Fotoelektroninių ir optoelektroninių prietaisų žymėjimo sistema. Maskvos valstybinis poligrafijos universitetas

Naudojami optinės spinduliuotės šaltiniai Apskritai optoelektronika yra labai įvairi. Tačiau dauguma jų (subminiatiūrinės kaitinamosios ir dujinės išlydžio lemputės, milteliniai ir plėveliniai elektroliuminescenciniai spinduliuotieji, vakuuminiai katodoliuminescenciniai ir daugelis kitų tipų) neatitinka viso šiuolaikinių reikalavimų ir yra naudojami tik tam tikruose įrenginiuose, daugiausia indikatoriniuose įrenginiuose ir iš dalies optronuose.

Vertinant konkretaus šaltinio perspektyvas, lemiamą vaidmenį atlieka aktyviosios šviečiančios medžiagos (arba darbinį tūrį užpildančios medžiagos) agregacijos būsena. Iš visų galimų variantų (vakuuminis, dujinis, skystas, kietas) pirmenybė teikiama kietojo kūno medžiagai, o jos „viduje“ – monokristalinei medžiagai, nes tai užtikrina didžiausią prietaisų patvarumą ir patikimumą.

Optoelektronikos pagrindą sudaro dvi emiterių grupės:

1) koherentinės spinduliuotės optiniai generatoriai (lazeriai), tarp kurių reikėtų išskirti puslaidininkinius lazerius;

1) šviesą spinduliuojantys puslaidininkiniai diodai, pagrįsti savaiminio įpurškimo elektroliuminescencijos principu.

Optoelektroninis puslaidininkinis įtaisas yra puslaidininkinis įtaisas, kurisskleidžianti ar konvertuojanti elektromagnetinę spinduliuotę, jautrią šiai spinduliuotei matomoje, infraraudonojoje ir (ar) ultravioletinėje spektro srityse arba naudojanti tokią spinduliuotę vidinei jos elementų sąveikai.

Optoelektroninius puslaidininkinius įtaisus galima suskirstyti į puslaidininkinius emiterius, spinduliavimo imtuvus, optrones ir optoelektronines integrines grandynas (2.1 pav.).

Puslaidininkinis emiteris yra optoelektroninis puslaidininkinis įtaisas, kuris paverčia elektros energiją į elektromagnetinės spinduliuotės energiją matomoje, infraraudonojoje ir ultravioletinėje spektro srityse.

Daugelis puslaidininkinių spindulių gali skleisti tik nenuoseklias elektromagnetines bangas. Tai yra puslaidininkiniai emiteriai matomoje spektro srityje – puslaidininkiniai informacijos rodymo įrenginiai (šviesos diodai, puslaidininkių ženklų indikatoriai, svarstyklės ir ekranai), taip pat puslaidininkiniai emiteriai infraraudonojoje spektro srityje – infraraudonųjų spindulių diodai.

koherentiniai puslaidininkiniai emiteriai– tai puslaidininkiniai lazeriai su įvairaus tipo sužadinimu. Jie gali skleisti tam tikros amplitudės, dažnio, fazės, sklidimo krypties ir poliarizacijos elektromagnetines bangas, kurios atitinka koherentiškumo sampratą.

Optoelektronika yra elektronikos šaka, skirta teorijai ir praktikai kuriant prietaisus ir prietaisus, pagrįstus elektrinių signalų konvertavimu į optinius signalus ir atvirkščiai.

Optoelektronika naudoja 0,2 µm – 0,2 mm bangos ilgių diapazoną. Optoelektroninis prietaisas yra spinduliuotės šaltinio ir imtuvo derinys. GaAs pagrindu pagaminti šviesos diodai naudojami kaip spinduliuotės šaltinis, o Si pagrindu pagaminti fotodiodai ir fototranzistoriai – kaip fotodetektoriai.

Iš kitų optoelektroninių prietaisų (OED) išskirtinis bruožas yra tai, kad jie yra optiškai sujungti, bet elektra izoliuoti vienas nuo kito. Tai leidžia lengvai užtikrinti aukštos ir žemos įtampos bei aukšto dažnio grandinių nuoseklumą.

Optoelektronika vystosi dviem nepriklausomomis kryptimis:

1. Optinis;
2. Elektrooptinė.

Optinė kryptis pagrįsta kietosios medžiagos sąveikos su elektromagnetine spinduliuote poveikiu (holografija, fotochemija, elektrooptika). Elektrooptinė kryptis naudoja fotoelektrinės konversijos su vidiniu fotoelektriniu efektu, iš vienos pusės, ir fotoliuminescencijos principu (galvaninį ir magnetinį ryšį pakeičiant optinėmis, šviesolaidinėmis ryšio linijomis).

Remiantis optoelektroniniu principu, galima sukurti bevakuuminius elektroninių prietaisų ir sistemų analogus:

• diskretieji ir analoginiai elektrinių signalų keitikliai (stiprintuvai, generatoriai, pagrindiniai elementai, atminties elementai, loginės grandinės, vėlinimo linijos ir kt.)
• optinių signalų keitikliai (šviesos ir vaizdo stiprintuvai, plokštieji ekranai, perduodantys ir atkuriantys vaizdus)
• atkūrimo įrenginiai (ekranai, skaitmeniniai ekranai, vaizdo logika ir kt.).

Pagrindiniai veiksniai, lemiantys optoelektronikos vystymąsi, yra šie:

• ypač grynų medžiagų kūrimas,
• tobulos technologijos kūrimas naujiems šiuolaikiniams instrumentams ir prietaisams,
• aukštos kvalifikacijos personalo mokymas.

Aktyvių ir pasyvių optoelektroninių elementų gamybai plačiai naudojami:

• puslaidininkinės medžiagos, retieji žemės metalai ir jų lydiniai,
• dielektrinės jungtys,
• plėvelės medžiagos,
• fotorezistai,
• difuzoriai.

Šiuo metu optoelektronikoje naudojamų medžiagų spektras yra gana platus. Tai didelio grynumo medžiagos, gryni metalai ir lydiniai, turintys specialių elektrofizinių savybių, difuzoriai, įvairūs puslaidininkių junginiai miltelių ir pavienių kristalų pavidalu, vienakristalinės silicio plokštelės, arsenidas ir galio fosfidas, indžio fosfidas, safyras, granatas, įvairūs pagalbinės medžiagos - proceso dujos, fotorezistai, abrazyviniai milteliai ir kt.

Svarbiausios medžiagos optoelektronikai yra tokios medžiagos kaip: GaAs, BaF 2, CdTe (pagrindų gamybai), GaAlAs / GaAs / GaAlAs struktūros (elektrooptiniai moduliatoriai), SiO 2 (izoliacinė medžiaga), Si, CdHgTe, PbSnSe (fotodiodai, fototranzistoriai). Kai kurie IC naudoja Ni, Cr ir Ag. Optoelektroninių integrinių grandynų (OEIMC) gamybos technologija nuolat tobulinama, remiantis naujų fizinių ir technologinių procesų kūrimu.

OEP turi šiuos privalumus:

• šviesos spindulių erdvinio moduliavimo galimybė ir reikšmingas jų susikirtimas, kai nėra galvaninių jungčių tarp kanalų;
• didesnė funkcinė šviesos pluoštų apkrova dėl galimybės keisti daugelį jų parametrų (amplitudė, kryptis, dažnis, fazė, poliarizacija).

Optoelektroniniai prietaisai yra įrenginiai, kurių veikimo principas pagrįstas elektromagnetinės spinduliuotės panaudojimu optiniame diapazone.

