფიცირებული მექანიზმის მიხედვით... ოპტიკურად გამჭვირვალე ფანჯარა. LED ნახევარგამტარი ოპტოელექტრონული მოწყობილობა, დინების პირდაპირი ენერგიის გარდაქმნის...

ოპტოელექტრონული მოწყობილობების ელემენტები არის ზემოთ განხილული ფოტოელექტრონული მოწყობილობები და ელემენტებს შორის კავშირი არ არის ელექტრული, არამედ ოპტიკური. ამრიგად, ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში, გალვანური შეერთება შეყვანის და გამომავალი სქემებს შორის თითქმის მთლიანად აღმოიფხვრება, ხოლო უკუკავშირი შეყვანასა და გამომავალს შორის თითქმის მთლიანად აღმოიფხვრება. ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში შემავალი ელემენტების გაერთიანებით შესაძლებელია მათი ფუნქციონალური თვისებების ფართო სპექტრის მიღება. ნახ. სურათი 6.35 გვიჩვენებს სხვადასხვა ოპტოკუპლერის დიზაინს.

უმარტივესი ოპტოელექტრონული მოწყობილობა არის ოპტოკუპლერი.

ოპტოკუპლერიარის მოწყობილობა, რომელიც აერთიანებს LED-ს და ფოტორადიაციულ მიმღებს, მაგალითად, ფოტოდიოდს, ერთ კორპუსში (სურ. 6.36).

შეყვანის გაძლიერებული სიგნალი შედის LED-ში და იწვევს მის ანთებას, რომელიც სინათლის არხის მეშვეობით გადაეცემა ფოტოდიოდს. ფოტოდიოდი იხსნება და დენი მიედინება მის წრეში გარე წყაროს გავლენით ე. ოპტოკუპლერის ელემენტებს შორის ეფექტური ოპტიკური კომუნიკაცია ხორციელდება ბოჭკოვანი ოპტიკის გამოყენებით - მსუბუქი სახელმძღვანელო, რომელიც დამზადებულია თხელი გამჭვირვალე ძაფების შეკვრის სახით, რომლის მეშვეობითაც სიგნალი გადაიცემა მთლიანი შიდა ასახვის გამო მინიმალური დანაკარგებით და მაღალი გარჩევადობით. ფოტოდიოდის ნაცვლად, ოპტოკუპლერი შეიძლება შეიცავდეს ფოტოტრანსისტორს, ფოტოთირისტორს ან ფოტორეზისტორს.

ნახ. 6.37 გვიჩვენებს ასეთი მოწყობილობების სიმბოლურ გრაფიკულ სიმბოლოებს.

დიოდური ოპტოკუპლერი გამოიყენება როგორც გადამრთველი და შეუძლია დენის გადართვა 10 6 ... 10 7 ჰც სიხშირით და აქვს წინააღმდეგობა შეყვანის და გამომავალი სქემებს შორის 10 13 ... 10 15 ოჰმ.

ტრანზისტორი ოპტოკუპლერები, ფოტოდეტექტორის უფრო დიდი მგრძნობელობის გამო, უფრო ეკონომიურია, ვიდრე დიოდური. თუმცა, მათი სიჩქარე უფრო დაბალია, გადართვის მაქსიმალური სიხშირე ჩვეულებრივ არ აღემატება 10 5 ჰც-ს. დიოდების მსგავსად, ტრანზისტორი ოპტოკუპლერებს აქვთ დაბალი წინააღმდეგობა ღია მდგომარეობაში და მაღალი წინააღმდეგობა დახურულ მდგომარეობაში და უზრუნველყოფენ შემავალი და გამომავალი სქემების სრულ გალვანურ იზოლაციას.

ფოტოთირისტორის ფოტოდეტექტორად გამოყენება საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ გამომავალი დენის პულსი 5 A-მდე ან მეტამდე. ამ შემთხვევაში ჩართვის დრო 10 -5 წმ-ზე ნაკლებია, ხოლო შეყვანის ჩართვის დენი არ აღემატება 10 mA-ს. ასეთი ოპტოკუპლერები საშუალებას გაძლევთ აკონტროლოთ მაღალი დენის მოწყობილობები სხვადასხვა მიზნებისთვის.