Pagrindinės optoelektroninių prietaisų grupės yra šios:

• Šviesos diodai ir lazeriai;
• fotoelektrinės spinduliuotės detektoriai - fotorezistoriai ir fotodetektoriai su p-n sandūra;
• spinduliuotę valdantys prietaisai – moduliatoriai, deflektoriai ir kt.; informacijos rodymo prietaisai - indikatoriai;
• elektros izoliacijos prietaisai - optronai;
• optiniai ryšio kanalai ir optinės atminties įrenginiai.

Minėtos įrenginių grupės generuoja, transformuoja, perduoda ir saugo informaciją. Informacijos nešėjai optoelektronikoje yra elektriškai neutralios dalelės – fotonai, nejautrūs elektrinių ir elektromagnetinių laukų poveikiui, nesąveikaujantys tarpusavyje ir sukuriantys vienakryptį signalo perdavimą, užtikrinantį aukštą atsparumą triukšmui bei galvaninę įvesties ir išvesties grandinių izoliaciją. Optoelektroniniai prietaisai priima, konvertuoja ir generuoja spinduliuotę matomoje, infraraudonojoje ir ultravioletinėje spektro srityse.

Optoelektroninių prietaisų veikimo principas pagrįstas išorinio arba vidinio fotoelektrinio efekto panaudojimu.

Išorinis fotoelektrinis efektas yra laisvųjų elektronų išsiskyrimas iš fotokatodo paviršinio sluoksnio į išorinę aplinką veikiant šviesai.

Vidinis fotoelektrinis efektas – tai laisvas elektronų judėjimas medžiagos viduje, išlaisvintas nuo ryšių veikiant šviesai ir keičiantis jos elektriniam laidumui arba net sukeliantis emf atsiradimą ties dviejų medžiagų riba (p-n sandūra).

OEP plačiai naudojami automatinėse valdymo ir matavimo sistemose, kompiuterinėse technologijose, fototelegrafijoje, garso atkūrimo įrangoje, kinematografijoje, spektrofotometrijoje, šviesos energijai paversti elektros energija, automatikoje sprendžiant elektros grandines.

Optronas

Optronas yra puslaidininkinis įtaisas, kuriame spinduliuotės šaltinis ir imtuvas yra struktūriškai sujungti, sujungti optiniu ryšiu. Spinduliuotės šaltinyje elektriniai signalai paverčiami šviesos signalais, kurie veikia fotodetektorių ir vėl sukuria jame elektrinius signalus. Jei optronas turi tik vieną emiterį ir vieną spinduliuotės imtuvą, tada jis vadinamas optronu arba elementariuoju optronu.

Mikroschema, susidedanti iš vieno ar kelių optronų su papildomais įtaisais signalui suderinti ir stiprinti, vadinama optoelektronine integrine grandine. Elektros signalai visada naudojami optrono įėjime ir išėjime, o ryšys tarp įėjimo ir išėjimo atsiranda dėl šviesos signalo.

Fotorezistorius

Fotorezistoriai yra puslaidininkiniai rezistoriai, kurie keičia savo varžą veikiant šviesai. Priklausomai nuo spektrinio jautrumo, fotorezistoriai skirstomi į dvi grupes: matomai spektro daliai ir infraraudonajai spektro daliai. Fotorezistorių gamybai naudojami junginiai Cd Ir Pb. Jautrūs elementai yra pagaminti iš šių junginių monokristalų arba polikristalų.

Ankstyvojo išleidimo fotorezistorių žymėjimas:

• 1 elementas - raidės, nurodančios įrenginio tipą (FS - fotoresistance),
• 2 elementas – raidė, nurodanti šviesai jautraus elemento medžiagą (A – švino sulfidas, K – kadmio sulfidas, D – kadmio selenas),
• 3 elementas yra skaičius, nurodantis dizaino tipą.
• raidė B prieš skaičių yra užantspauduota versija,
• P - šviesai jautraus elemento plėvelė,
• M - šviesai jautraus elemento monokristalinė medžiaga.
• raidė T - atogrąžų versija, skirta naudoti aukštos temperatūros ir drėgmės sąlygomis.

Fotorezistoriaus sandaros principas ir jungimo schema

Šiuolaikinių fotorezistorių žymėjimas:

• 1 elementas - raidės, nurodančios įrenginio tipą (SF - šviesai jautrus atsparumas),
• 2 elementas – skaičius, reiškiantis šviesai jautraus elemento medžiagą (2 – kadmio sulfidas, 3 – kadmio selenidas, 4 – švino selenidas),
• 3-ias elementas yra skaičius, nurodantis kūrimo serijos numerį.

Fotorezistoriai pasižymi dideliu parametrų stabilumu. Fotosrovės pokytis yra gana tiksli jos būsenos charakteristika. Ilgai eksploatuojant stebimas foto srovės stabilizavimas, o jos vertė gali pasikeisti 20-30%. Fotorezistoriai yra jautrūs greitiems temperatūros pokyčiams. Fotorezistoriai turi būti laikomi 5 - 35 o C temperatūroje, o drėgmė ne didesnė kaip 80%.

Pagrindiniai fotorezistorių parametrai yra šie:

1. Tamsi srovė ( ašT) yra srovė, einanti per fotorezistorių esant darbinei įtampai 30 s, pašalinus 200 liuksų apšvietimą.
2. Šviesos srovė ( aš c) yra srovė, einanti per fotorezistorių esant darbinei įtampai ir 200 liuksų apšvietimui iš šviesos šaltinio, kurio spalvos temperatūra 2850 K.
3. Fotosrovės temperatūros koeficientas ( TKašf) - fotosrovės pokytis, kai fotorezistoriaus temperatūra pasikeičia 1 o C.
4. Darbinė įtampa ( Uf) - įtampa, kuri gali būti taikoma fotorezistoriui ilgalaikio veikimo metu, nekeičiant jo parametrų už leistinų ribų.
5. Tamsos atsparumas ( RT) - fotorezistoriaus varža esant 20 o C temperatūrai 30 s, pašalinus 200 liuksų apšvietimą.
6. Specifinis jautrumas ( K 0) yra fotosrovės ir į ją patenkančio šviesos srauto dydžių sandauga ir įjungta įtampa: K 0 =ašf / (FUf) , Kur F- šviesos srautas, lm.
7. Laiko konstanta ( t) yra laikas, per kurį apšviesta fotosrovė pasikeičia normalizuota verte.
8. Galios išsklaidymas ( R lenktynės.) - didžiausia leistina galia, kurią fotorezistorius gali išsklaidyti esant nuolatinei elektros apkrovai ir aplinkos temperatūrai, nekeičiant parametrų, viršijančių techninėse specifikacijose nustatytą normą.
9. Izoliacijos varža ( RIr).
10. Ilgo bangos ilgio riba ( l).

Pagrindinės fotorezistorių charakteristikos yra:

1. voltas-amperas ( aš= f(U)) - šviesos, tamsos ar foto srovės priklausomybė (su F =konst) nuo veikiančios įtampos.
2. Šviesus arba liukso stiprintuvas (aš= f(E))- fotosrovės priklausomybė nuo šviesos srauto, kritimo ar apšvietimo (at U= konst).
3. Spektrinė (aš= f(l)) - fotosrovės priklausomybė nuo šviesos srauto bangos ilgio (at U= konst).
4. Dažnis (I Ф = f (F Ф)) - fotosrovės priklausomybė nuo šviesos srauto moduliacijos dažnio (esant U = const).

Didelis integralinis jautrumas leidžia naudoti rezistorius net ir be stiprintuvų, o maži jų matmenys yra plataus naudojimo priežastys. Pagrindiniai fotorezistorių trūkumai yra jų inercija ir stipri temperatūros įtaka, dėl kurios atsiranda įvairių charakteristikų.

Fotodiodas

Fotodiodai — Tai puslaidininkiniai diodai, kuriuose naudojamas vidinis fotoelektrinis efektas. Šviesos srautas valdo fotodiodų atvirkštinę srovę. Šviesai veikiant elektronų skylės sandūrą, susidaro krūvininkų poros, padidėja diodo laidumas ir didėja atvirkštinė srovė. Šis veikimo režimas vadinamas fotodiodiniu režimu. Antrasis režimo tipas yra fotogeneratorius. Skirtingai nuo fotogeneratoriaus režimo, fotodiodo režimui reikia naudoti išorinį maitinimo šaltinį.

Fotodiodo prijungimo grandinė, skirta darbui fotodiodo režimu

Pagrindiniai fotodiodų parametrai:

• integralinis jautrumas (~ 10 mA / lm): darbinė įtampa (10 - 30 V);
• tamsi srovė (~ 2 - 20 µA).

Pagrindinės fotodiodų charakteristikos:

• volt-amper (I = f (U)) - šviesos, tamsos arba fotosrovės (esant Ф = const) priklausomybė nuo naudojamos įtampos;
• energija ( ašF = f(F))- fotosrovės priklausomybė nuo šviesos srauto (at U= konst) - linijinis, mažai priklauso nuo įtampos.

Fotodiodo režimo fotodiodo srovės įtampos charakteristikos

Lavininiuose fotodioduose pn sandūroje vyksta lavininis nešėjų dauginimasis ir dėl to jautrumas padidėja dešimtis kartų. Fotodiodai su Schottky barjeru pasižymi dideliu našumu. Fotodiodai su heterosandūromis veikia kaip EML generatoriai. Germanio fotodiodai naudojami kaip infraraudonosios spinduliuotės indikatoriai; silicis - šviesos energijai paversti elektros energija (saulės baterijos, skirtos autonominiam įvairios įrangos maitinimui erdvėje - fotoekspozicijos matuokliams ir apšvietimo techniniams matavimams gaminti, nes jų spektrinės charakteristikos yra artimos žmogaus spektrinėms savybėms); akis.

Fototranzistorius

Fototranzistoriai yra puslaidininkiniai įtaisai su dviem p-n jungtimis, skirti šviesos srautą paversti elektros srove. Fototranzistorius struktūriškai skiriasi nuo įprasto bipolinio tranzistoriaus tuo, kad jo korpusas turi permatomą langą, pro kurį šviesa gali patekti į pagrindo plotą.

Maitinimo įtampa tiekiama į emiterį ir kolektorių, jo kolektoriaus sandūra uždaryta, o emiterio – atvira. Pagrindas lieka laisvas. Kai apšviečiamas fototranzistorius, jo bazėje susidaro elektronai ir skylės. Kolektoriaus sandūroje yra pasiskirstę elektronų skylių perėjimai, kurie dėl difuzijos pasiekė perėjimo ribą. Skylės (mažumos krūvininkai puslaidininkyje) pereinamuoju lauku perduodamos į kolektorių, padidindami savo srovę, o elektronai (dauguma krūvininkai) lieka bazėje, sumažindami jo potencialą. Sumažėjus baziniam potencialui, emiterio sandūroje susidaro papildoma tiesioginė įtampa ir padidėja skylių įpurškimas iš emiterio į pagrindą. Į pagrindą įleistos skylės, pasiekiančios kolektoriaus sandūrą, papildomai padidina kolektoriaus srovę.

Dvipolio fototranzistoriaus su laisva baze (a) ir fototranzistoriaus prijungimo grandine (b) blokinė schema

Apšviesto fototranzistoriaus kolektoriaus srovė pasirodo gana didelė; Šviesos ir tamsios srovės santykis siekia kelis šimtus.

Yra dvi fototranzistorių įjungimo parinktys:

• diodas- naudojant tik du kaiščius (emiterio ir kolektoriaus)
• tranzistorius- naudojant tris gnybtus, kai į įėjimą tiekiamas ne tik šviesos, bet ir elektros signalas.

Optoelektronikoje, automatikoje ir telemechanikoje fototranzistoriai naudojami tiems patiems tikslams kaip ir fotodiodai, tačiau jautrumo slenksčiu ir temperatūros diapazonu jie yra prastesni už juos. Fototranzistorių jautrumas didėja didėjant jų apšvietimo intensyvumui.

Fototiristorius

Fototiristorius – tai puslaidininkinis įtaisas su keturių sluoksnių p-n-p-n struktūra, jungiantis tiristoriaus ir fotodetektoriaus savybes ir paverčiantis šviesą elektra.

Nesant šviesos signalo ir valdymo srovės, fototiristorius uždaromas ir per jį teka tik tamsi srovė. Fototiristorius atidaromas šviesos srautu, kuris pro jo korpuse esantį „langą“ patenka į bazes p 2 ir n 1 ir sukuria elektronų skylių poras. Tai veda prie pirminių fotosrovių atsiradimo ir bendros fotosrovės susidarymo. Iš to išplaukia, kad kai šviesos srautas patenka į bazes p 2 ir n 1, emiterio srovė didėja, srovės perdavimo koeficientas α iš emiterio į kolektorių yra apšvietimo funkcija, kuri keičia p-n srovę. Fototiristoriaus varža svyruoja nuo 0,1 omo (atviroje būsenoje) iki 10 8 omų (uždarytoje būsenoje), o perjungimo laikas yra 10 -5 - 10 -6 s.

Fototiristoriaus struktūra

Iš šviesos savybių ašir tt = F(F) adresu Uir tt = Konst matyti, kad įjungus fototiristorių srovė per jį padidėja iki ašir tt= E pr.Rapkrova ir daugiau nesikeičia, tai yra, fototiristorius turi dvi stabilias būsenas ir gali būti naudojamas kaip atminties elementas. Pagal srovės įtampos charakteristiką ašir tt = F(Uir tt) adresu F =konst(F 2 > F1 > Fo) Galima pastebėti, kad didėjant šviesos srautui, įtampa ir veikimo laikas mažėja.

Fototiristoriaus charakteristikos: a - šviesa, b - srovės-įtampos charakteristika, c - perjungimo laiko priklausomybė nuo šviesos srauto

Fototiristorių pranašumai yra šie:

• didelė apkrova su maža valdymo signalo galia;
• galimybė gauti reikiamą šaltinio signalą be papildomų stiprinimo pakopų;
• atminties buvimas, tai yra, atviros būsenos palaikymas pašalinus valdymo signalą;
• didesnis jautrumas;
• didelio našumo.

Minėtos fototiristorių savybės leidžia supaprastinti grandines, pašalinant stiprintuvus ir relės elementus, o tai labai svarbu pramoninėje elektronikoje, pavyzdžiui, aukštos įtampos keitikliuose. Dažniausiai fototiristoriai naudojami galingiems elektros signalams perjungti šviesos signalu.

Taigi, nepaisant to, kad optoelektronika buvo viena pirmųjų radijo elektronikos sričių, ji išlaikė savo svarbą iki šių dienų, skirtingai nei daugelis technologijų, kurios nugrimzdo į užmarštį.

Optoelektroniniai prietaisai yra prietaisai, jautrūs elektromagnetinei spinduliuotei matomoje, infraraudonojoje ir ultravioletinėje srityse, taip pat prietaisai, kurie gamina arba naudoja tokią spinduliuotę.

Spinduliuotė matomoje, infraraudonojoje ir ultravioletinėje srityse priskiriama optiniam spektro diapazonui. Paprastai šis diapazonas apima elektromagnetines bangas, kurių ilgis yra 1 nm iki 1 mm, kuris atitinka dažnius nuo maždaug 0,5 10 12 Hz iki 5 · 10 17 Hz. Kartais jie kalba apie siauresnį dažnių diapazoną - nuo 10 nm iki 0,1 mm(~5·10 12 …5·10 16 Hz). Matomas diapazonas atitinka bangų ilgius nuo 0,38 µm iki 0,78 µm (dažnis apie 10 15 Hz).

Praktikoje plačiai naudojami spinduliuotės šaltiniai (emiteriai), spinduliuotės imtuvai (fotodetektoriai) ir optronai (optronai).

Optronas yra įrenginys, kuriame yra ir spinduliuotės šaltinis, ir imtuvas, struktūriškai sujungti ir patalpinti viename korpuse.

Šviesos diodai ir lazeriai plačiai naudojami kaip spinduliuotės šaltiniai, o fotorezistoriai, fotodiodai, fototranzistoriai ir fototiristoriai – kaip imtuvai.

Plačiai naudojami optronai, kuriuose naudojamos LED-fotodiodo, LED-fototranzistoriaus, LED-fototiristoriaus poros.

Pagrindiniai optoelektroninių prietaisų privalumai:

· didelė optinių informacijos perdavimo kanalų informacinė talpa, kuri yra naudojamų aukštų dažnių pasekmė;

· pilna galvaninė spinduliuotės šaltinio ir imtuvo izoliacija;

· jokios spinduliuotės imtuvo įtakos šaltiniui (vienkryptis informacijos srautas);

· optinių signalų atsparumas elektromagnetiniams laukams (atsparumas dideliam triukšmui).

Šviesos diodas (LED)

Šviesos diodas, veikiantis matomų bangų ilgių diapazone, dažnai vadinamas šviesos diodu arba LED.

Panagrinėkime skleidžiančių diodų įrenginį, charakteristikas, parametrus ir žymėjimo sistemą.

Įrenginys. Scheminis spinduliavimo diodo struktūros vaizdas parodytas Fig. 6.1,a, o jo simbolinis grafinis žymėjimas yra pav. 6.2, b.

Spinduliuotė atsiranda, kai teka tiesioginė diodo srovė dėl elektronų ir skylių rekombinacijos regione p-n-perėjimo ir teritorijose, esančiose greta nurodytos teritorijos. Rekombinacijos metu išspinduliuojami fotonai.

Charakteristikos ir parametrai. Šviesos diodams, veikiantiems matomame diapazone (bangos ilgiai nuo 0,38 iki 0,78 µm, dažnis apie 10 15 Hz), plačiai naudojamos šios charakteristikos:

· spinduliuotės ryškumo priklausomybė L iš diodo srovės i(ryškumo charakteristika);

priklausomybė nuo šviesos intensyvumo Iv iš diodo srovės i.

Ryžiai. 6.1. Šviesos diodo struktūra ( A)

ir jo grafinis vaizdas ( b)

AL102A tipo šviesos diodo ryškumo charakteristika parodyta fig. 6.2. Šio diodo švytėjimo spalva yra raudona.

Ryžiai. 6.2. LED ryškumo charakteristika

AL316A šviesos diodo šviesos stiprio priklausomybės nuo srovės grafikas parodytas Fig. 6.3. Švytėjimo spalva yra raudona.

Ryžiai. 6.3. Šviesos stiprio priklausomybė nuo LED srovės

Spinduliavimo diodams, veikiantiems už matomo diapazono ribų, naudojamos charakteristikos, atspindinčios spinduliuotės galios priklausomybę R iš diodo srovės i. AL119A tipo spinduliavimo diodo, veikiančio infraraudonųjų spindulių diapazone (bangos ilgis 0,93...0,96), spinduliuotės galios priklausomybės nuo srovės grafiko galimų pozicijų zona µm), parodyta fig. 6.4.

Štai keletas AL119A diodo parametrų:

· spinduliuotės impulso kilimo laikas – ne daugiau kaip 1000 ns;

· spinduliuotės impulso slopinimo laikas – ne daugiau kaip 1500 ns;

pastovi įtampa ties i=300 mA– ne daugiau kaip 3 IN;

· pastovi didžiausia leistina tiesioginė srovė ties t<+85°C – 200 mA;

· aplinkos temperatūra –60…+85°С.

Ryžiai. 6.4. Spinduliuotės galios priklausomybė nuo LED srovės

Norėdami gauti informacijos apie galimas naudingumo koeficiento reikšmes, pažymime, kad ZL115A, AL115A tipo spinduliavimo diodai, veikiantys infraraudonųjų spindulių diapazone (bangos ilgis 0,95 µm, spektro plotis ne didesnis kaip 0,05 µm), kurių efektyvumo koeficientas yra ne mažesnis kaip 10%.

Žymėjimo sistema. Šviesos diodams naudojama žymėjimo sistema apima dviejų ar trijų raidžių ir trijų skaičių naudojimą, pavyzdžiui, AL316 arba AL331. Pirmoji raidė nurodo medžiagą, antroji (arba antroji ir trečioji) nurodo dizainą: L - vienas šviesos diodas, LS - šviesos diodų eilutė arba matrica. Vėlesni skaičiai (o kartais ir raidės) nurodo kūrimo numerį.

Fotorezistorius

Fotorezistorius yra puslaidininkinis rezistorius, kurio varža yra jautri elektromagnetinei spinduliuotei optiniame spektro diapazone. Scheminis fotorezistoriaus struktūros vaizdas parodytas Fig. 6,5, A, o jo įprastas grafinis vaizdas yra pav. 6,5, b.

Fotonų srautas, patenkantis į puslaidininkį, sukelia porų atsiradimą. elektronų skylė, didėjantis laidumas (mažėjantis pasipriešinimas). Šis reiškinys vadinamas vidiniu fotoelektriniu efektu (fotolaidumo efektu). Fotorezistoriams dažnai būdinga srovės priklausomybė i nuo apšvietimo E esant tam tikrai įtampai rezistoriuje. Tai yra vadinamasis liukso stiprintuvas charakteristika (6.6 pav.).

Ryžiai. 6.5. Struktūra ( A) ir schematinis žymėjimas ( b) fotorezistorius

Ryžiai. 6.6. Fotorezistoriaus FSK-G7 liukso amperų charakteristika

Dažnai naudojami šie fotorezistoriaus parametrai:

· vardinis tamsus (nesant šviesos srauto) atsparumas (FSK-G7 ši varža yra 5 MOhm);

· integralinis jautrumas (jautrumas nustatomas, kai fotorezistorius apšviečiamas sudėtingos spektrinės sudėties šviesa).

Integralinis jautrumas (srovės jautrumas šviesos srautui) S nustatomas pagal išraišką:

Kur i f– vadinamoji fotosrovė (skirtumas tarp srovės, kai šviečia, ir srovės, kai nėra apšvietimo);

F- šviesos srautas.

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

Fotodiodas

Struktūra ir pagrindiniai fizikiniai procesai. Supaprastinta fotodiodo struktūra parodyta fig. 6.7, A, o jo įprastas grafinis vaizdas yra pav. 6.7, b.

Ryžiai. 6.7. Fotodiodo struktūra (a) ir žymėjimas (b).

Fizikiniai procesai, vykstantys fotodioduose, yra priešingi, palyginti su procesais, vykstančiais šviesos dioduose. Pagrindinis fizinis fotodiodo reiškinys yra porų generavimas elektronų skylė srityje p-n-perėjimas ir šalia jo esančiose zonose veikiant radiacijai.

Poros generavimas elektronų skylė padidina diodo atvirkštinę srovę esant atvirkštinei įtampai ir atsiranda įtampa tu ak tarp anodo ir katodo su atvira grandine. Be to tu ak>0 (skylės eina į anodą, o elektronai patenka į katodą veikiami elektrinio lauko p-n– perėjimas).

Charakteristikos ir parametrai. Patogu fotodiodus charakterizuoti pagal srovės įtampos charakteristikų šeimą, atitinkančią skirtingus šviesos srautus (šviesos srautas matuojamas liumenais, lm) arba skirtingą apšvietimą (apšvietimas matuojamas liuksais, Gerai).

Fotodiodo srovės-tampos charakteristikos (voltų-amperų charakteristikos) parodytos fig. 6.8.

Ryžiai. 6.8. Fotodiodo srovės-įtampos charakteristikos

Tegul šviesos srautas iš pradžių yra lygus nuliui, tada fotodiodo srovės įtampos charakteristika iš tikrųjų pakartoja įprasto diodo srovės įtampos charakteristiką. Jei šviesos srautas nėra lygus nuliui, tada į sritį prasiskverbia fotonai p-n- perėjimas, sukelti porų susidarymą elektronų skylė. Veikiamas elektrinio lauko p-n- pereinant, srovės nešikliai pereina į elektrodus (skyles - į sluoksnio elektrodą p, elektronai – į sluoksninį elektrodą n). Dėl to tarp elektrodų atsiranda įtampa, kuri didėja didėjant šviesos srautui. Esant teigiamai anodo-katodo įtampai, diodo srovė gali būti neigiama (ketvirtasis charakteristikos kvadrantas). Šiuo atveju prietaisas nenaudoja, o gamina energiją.

Praktikoje fotodiodai naudojami tiek vadinamuoju fotogeneratoriaus režimu (fotovoltinis režimas, vožtuvo režimas), tiek vadinamuoju fotokonverterio režimu (fotodiodo režimu).

Fotogeneratoriaus režimu saulės elementai paverčia šviesą elektra. Šiuo metu saulės elementų efektyvumas siekia 20 proc. Kol kas energija, gaunama iš saulės elementų, yra maždaug 50 kartų brangesnė nei energija, gaunama iš anglies, naftos ar urano.

Fotokonverterio režimas atitinka srovės įtampos charakteristiką trečiajame kvadrante. Šiuo režimu fotodiodas sunaudoja energiją ( u· i> 0) iš kokio nors išorinio įtampos šaltinio, būtinai esančio grandinėje (6.9 pav.). Šio režimo grafinė analizė atliekama naudojant apkrovos liniją, kaip ir įprastam diodui. Šiuo atveju charakteristikos paprastai sutartinai vaizduojamos pirmajame kvadrante (6.10 pav.).

Ryžiai. 6.9 pav. 6.10

Fotodiodai yra greičiau veikiantys įrenginiai, palyginti su fotorezistoriais. Jie veikia 10 7 – 10 10 dažniais Hz. Fotodiodas dažnai naudojamas optronuose LED-fotodiodas. Šiuo atveju skirtingos fotodiodo charakteristikos atitinka skirtingas šviesos diodo sroves (kuris tuo pačiu metu sukuria skirtingus šviesos srautus).

Optronas (optronas)

Optronas yra puslaidininkinis įtaisas, kuriame yra spinduliuotės šaltinis ir spinduliuotės imtuvas, sujungti viename korpuse ir sujungti optiškai, elektra ir vienu metu abiem jungtimis. Labai plačiai paplitę optronai, kuriuose kaip spinduliuotės imtuvas naudojamas fotorezistorius, fotodiodas, fototranzistorius ir fototiristorius.

Rezistoriniuose optronuose, pasikeitus įvesties grandinės režimui, išėjimo varža gali pasikeisti 10 7 ... 10 8. Be to, fotorezistoriaus srovės įtampos charakteristika yra labai tiesinė ir simetriška, todėl varžiniai optronai plačiai naudojami analoginiuose įrenginiuose. Rezistorinių optronų trūkumas yra mažas jų greitis – 0,01...1 Su.

Skaitmeninės informacijos signalų perdavimo grandinėse daugiausia naudojami diodiniai ir tranzistoriniai optronai, o aukštos įtampos, didelės srovės grandinių optiniam perjungimui – tiristorių optronai. Tiristorių ir tranzistorių optronų veikimui būdingas perjungimo laikas, kuris dažnai svyruoja nuo 5...50 mks.

Pažvelkime atidžiau į LED-fotodiodinį optroną (6.11 pav., A). Spinduliavimo diodas (kairėje) turi būti jungiamas į priekį, o fotodiodas turi būti jungiamas į priekį (fotogeneratoriaus režimas) arba atbuline kryptimi (fotokonverterio režimas). Optroninių diodų srovių ir įtampų kryptys parodytos fig. 6.11, b.

Ryžiai. 6.11. Optrono schema (a) ir srovių bei įtampų kryptis jame (b)

Pavaizduokime dabartinę priklausomybę aš išeinu nuo srovės aš įvedu adresu tu išeini=0 optronui AOD107A (6.12 pav.). Nurodytas optronas skirtas veikti tiek fotogeneratoriaus, tiek fotokonverterio režimais.

Ryžiai. 6.12. Optrono AOD107A perdavimo charakteristika

Optoelektroniniai prietaisai

Pagrindinės matomos šviesos diodų charakteristikos

Pagrindinės infraraudonųjų spindulių šviesos diodų charakteristikos

Optoelektroniniai prietaisai plačiąja prasme

Naudotų šaltinių sąrašas

Optoelektroniniai prietaisai

Optoelektroninių prietaisų veikimas pagrįstas elektronfotoniniais informacijos priėmimo, perdavimo ir saugojimo procesais.

Paprasčiausias optoelektroninis prietaisas yra optoelektroninė pora arba optronas. Optrono, susidedančio iš spinduliuotės šaltinio, panardinimo terpės (šviesos kreiptuvo) ir fotodetektoriaus, veikimo principas pagrįstas elektrinio signalo pavertimu optiniu, o vėliau – elektriniu.

Optronai, kaip funkciniai įrenginiai, turi šiuos pranašumus, palyginti su įprastiniais radijo elementais:

pilna galvaninė izoliacija „įėjimas – išėjimas“ (izoliacijos varža viršija 10 12 – 10 14 omų);

absoliutus triukšmo atsparumas informacijos perdavimo kanale (informacijos nešėjai yra elektriškai neutralios dalelės – fotonai);

vienakryptis informacijos srautas, kuris siejamas su šviesos sklidimo savybėmis;

plačiajuostis ryšys dėl didelio optinių virpesių dažnio,

pakankamas greitis (kelios nanosekundės);

aukšta gedimo įtampa (dešimtys kilovoltų);

žemas triukšmo lygis;

geras mechaninis stiprumas.

Pagal atliekamas funkcijas optroną galima palyginti su transformatoriumi (sujungimo elementu) su rele (raktu).

Optronų įtaisuose naudojami puslaidininkiniai spinduliuotės šaltiniai - šviesos diodai, pagaminti iš grupės junginių medžiagų. A III B V , iš kurių perspektyviausi yra galio fosfidas ir arsenidas. Jų spinduliavimo spektras yra matomos ir artimos infraraudonosios spinduliuotės (0,5 - 0,98 mikrono) srityje. Šviesos diodai, kurių pagrindą sudaro galio fosfidas, šviečia raudonai ir žaliai. Šviesos diodai, pagaminti iš silicio karbido, yra perspektyvūs, nes turi geltoną švytėjimą ir veikia esant aukštai temperatūrai, drėgmei ir agresyvioje aplinkoje.

Šviesos diodai, skleidžiantys šviesą matomame spektro diapazone, naudojami elektroniniuose laikrodžiuose ir mikroskaičiuotuvuose.

Šviesos diodams būdinga gana plati spinduliuotės spektrinė sudėtis, kryptingumo modelis; kvantinis efektyvumas, nustatomas pagal skleidžiamų šviesos kvantų skaičiaus santykį su tų, kurie praeina pro jį p-n-elektronų perėjimas; galia (su nematoma spinduliuote) ir ryškumas (su matoma spinduliuote); voltų-amperų, ​​liumenų-amperų ir vatų-amperų charakteristikos; greitis (elektroliuminescencijos padidėjimas ir mažėjimas impulsinio žadinimo metu), darbinės temperatūros diapazonas. Didėjant darbinei temperatūrai, šviesos diodo ryškumas mažėja, o spinduliavimo galia mažėja.

Pagrindinės šviesos diodų charakteristikos matomajame diapazone pateiktos lentelėje. 1, o infraraudonųjų spindulių diapazonas - lentelėje. 2.

1 lentelė Pagrindinės matomos šviesos diodų charakteristikos

Diodo tipas	Ryškumas, cd/m 2 arba šviesos intensyvumas, mcd		Švytinti spalva	Tiesioginė srovė, mA
KL101 A–B AL102 A – G AL307 A – G	10 – 20 cd/m2 40–250 mcd 150–1500 mcd		Raudona Žalia Raudona Žalia

Šviesos diodai optoelektroniniuose įrenginiuose su fotodetektoriais jungiami imersine terpe, kurios pagrindinis reikalavimas – signalo perdavimas su minimaliais nuostoliais ir iškraipymu. Optoelektroniniuose įrenginiuose naudojamos kietos panardinamosios terpės - polimeriniai organiniai junginiai (optiniai klijai ir lakai), chalkogenidinės terpės ir optinės skaidulos. Priklausomai nuo optinio kanalo tarp emiterio ir fotodetektoriaus ilgio, optoelektroniniai prietaisai gali būti skirstomi į optines jungtis (kanalo ilgis 100 - 300 mikronų), optoizoliatorius (iki 1 m) ir šviesolaidines ryšio linijas - šviesolaidines linijas ( iki dešimčių kilometrų).

2 lentelė. Pagrindinės infraraudonųjų spindulių šviesos diodų charakteristikos

Diodo tipas	Bendra spinduliuotės galia, mW	Pastovi tiesioginė įtampa, V	Spinduliuotės bangos ilgis, mikronai	Radiacijos impulso kilimo laikas, ns	Spinduliuotės impulso slopinimo laikas, ns
AL106 A – D	0,6–1 (esant srovei 50 mA) 0,2–1,5 (esant srovei 100 mA) 6–10 (esant srovei 100 mA) 1,5 (esant 100 mA srovei) 0,2 (esant 20 mA srovei) 10 (esant srovei 50 mA)

Fotodetektoriams, naudojamiems optronų įrenginiuose, taikomi reikalavimai dėl spektrinių charakteristikų suderinimo su emiteriu, nuostolių, šviesos signalo konvertavimo į elektrinį signalą mažinimo, šviesos jautrumo, greičio, šviesai jautrios srities dydžio, patikimumo ir triukšmo lygio.

Optronams perspektyviausi yra fotodetektoriai su vidiniu fotoelektriniu efektu, kai fotonų sąveika su elektronais tam tikras fizines savybes turinčių medžiagų viduje lemia elektronų perėjimus šių medžiagų kristalinės gardelės tūryje.

Vidinis fotoelektrinis efektas pasireiškia dviem būdais: fotodetektoriaus varžos pokyčiu veikiant šviesai (fotorezistoriai) arba foto-emf atsiradimu dviejų medžiagų – puslaidininkio-puslaidininkio, metalo-puslaidininkio – sąsajoje. (perjungiami fotoelementai, fotodiodai, fototranzistoriai).

Fotodetektoriai su vidiniu fotoelektriniu efektu skirstomi į fotodiodus (su p-n-sandūra, MIS struktūra, Šotkio barjeras), fotorezistoriai, fotodetektoriai su vidiniu stiprinimu (fototranzistoriai, sudėtiniai fototranzistoriai, fototiristoriai, lauko fototranzistoriai).

Fotodiodai yra pagaminti iš silicio ir germanio. Maksimalus silicio spektrinis jautrumas yra 0,8 mikrono, o germanio - iki 1,8 mikrono. Jie veikia atvirkštiniu poslinkiu p-n-perėjimas, kuris leidžia padidinti jų našumą, stabilumą ir charakteristikų tiesiškumą.

Fotodiodai dažniausiai naudojami kaip įvairaus sudėtingumo optoelektroninių prietaisų fotodetektoriai. p- i-n-struktūros kur i– išeikvota didelio elektrinio lauko sritis. Pakeitus šios srities storį, dėl mažos nešėjų talpos ir skrydžio laiko galima gauti geras veikimo ir jautrumo charakteristikas.

Lavinos fotodiodai turi didesnį jautrumą ir našumą, nes daugindami krūvininkų daugina fotosrovę. Tačiau šie fotodiodai nėra pakankamai stabilūs temperatūros diapazone ir reikalauja aukštos įtampos maitinimo šaltinių. Fotodiodai su Schottky barjeru ir MIS struktūra yra perspektyvūs naudoti tam tikruose bangų ilgių diapazonuose.

Fotorezistoriai daugiausia gaminami iš polikristalinių puslaidininkių plėvelių, kurių pagrindą sudaro junginys (kadmis su siera ir selenu). Maksimalus fotorezistorių spektrinis jautrumas yra 0,5 - 0,7 mikrono. Fotorezistoriai dažniausiai naudojami prasto apšvietimo sąlygomis; jautrumu jie yra panašūs į fotodaugintuvus - įrenginius, turinčius išorinį fotoelektrinį efektą, tačiau jiems reikia žemos įtampos. Fotorezistorių trūkumai yra mažas našumas ir didelis triukšmo lygis.

Labiausiai paplitę viduje sustiprinti fotodetektoriai yra fototranzistoriai ir fototiristoriai. Fototranzistoriai yra jautresni nei fotodiodai, bet lėtesni. Norint dar labiau padidinti fotodetektoriaus jautrumą, naudojamas kompozitinis fototranzistorius, kuris yra foto ir stiprinimo tranzistorių derinys, tačiau jo našumas yra mažas.

Optronuose fototiristorius (puslaidininkinis įtaisas su trimis p- n- perėjimai, perjungimai, kai šviečia), kurio jautrumas ir išėjimo signalo lygis yra didelis, tačiau greitis yra nepakankamas.

Optronų tipų įvairovę daugiausia lemia fotodetektorių savybės ir charakteristikos. Vienas iš pagrindinių optronų panaudojimo būdų yra efektyvi skaitmeninių ir analoginių signalų siųstuvų ir imtuvų galvaninė izoliacija. Šiuo atveju optroną galima naudoti keitiklio arba signalo jungiklio režimu. Optroną apibūdina leistinas įvesties signalas (valdymo srovė), srovės perdavimo koeficientas, greitis (perjungimo laikas) ir apkrova.

Srovės perdavimo koeficiento ir perjungimo laiko santykis vadinamas optrono kokybės koeficientu ir yra 10 5 – 10 6 fotodiodiniams ir fototranzistoriniams optronams. Plačiai naudojami fototiristorių pagrindu pagaminti optronai. Fotorezistoriniai optronai nėra plačiai naudojami dėl mažo laiko ir temperatūros stabilumo. Kai kurių optronų schemos parodytos Fig. 4, Reklama.

Kaip koherentinės spinduliuotės šaltiniai naudojami didelio stabilumo, gerų energetinių charakteristikų ir efektyvumo lazeriai. Optoelektronikoje kompaktiškų įrenginių projektavimui naudojami puslaidininkiniai lazeriai – lazeriniai diodai, naudojami, pavyzdžiui, šviesolaidinėse ryšio linijose vietoj tradicinių informacijos perdavimo linijų – kabelių ir laidų. Jie pasižymi dideliu pralaidumu (gigahercų vienetų pralaidumu), atsparumu elektromagnetiniams trukdžiams, mažu svoriu ir matmenimis, visa elektros izoliacija nuo įvesties iki išėjimo, sprogimo ir priešgaisrinės saugos. Ypatinga FOCL savybė yra specialaus šviesolaidinio kabelio naudojimas, kurio struktūra parodyta fig. 5. Tokių kabelių pramoninių pavyzdžių slopinimas yra 1 – 3 dB/km ir mažesnis. Šviesolaidinės ryšio linijos naudojamos telefono ir kompiuterių tinklams, kabelinės televizijos sistemoms tiesti su aukštos kokybės perduodamu vaizdu. Šios linijos leidžia vienu metu perduoti dešimtis tūkstančių pokalbių telefonu ir kelias televizijos programas.

Pastaruoju metu intensyviai plėtojami ir plačiai paplitę optiniai integriniai grandynai (OIC), kurių visi elementai susidaro nusodinant reikiamas medžiagas ant pagrindo.

Skystųjų kristalų prietaisai, plačiai naudojami kaip indikatoriai elektroniniuose laikrodžiuose, yra perspektyvūs optoelektronikoje. Skystieji kristalai yra organinė medžiaga (skystis), turinti kristalo savybes ir yra pereinamojoje būsenoje tarp kristalinės fazės ir skysčio.

Skystųjų kristalų indikatoriai turi didelę skiriamąją gebą, yra palyginti pigūs, sunaudoja mažai energijos ir veikia esant dideliam apšvietimui.

Skystieji kristalai, kurių savybės panašios į pavienius kristalus (nematika), dažniausiai naudojami šviesos indikatoriuose ir optinėse atminties įrenginiuose. Yra sukurti ir plačiai naudojami skystieji kristalai (smektikai). naudojamas termooptiniam informacijos įrašymui.

Optoelektroniniai prietaisai, sukurti palyginti neseniai, dėl savo unikalių savybių plačiai paplito įvairiose mokslo ir technologijų srityse. Daugelis jų neturi analogų vakuuminėje ir puslaidininkių technologijoje. Tačiau vis dar yra daug neišspręstų problemų, susijusių su naujų medžiagų kūrimu, šių prietaisų elektrinių ir eksploatacinių charakteristikų gerinimu bei jų gamybos technologinių metodų kūrimu.

Optoelektroninis puslaidininkinis įtaisas - puslaidininkinis įtaisas, kurio veikimas pagrįstas spinduliuotės, perdavimo ar sugerties reiškinių naudojimu matomoje, infraraudonojoje arba ultravioletinėje spektro srityse.

Optoelektroniniai prietaisai plačiąja prasme yra įrenginiai , naudojant optinę spinduliuotę savo darbui: generuoti, aptikti, konvertuoti ir perduoti informacinį signalą. Paprastai šiuose įrenginiuose yra vienas ar kitas optoelektroninių elementų rinkinys. Savo ruožtu pačius įrenginius galima skirstyti į standartinius ir specialiuosius, standartiniais laikant tuos, kurie gaminami masiškai, plačiai naudojami įvairiose pramonės šakose, o specialūs įrenginiai gaminami atsižvelgiant į konkrečios pramonės – mūsų atveju spausdinimo – specifiką.

Visa optoelektroninių elementų įvairovė suskirstyta į šias produktų grupes: spinduliuotės šaltiniai ir imtuvai, indikatoriai, optiniai elementai ir šviesos kreiptuvai, taip pat optinės laikmenos, leidžiančios kurti valdymo elementus, rodyti ir saugoti informaciją. Žinoma, kad bet koks sisteminimas negali būti baigtinis, tačiau, kaip teisingai pastebėjo mūsų tautietis, 1869 metais atradęs periodinį cheminių elementų dėsnį Dmitrijus Ivanovičius Mendelejevas (1834-1907), mokslas prasideda ten, kur atsiranda skaičiavimas, t.y. vertinimas, palyginimas, klasifikavimas, dėsningumų nustatymas, kriterijų, bendrų požymių nustatymas. Atsižvelgiant į tai, prieš pradedant apibūdinti konkrečius elementus, būtina bent jau bendrais bruožais pateikti išskirtinę optoelektronikos gaminių savybę.

Kaip minėta aukščiau, pagrindinis optoelektronikos skiriamasis bruožas yra ryšys su informacija. Pavyzdžiui, jeigu kokiame nors instaliacijoje plieniniams velenams grūdinti naudojama lazerio spinduliuotė, tai vargu ar logiška šį įrenginį priskirti prie optoelektroninių įrenginių (nors teisę tai daryti turi pats lazerio spinduliuotės šaltinis).

Taip pat pastebėta, kad kietojo kūno elementai dažniausiai priskiriami optoelektronikai (Maskvos energetikos institutas išleido kurso „Optoelektronika“ vadovėlį „Puslaidininkinės optoelektronikos instrumentai ir įrenginiai“). Tačiau ši taisyklė nėra labai griežta, nes kai kuriuose optoelektronikos leidiniuose išsamiai aptariamas fotodaugintuvų ir katodinių spindulių vamzdžių (tai yra elektrinių vakuuminių įrenginių), dujinių lazerių ir kitų ne kietojo kūno įrenginių veikimas. Tačiau spausdinimo pramonėje minėti įrenginiai yra plačiai naudojami kartu su kietojo kūno (taip pat ir puslaidininkiniais), sprendžiant panašias problemas, todėl šiuo atveju jie turi teisę į tai atsižvelgti.

Verta paminėti dar tris išskirtinius bruožus, kurie, pasak garsaus optoelektronikos srities specialisto Jurijaus Romanovičiaus Nosovo, apibūdina ją kaip mokslinę ir techninę kryptį.

Fizinis optoelektronikos pagrindas susideda iš reiškinių, metodų ir priemonių, kurioms svarbiausias yra optinių ir elektroninių procesų derinys ir tęstinumas. Optoelektroninis prietaisas plačiai apibrėžiamas kaip prietaisas, jautrus elektromagnetinei spinduliuotei matomoje, infraraudonojoje (IR) arba ultravioletinėje (UV) srityse, arba prietaisas, kuris skleidžia ir konvertuoja nenuoseklią arba koherentinę spinduliuotę tose pačiose spektrinėse srityse.

Techninius optoelektronikos pagrindus lemia šiuolaikinės mikroelektronikos projektavimo ir technologinės koncepcijos: elementų miniatiūrizavimas; lengvatinis vientisų plokščių konstrukcijų vystymas; elementų ir funkcijų integravimas.

Funkcinė optoelektronikos paskirtis – spręsti informatikos problemas: informacijos generavimas (formavimas) įvairius išorinius poveikius paverčiant atitinkamais elektriniais ir optiniais signalais; informacijos perdavimas; informacijos apdorojimas (transformavimas) pagal duotą algoritmą; informacijos saugojimas, įskaitant tokius procesus kaip įrašymas, pats saugojimas, neardomasis skaitymas, trynimas; informacijos rodymas, t.y. informacinės sistemos išvesties signalų konvertavimas į žmogui suvokiamą formą.

Naudotų šaltinių sąrašas

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

FEDERALINĖ ŠVIETIMO AGENTŪRA

Valstybinė aukštojo profesinio mokymo įstaiga

TJUMENO VALSTYBINIO NAFTOS IR DUJŲ UNIVERSITETAS

TRANSPORTO INSTITUTAS

Esė

tema „Optoelektroniniai prietaisai“.

Užbaigta:

OBD grupės – 08

Čekardinas

Patikrinta:

Sidorova A.E.

Tiumenė 2010 m

1. Elementai optoelektroniniai prietaisai

   Santrauka >> Komunikacijos ir komunikacijos

   Pagal sudėtinio tranzistoriaus grandinę. Optoelektronika prietaisai Darbas optoelektroniniai prietaisai remiantis elektroniniu-fotoniniu... informacijos perdavimu ir saugojimu. Paprasčiausias optoelektroniniai prietaisas yra optoelektroniniai pora arba optronas. Veikimo principas...

2. Optronų taikymas ir prietaisai informacijai rodyti

   Santrauka >> Komunikacijos ir komunikacijos

   Apibrėžimai Optronai vadinami tokiais optoelektroniniai prietaisai, kuriame yra šaltinis ir... 2. V. I. Ivanovas, A. I. Aksenovas, A. M. Jušinas „Puslaidininkis optoelektroniniai prietaisai“. / Katalogas.“ - M.: Energoatomizdat, 2002 3. Baluev V.K. „Plėtra...

3. Puslaidininkių klasifikavimo požymiai prietaisai

   Santrauka >> Fizika

   Pagal kokius kriterijus klasifikuojami puslaidininkiniai įtaisai? prietaisai? Puslaidininkis prietaisai klasifikuojami priklausomai nuo mechanizmo... optiškai permatomas langas. LED puslaidininkis optoelektroniniai prietaisas, paverčiant tekančio tiesioginio...

Optoelektroninių prietaisų elementai yra aukščiau aptarti fotoelektroniniai prietaisai, o ryšys tarp elementų yra ne elektrinis, o optinis. Taigi optoelektroniniuose įrenginiuose galvaninis ryšys tarp įvesties ir išvesties grandinių beveik visiškai pašalintas, o grįžtamasis ryšys tarp įvesties ir išėjimo beveik visiškai pašalintas. Derinant elementus, esančius optoelektroniniuose įrenginiuose, galima išgauti įvairiausias jų funkcines savybes. Fig. 6.35 paveiksle parodytos įvairių optronų konstrukcijos.

Paprasčiausias optoelektroninis prietaisas yra optronas.

Optronas yra įrenginys, kuris viename korpuse sujungia šviesos diodą ir fotospinduliavimo imtuvą, pavyzdžiui, fotodiodą (6.36 pav.).

Įvesties sustiprintas signalas patenka į šviesos diodą ir sukelia jo švytėjimą, kuris šviesos kanalu perduodamas į fotodiodą. Fotodiodas atsidaro ir jo grandinėje teka srovė, veikiama išorinio šaltinio E. Efektyvus optinis ryšys tarp optrono elementų atliekamas naudojant šviesolaidį - šviesos kreiptuvus, pagamintus plonų skaidrių gijų pluošto pavidalu, per kuriuos signalas perduodamas dėl visiško vidinio atspindžio su minimaliais nuostoliais ir didele skiriamąja geba. Vietoj fotodiodo optronu gali būti fototranzistorius, fototiristorius arba fotorezistorius.

Fig. 6.37 rodo tokių įrenginių simbolinius grafinius simbolius.

Diodinis optronas naudojamas kaip jungiklis ir gali perjungti srovę 10 6 ... 10 7 Hz dažniu, o varža tarp įvesties ir išvesties grandinių yra 10 13 ... 10 15 omų.

Tranzistoriniai optronai dėl didesnio fotodetektoriaus jautrumo yra ekonomiškesni nei diodiniai. Tačiau jų greitis yra mažesnis, maksimalus perjungimo dažnis paprastai neviršija 10 5 Hz. Kaip ir diodai, tranzistoriniai optronai turi mažą varžą atviroje būsenoje ir didelę varžą uždaroje būsenoje ir užtikrina visišką įvesties ir išvesties grandinių galvaninę izoliaciją.

Naudojant fototiristorių kaip fotodetektorių, galima padidinti išėjimo srovės impulsą iki 5 A ar daugiau. Šiuo atveju įjungimo laikas yra mažesnis nei 10 -5 s, o įėjimo įjungimo srovė neviršija 10 mA. Tokie optronai leidžia valdyti įvairios paskirties stiprios srovės įrenginius.

Išvados:

1. Optoelektroninių prietaisų veikimas pagrįstas vidinio fotoelektrinio efekto principu – krūvininkų poros „elektron – skylė“ susidarymas veikiant šviesos spinduliuotei.

2. Fotodiodai turi tiesinę šviesos charakteristiką.

3. Fototranzistoriai turi didesnį integrinį jautrumą nei fotodiodai dėl fotosrovės stiprinimo.

4. Optronai – optoelektroniniai prietaisai, užtikrinantys elektros izoliaciją

įvesties ir išvesties grandinės.

5. Fotodaugintuvai leidžia staigiai padidinti fotosrovę naudojant antrinę elektronų emisiją.

Kontroliniai klausimai

1. Kas yra išorinis ir vidinis fotoelektrinis efektas?

2. Kokiais parametrais pasižymi fotorezistorius?

3. Kokie fizikiniai veiksniai turi įtakos fotorezistoriaus šviesos charakteristikoms esant dideliems šviesos srautams?

4. Kuo skiriasi fotodiodo ir fotorezistoriaus savybės?

5. Kaip fotoelementas šviesos energiją tiesiogiai paverčia elektros energija?

6. Kuo skiriasi fotodiodo ir dvipolio fototranzistoriaus veikimo principas ir savybės?

7. Kodėl tiristorius gali valdyti santykinai didesnes galias nei leistina paties fototiristoriaus galios sklaida?

8. Kas yra optronas?

TAIKYMAS. PUSLAIDININIŲ ĮTAISŲ KLASIFIKACIJA IR PAVADINIMAS

Puslaidininkinių įtaisų pavadinimams suvienodinti ir parametrams standartizuoti naudojama simbolių sistema. Šioje sistemoje puslaidininkiniai įtaisai klasifikuojami pagal jų paskirtį, pagrindinius fizinius ir elektrinius parametrus, konstrukcines ir technologines savybes bei puslaidininkinių medžiagų tipą. Buitinių puslaidininkinių įrenginių simbolių sistema yra pagrįsta valstybės ir pramonės standartais. Pirmasis puslaidininkinių įtaisų žymėjimo sistemos GOST - GOST 10862–64 buvo pristatytas 1964 m. Tada, atsiradus naujoms prietaisų klasifikavimo grupėms, ji buvo pakeista į GOST 10862–72, o vėliau į pramonės standartą OST 11.336.038–77 ir OST 11.336.919–81. Šiuo modifikavimu buvo išsaugoti pagrindiniai simbolių sistemos raidinio ir skaitmeninio kodo elementai. Ši žymėjimo sistema yra logiškai struktūrizuota ir leidžia save papildyti toliau tobulėjant elementų bazei.

Pagrindiniai puslaidininkinių įtaisų pagrindinių ir pamatinių parametrų terminai, apibrėžimai ir raidžių žymėjimai pateikiami GOST:

§ 25529–82 – Puslaidininkiniai diodai. Terminai, apibrėžimai ir parametrų raidės.

§ 19095–73 – lauko tranzistoriai. Terminai, apibrėžimai ir parametrų raidės.

§ 20003–74 – Bipoliniai tranzistoriai. Terminai, apibrėžimai ir parametrų raidės.

§ 20332–84 – Tiristoriai. Terminai, apibrėžimai ir parametrų raidės.

 

Gali būti naudinga perskaityti:

• Naktis neribota per Tele2;
• Atsisiųsti programą robotas performer 2;
• Sandorių duomenų užrakto valdymas, mechanizmas;
• Kaip papildyti z mokėjimų piniginę, kad reikiamu metu nelikti be pinigų;
• Nešiojamų GPS sekimo priemonių apžvalga: visiškas stebėjimas;
• Kaip atsisakyti „Aliexpress“ adresų sąrašo?;
• Highscreen Easy F Pro – techninės specifikacijos Žiniatinklio naršyklė yra programinė įranga, skirta informacijai internete pasiekti ir peržiūrėti;
• Ką daryti, jei puslapis nepasiekiamas?;