დასკვნები:

1. ოპტოელექტრონული მოწყობილობების ფუნქციონირება ეფუძნება შიდა ფოტოელექტრული ეფექტის პრინციპს - სინათლის გამოსხივების გავლენის ქვეშ მუხტის მატარებლების წყვილის "ელექტრონ - ხვრელის" წარმოქმნას.

2. ფოტოდიოდებს აქვთ წრფივი სინათლის მახასიათებელი.

3. ფოტოტრანზისტორებს აქვთ უფრო დიდი ინტეგრალური მგრძნობელობა, ვიდრე ფოტოდიოდებს, ფოტოდინების გაძლიერების გამო.

4. ოპტოკუპლერები არის ოპტოელექტრონული მოწყობილობები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ელექტრო იზოლაციას



შემავალი და გამომავალი სქემები.

5. ფოტომულტიპლიკატორები საშუალებას იძლევა მკვეთრად გაიზარდოს ფოტოდინება მეორადი ელექტრონების გამოსხივების გამოყენებით.

საკონტროლო კითხვები

1. რა არის გარე და შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი?

2. რა პარამეტრებით ახასიათებს ფოტორეზისტორი?

3. რა ფიზიკური ფაქტორები ახდენს გავლენას ფოტორეზისტორის სინათლის მახასიათებლებზე მაღალი მანათობელი ნაკადების დროს?

4. რა განსხვავებაა ფოტოდიოდისა და ფოტორეზისტორის თვისებებში?

5. როგორ გარდაქმნის ფოტოცელი პირდაპირ სინათლის ენერგიას ელექტრო ენერგიად?

6. რა განსხვავებაა ფოტოდიოდისა და ბიპოლარული ფოტოტრანზისტორის მუშაობის პრინციპსა და თვისებებში?

7. რატომ შეუძლია ტირისტორს მართოს შედარებით უფრო მაღალი სიმძლავრეები, ვიდრე თავად ფოტოთირისტორის დასაშვები დენის გაფანტვა?

8. რა არის ოპტოკუპლერი?

აპლიკაცია. ნახევარგამტარული მოწყობილობების კლასიფიკაცია და აღნიშვნები

ნახევარგამტარული მოწყობილობების აღნიშვნების გაერთიანებისა და პარამეტრების სტანდარტიზებისთვის გამოიყენება სიმბოლოების სისტემა. ეს სისტემა კლასიფიცირებს ნახევარგამტარ მოწყობილობებს მათი დანიშნულების, ძირითადი ფიზიკური და ელექტრული პარამეტრების, სტრუქტურული და ტექნოლოგიური თვისებების და ნახევარგამტარული მასალების ტიპის მიხედვით. საშინაო ნახევარგამტარული მოწყობილობების სიმბოლო სისტემა ეფუძნება სახელმწიფო და ინდუსტრიის სტანდარტებს. პირველი GOST ნახევარგამტარული მოწყობილობების აღნიშვნის სისტემისთვის - GOST 10862–64 დაინერგა 1964 წელს. შემდეგ, როდესაც გაჩნდა მოწყობილობების ახალი კლასიფიკაციის ჯგუფები, იგი შეიცვალა GOST 10862-72-ით, შემდეგ კი ინდუსტრიის სტანდარტით OST 11.336.038-77 და OST 11.336.919-81. ამ მოდიფიკაციით შენარჩუნდა სიმბოლოთა სისტემის ალფაციფრული კოდის ძირითადი ელემენტები. ეს სანოტო სისტემა ლოგიკურად არის სტრუქტურირებული და საშუალებას აძლევს მას დაემატოს ელემენტის ბაზის შემდგომი განვითარება.

ნახევარგამტარული მოწყობილობების ძირითადი და საცნობარო პარამეტრების ძირითადი ტერმინები, განმარტებები და ასოების აღნიშვნები მოცემულია GOST-ებში:

§ 25529–82 - ნახევარგამტარული დიოდები. პარამეტრების ტერმინები, განმარტებები და ასოების აღნიშვნა.

§ 19095–73 – საველე ეფექტის ტრანზისტორები. პარამეტრების ტერმინები, განმარტებები და ასოების აღნიშვნა.

§ 20003–74 - ბიპოლარული ტრანზისტორები. პარამეტრების ტერმინები, განმარტებები და ასოების აღნიშვნა.

§ 20332–84 - ტირისტორები. პარამეტრების ტერმინები, განმარტებები და ასოების აღნიშვნა.



 

შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა: