Fotoelektronisko un optoelektronisko ierīču apzīmējumu sistēma. Maskavas Valsts poligrāfijas mākslas universitāte

Izmantotie optiskā starojuma avoti Vispārīgi runājot, optoelektronika ir ļoti dažāda. Tomēr vairums no tiem (subminiatūras kvēlspuldzes un gāzizlādes spuldzes, pulverveida un plēves elektroluminiscences izstarotāji, vakuuma katodluminiscences un daudzi citi veidi) neatbilst visam mūsdienu prasību kopumam un tiek izmantoti tikai atsevišķās ierīcēs, galvenokārt indikatoru ierīcēs un daļēji optronos.

Novērtējot konkrēta avota izredzes, noteicošā loma ir aktīvās gaismas vielas (vai darba tilpumu aizpildošās vielas) agregācijas stāvoklim. No visām iespējamām iespējām (vakuums, gāze, šķidrums, cieta viela) priekšroka tiek dota cietvielu vielai, bet tās “iekšā” monokristāliskai vielai, jo tā nodrošina ierīču lielāko izturību un uzticamību.

Optoelektronikas pamatu veido divas emitētāju grupas:

1) koherenta starojuma optiskie ģeneratori (lāzeri), starp kuriem jāizšķir pusvadītāju lāzeri;

1) gaismu izstarojošās pusvadītāju diodes, kuru pamatā ir spontānas injekcijas elektroluminiscences princips.

Optoelektroniskā pusvadītāju ierīce ir pusvadītāju ierīce, kasizstaro vai pārveido pret šo starojumu jutīgu elektromagnētisko starojumu spektra redzamajā, infrasarkanajā un (vai) ultravioletajā apgabalā vai izmanto šādu starojumu tā elementu iekšējai mijiedarbībai.

Optoelektroniskās pusvadītāju ierīces var iedalīt pusvadītāju emitētājos, starojuma uztvērējos, optocoupleros un optoelektroniskajās integrālajās shēmās (2.1. att.).

Pusvadītāju emitētājs ir optoelektroniska pusvadītāju ierīce, kas pārvērš elektrisko enerģiju elektromagnētiskā starojuma enerģijā spektra redzamajā, infrasarkanajā un ultravioletajā apgabalā.

Daudzi pusvadītāju izstarotāji var izstarot tikai nesakarīgus elektromagnētiskos viļņus. Tajos ietilpst pusvadītāju izstarotāji spektra redzamajā apgabalā - pusvadītāju informācijas displeja ierīces (gaismas diodes, pusvadītāju zīmju indikatori, svari un ekrāni), kā arī pusvadītāju emitētāji spektra infrasarkanajā apgabalā - infrasarkanās izstarojošās diodes.

Koherentie pusvadītāju emitētāji– tie ir pusvadītāju lāzeri ar dažāda veida ierosmi. Tie var izstarot elektromagnētiskos viļņus ar noteiktu amplitūdu, frekvenci, fāzi, izplatīšanās virzienu un polarizāciju, kas atbilst koherences jēdzienam.

Optoelektronika ir elektronikas nozare, kas veltīta teorijai un praksei tādu instrumentu un ierīču radīšanai, kuru pamatā ir elektrisko signālu pārvēršana optiskajos signālos un otrādi.

Optoelektronika izmanto viļņu garuma diapazonu no 0,2 µm līdz 0,2 mm. Optoelektroniskā ierīce ir starojuma avota un uztvērēja kombinācija. GaAs bāzes gaismas diodes tiek izmantotas kā starojuma avots, un Si bāzes fotodiodes un fototranzistori tiek izmantoti kā fotodetektori.

Optoelektronisko ierīču (OED) atšķirīga iezīme no citām ir tā, ka tās ir optiski savienotas, bet elektriski izolētas viena no otras. Tas ļauj viegli nodrošināt konsekvenci starp augsta un zema sprieguma un augstfrekvences ķēdēm.

Optoelektronika attīstās divos neatkarīgos virzienos:

  1. Optiskais;
  2. Elektrooptiskais.

Optiskais virziens ir balstīts uz cietas vielas mijiedarbības ietekmi ar elektromagnētisko starojumu (hologrāfija, fotoķīmija, elektrooptika). Elektrooptiskais virziens izmanto fotoelektriskās pārveidošanas principu ar iekšējo fotoelektrisko efektu, no vienas puses, un fotoluminiscenci, no otras puses (aizvietojot galvanisko un magnētisko komunikāciju ar optiskām, optisko šķiedru sakaru līnijām).

Balstoties uz optoelektronisko principu, var izveidot elektronisko ierīču un sistēmu bezvakuuma analogus:

  • elektrisko signālu diskrētie un analogie pārveidotāji (pastiprinātāji, ģeneratori, galvenie elementi, atmiņas elementi, loģiskās shēmas, aizkaves līnijas utt.)
  • optiskie signālu pārveidotāji (gaismas un attēla pastiprinātāji, plakanie ekrāni, kas pārraida un reproducē attēlus)
  • atskaņošanas ierīces (displeja ekrāni, digitālie displeji, attēla loģika utt.).

Galvenie faktori, kas nosaka optoelektronikas attīstību, ir:

  • īpaši tīru materiālu izstrāde,
  • perfektu tehnoloģiju izstrāde jauniem moderniem instrumentiem un ierīcēm,
  • augsti kvalificēta personāla apmācība.

Aktīvo un pasīvo optoelektronisko elementu ražošanā plaši izmanto:

  • pusvadītāju materiāli, retzemju metāli un to sakausējumi,
  • dielektriskie savienojumi,
  • filmu materiāli,
  • fotorezisti,
  • difuzorus.

Šobrīd optoelektronikā izmantoto materiālu klāsts ir diezgan plašs. Tie ietver augstas tīrības pakāpes vielas, tīrus metālus un sakausējumus ar īpašām elektrofizikālām īpašībām, difuzorus, dažādus pusvadītāju savienojumus pulveru un monokristālu veidā, vienkristāliskas silīcija vafeles, arsenīdu un gallija fosfīdu, indija fosfīdu, safīru, granātu, dažādas palīgmateriāli - procesa gāzes, fotorezisti, abrazīvie pulveri utt.

Svarīgākie materiāli optoelektronikai ir tādas vielas kā: GaAs, BaF 2, CdTe (substrātu ražošanai), GaAlAs / GaAs / GaAlAs struktūras (elektrooptiskie modulatori), SiO 2 (izolācijas materiāls), Si, CdHgTe, PbSnSe (fotodiodes, fototranzistori). Daži IC izmanto Ni, Cr un Ag. Optoelektronisko integrālo shēmu (OEIMC) ražošanas tehnoloģija tiek pastāvīgi pilnveidota, pamatojoties uz jaunu fizisko un tehnoloģisko procesu attīstību.

OEP ir šādas priekšrocības:

  • gaismas staru telpiskās modulācijas iespēja un to nozīmīgs krustojums, ja starp kanāliem nav galvanisku savienojumu;
  • lielāka gaismas staru funkcionālā slodze, pateicoties iespējai mainīt daudzus to parametrus (amplitūdu, virzienu, frekvenci, fāzi, polarizāciju).

Optoelektroniskās ierīces ir ierīces, kuru darbības princips ir balstīts uz elektromagnētiskā starojuma izmantošanu optiskajā diapazonā.

Galvenās optoelektronisko ierīču grupas ir šādas:

  • gaismas diodes un lāzeri;
  • fotoelektriskā starojuma detektori - fotorezistori un fotodetektori ar p-n pāreju;
  • ierīces, kas kontrolē starojumu - modulatori, deflektori utt.; ierīces informācijas attēlošanai - indikatori;
  • ierīces elektroizolācijai - optopārvadi;
  • optiskie sakaru kanāli un optiskās atmiņas ierīces.

Iepriekš minētās ierīču grupas ģenerē, pārveido, pārraida un uzglabā informāciju. Informācijas nesēji optoelektronikā ir elektriski neitrālas daļiņas - fotoni, kas ir nejutīgi pret elektrisko un elektromagnētisko lauku iedarbību, savstarpēji nedarbojas un rada vienvirziena signāla pārraidi, kas nodrošina augstu trokšņu noturību un ievades un izejas ķēžu galvanisko izolāciju. Optoelektroniskās ierīces uztver, pārveido un ģenerē starojumu redzamajā, infrasarkanajā un ultravioletajā spektra apgabalā.

Optoelektronisko ierīču darbības princips ir balstīts uz ārējā vai iekšējā fotoelektriskā efekta izmantošanu.

Ārējais fotoelektriskais efekts ir brīvo elektronu izdalīšanās no fotokatoda virsmas slāņa ārējā vidē gaismas ietekmē.

Iekšējais fotoelektriskais efekts ir elektronu brīva kustība vielā, kas gaismas ietekmē ir atbrīvota no saitēm, mainot tās elektrisko vadītspēju vai pat izraisot emf parādīšanos uz divu vielu robežas (p-n savienojums).

OEP plaši izmanto automātiskās vadības un mērīšanas sistēmās, datortehnikā, fototelegrāfijā, skaņas reproducēšanas iekārtās, kinematogrāfijā, spektrofotometrijā, gaismas enerģijas pārveidošanai elektroenerģijā un automatikā elektrisko ķēžu risināšanai.

Optocoupler

Optocoupler ir pusvadītāju ierīce, kurā starojuma avots un uztvērējs ir strukturāli apvienoti, savienoti ar optisko sakaru palīdzību. Starojuma avotā elektriskie signāli tiek pārvērsti gaismas signālos, kas iedarbojas uz fotodetektoru un atkal rada tajā elektriskos signālus. Ja optronim ir tikai viens izstarotājs un viens starojuma uztvērējs, tad to sauc par optronu vai elementāru optronu.

Mikroshēmu, kas sastāv no viena vai vairākiem optroniem ar papildu ierīcēm signāla saskaņošanai un pastiprināšanai, sauc par optoelektronisko integrālo shēmu. Elektriskie signāli vienmēr tiek izmantoti optrona ieejā un izejā, un savienojums starp ieeju un izeju notiek gaismas signāla dēļ.

Fotorezistors

Fotorezistori ir pusvadītāju rezistori, kas maina savu pretestību gaismas ietekmē. Atkarībā no spektrālās jutības fotorezistori tiek iedalīti divās grupās: spektra redzamajai daļai un infrasarkanajai spektra daļai. Fotorezistoru ražošanai tiek izmantoti savienojumi CD Un Pb. Jutīgie elementi ir izgatavoti no šo savienojumu monokristāliem vai polikristāliem.

Agrīnās izlaides fotorezistoru apzīmējumi:

  • 1 elements - burti, kas norāda ierīces veidu (FS - fotoizturība),
  • 2 elements - burts, kas norāda gaismjutīgā elementa materiālu (A - svina sulfīds, K - kadmija sulfīds, D - kadmija selēns),
  • 3. elements ir skaitlis, kas norāda dizaina veidu.
  • burts B pirms cipara ir aizzīmogots variants,
  • P - gaismjutīgā elementa plēves materiāls,
  • M - gaismjutīgā elementa monokristālisks materiāls.
  • burts T - tropu versija, paredzēta lietošanai augstas temperatūras un mitruma apstākļos.
Fotorezistora uzbūves princips un savienojuma shēma

Mūsdienu fotorezistoru apzīmējumi:

  • 1 elements - burti, kas norāda ierīces veidu (SF - gaismjutīga pretestība),
  • 2 elements — skaitlis, kas apzīmē gaismjutīgā elementa materiālu (2 — kadmija sulfīds, 3 — kadmija selenīds, 4 — svina selenīds),
  • Trešais elements ir skaitlis, kas norāda izstrādes sērijas numuru.

Fotorezistoriem ir augsta parametru stabilitāte. Fotostrāvas izmaiņas ir diezgan precīzs tās stāvokļa raksturojums. Ilgstošas ​​darbības laikā tiek novērota fotostrāvas stabilizācija, savukārt tās vērtība var mainīties par 20 - 30%. Fotorezistori ir jutīgi pret straujām temperatūras izmaiņām. Fotorezistori jāuzglabā 5 - 35 o C temperatūrā un mitrumā ne vairāk kā 80%.

Galvenie fotorezistoru parametri ir:

  1. Tumšā strāva ( esT) ir strāva, kas iet caur fotorezistoru ar darba spriegumu 30 s pēc 200 luksu apgaismojuma noņemšanas.
  2. Gaismas strāva ( es c) ir strāva, kas iet caur fotorezistoru ar darba spriegumu un apgaismojumu 200 luksi no gaismas avota ar krāsas temperatūru 2850 K.
  3. Fotostrāvas temperatūras koeficients ( TKesf) - fotostrāvas izmaiņas, kad fotorezistora temperatūra mainās par 1 o C.
  4. Darba spriegums ( Uf) - spriegums, ko var pielikt fotorezistoram ilgstošas ​​darbības laikā, nemainot tā parametrus ārpus pieļaujamajām robežām.
  5. Tumšā pretestība ( RT) - fotorezistora pretestība 20 o C temperatūrā 30 s pēc 200 luksu apgaismojuma noņemšanas.
  6. Īpatnējā jutība ( K 0) ir fotostrāvas attiecība pret uz to krītošās gaismas plūsmas lielumu un pielietotā sprieguma reizinājumu: K 0 =esf / (FUf) , Kur F— gaismas plūsma, lm.
  7. Laika konstante ( t) ir laiks, kurā apgaismotā fotostrāva mainās par normalizētu vērtību.
  8. Jaudas izkliede ( R sacīkstes.) - maksimālā pieļaujamā jauda, ​​ko fotorezistors var izkliedēt pie nepārtrauktas elektriskās slodzes un apkārtējās vides temperatūras, nemainot parametrus ārpus tehniskajās specifikācijās noteiktās normas.
  9. Izolācijas pretestība ( RUn).
  10. Garā viļņa garuma robeža ( l).

Fotorezistoru galvenās īpašības ir:

  1. volts-ampērs ( es= f(U)) — gaismas, tumsas vai fotostrāvas atkarība (ar F =konst) no pielietotā sprieguma.
  2. Gaismas vai luksa pastiprinātājs (es= f(E))— fotostrāvas atkarība no gaismas plūsmas, kritiena vai apgaismojuma (pie U= konst).
  3. Spektrālais (es= f(l)) — fotostrāvas atkarība no gaismas plūsmas viļņa garuma (pie U= konst).
  4. Frekvence (I Ф = f (F Ф)) - fotostrāvas atkarība no gaismas plūsmas modulācijas frekvences (pie U = const).

Augsta integrālā jutība ļauj izmantot rezistorus pat bez pastiprinātājiem, un to mazie izmēri ir to plašās izmantošanas iemesli. Galvenie fotorezistoru trūkumi ir to inerce un spēcīgā temperatūras ietekme, kas rada plašu raksturlielumu klāstu.

Fotodiode

Fotodiodes — Tās ir pusvadītāju diodes, kas izmanto iekšējo fotoelektrisko efektu. Gaismas plūsma kontrolē fotodiožu pretējo strāvu. Gaismas iedarbībā uz elektronu caurumu krustojumu tiek ģenerēti lādiņnesēju pāri, palielinās diodes vadītspēja un palielinās reversā strāva. Šo darbības režīmu sauc par fotodiodes režīmu. Otrs režīma veids ir fotoģenerators. Atšķirībā no fotoģeneratora režīma, fotodiodes režīmā ir nepieciešams izmantot ārēju barošanas avotu.

Fotodiodes pieslēguma shēma darbam fotodiodes režīmā

Galvenie fotodiožu parametri:

  • integrālā jutība (~ 10 mA / lm): darba spriegums (10 - 30 V);
  • tumšā strāva (~ 2 - 20 µA).

Galvenās fotodiodes īpašības:

  • volt-ampērs (I = f (U)) - gaismas, tumšās vai fotostrāvas (pie Ф = const) atkarība no pielietotā sprieguma;
  • enerģija ( esF = f(F))- fotostrāvas atkarība no gaismas plūsmas (pie U= konst) - lineārs, maz atkarīgs no sprieguma.

Fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlielumi fotodiodes režīmam

Lavīnveida fotodiodēs pn krustojumā notiek nesēju lavīnu savairošanās un līdz ar to jutība palielinās desmitiem reižu. Fotodiodēm ar Šotkija barjeru ir augsta veiktspēja. Fotodiodes ar heterosavienojumiem darbojas kā emf ģeneratori. Germānija fotodiodes tiek izmantotas kā infrasarkanā starojuma indikatori; silīcijs - gaismas enerģijas pārvēršanai elektroenerģijā (saules baterijas dažādu iekārtu autonomai barošanai kosmosā - fotoekspozīcijas mērītāju un apgaismojuma tehnisko mērījumu izgatavošanai, jo to spektrālie raksturlielumi ir tuvi cilvēka spektrālajām īpašībām); acs.

Fototranzistors

Fototranzistori ir pusvadītāju ierīces ar diviem p-n savienojumiem, kas paredzēti gaismas plūsmas pārvēršanai elektriskā strāvā. Fototranzistors strukturāli atšķiras no parastā bipolārā tranzistora ar to, ka tā korpusam ir caurspīdīgs logs, caur kuru gaisma var iekļūt bāzes zonā.

Barošanas spriegums tiek piegādāts emitētājam un kolektoram, tā kolektora savienojums ir aizvērts, un emitera pāreja ir atvērta. Bāze paliek brīva. Kad fototranzistors ir apgaismots, tā pamatnē tiek ģenerēti elektroni un caurumi. Kolektora krustojumā ir elektronu caurumu pāreju sadalījums, kas difūzijas rezultātā ir sasnieguši pārejas robežu. Caurumus (mazākuma lādiņnesējus pusvadītājā) pārejas lauks pārnes uz kolektoru, palielinot savu strāvu, un elektroni (lielākā daļa lādiņu nesēji) paliek bāzē, samazinot tā potenciālu. Bāzes potenciāla samazināšanās izraisa papildu tiešā sprieguma veidošanos emitera krustojumā un palielinātu caurumu ievadīšanu no emitera bāzē. Pamatnē ievadītie caurumi, sasniedzot kolektora savienojumu, rada papildu kolektora strāvas pieaugumu.


Bipolāra fototranzistora blokshēma ar brīvu bāzi (a) un fototranzistora savienojuma ķēdi (b)

Apgaismotā fototranzistora kolektora strāva izrādās diezgan liela; Gaismas strāvas un tumšās strāvas attiecība sasniedz vairākus simtus.

Ir divas iespējas, kā ieslēgt fototranzistorus:

  • diode- izmantojot tikai divas tapas (emitera un kolektora)
  • tranzistors- izmantojot trīs spailes, kad ieejai tiek piegādāts ne tikai gaismas, bet arī elektriskais signāls.

Optoelektronikā, automatikā un telemehānikā fototranzistori tiek izmantoti tādiem pašiem mērķiem kā fotodiodes, taču tie ir zemāki par tiem jutīguma sliekšņa un temperatūras diapazona ziņā. Fototranzistoru jutība palielinās līdz ar to apgaismojuma intensitāti.

Fototiristors

Fototiristors ir pusvadītāju ierīce ar četru slāņu p-n-p-n struktūru, kas apvieno tiristora un fotodetektora īpašības un pārvērš gaismu elektrībā.

Ja nav gaismas signāla un vadības strāvas, fototiristors ir aizvērts un caur to iet tikai tumšā strāva. Fototiristoru atver gaismas plūsma, kas caur “logu” korpusā iekļūst bāzēs p 2 un n 1 un rada elektronu-caurumu pārus. Tas noved pie primāro fotostrāvu rašanās un kopējās fotostrāvas veidošanās. No tā izriet, ka, gaismas plūsmai nonākot bāzēs p 2 un n 1, palielinās emitētāja strāva, strāvas pārneses koeficients α no emitētāja uz kolektoru ir apgaismojuma funkcija, kas maina p-n strāvu. Fototiristora pretestība svārstās no 0,1 Om (atvērtā stāvoklī) līdz 10 8 Om (slēgtā stāvoklī), un pārslēgšanas laiks ir 10 -5 - 10 -6 s.


Fototiristoru struktūra

No gaismas īpašībām esutt. = F(F) plkst Uutt. = Konst var redzēt, ka, ieslēdzot fototiristoru, strāva caur to palielinās līdz esutt.= E pr.Rslodze un vairs nemainās, tas ir, fototiristoram ir divi stabili stāvokļi un to var izmantot kā atmiņas elementu. Saskaņā ar strāvas-sprieguma raksturlielumu esutt. = F(Uutt.) plkst F =konst(F 2 > F1 > Fo) Var redzēt, ka, palielinoties gaismas plūsmai, samazinās spriegums un darbības laiks.


Fototiristora raksturlielumi: a - gaisma, b - strāvas-sprieguma raksturlielums, c - pārslēgšanas laika atkarība no gaismas plūsmas

Fototiristoru priekšrocības ir:

  • augsta slodzes jauda ar zemu vadības signāla jaudu;
  • spēja iegūt nepieciešamo avota signālu bez papildu pastiprināšanas pakāpēm;
  • atmiņas klātbūtne, tas ir, atvērtā stāvokļa uzturēšana pēc vadības signāla noņemšanas;
  • paaugstināta jutība;
  • augsta veiktspēja.

Iepriekš minētās fototiristoru īpašības ļauj vienkāršot shēmas, likvidējot pastiprinātājus un releju elementus, kas ir ļoti svarīgi rūpnieciskajā elektronikā, piemēram, augstsprieguma pārveidotājos. Visbiežāk fototiristori tiek izmantoti, lai pārslēgtu spēcīgus elektriskos signālus ar gaismas signālu.

Tādējādi, neskatoties uz to, ka optoelektronika bija viena no pirmajām radioelektronikas jomām, tā ir saglabājusi savu nozīmi līdz pat mūsdienām atšķirībā no daudzām aizmirstībā nogrimušām tehnoloģijām.

Optoelektroniskās ierīces ir ierīces, kas ir jutīgas pret elektromagnētisko starojumu redzamajā, infrasarkanajā un ultravioletajā zonā, kā arī ierīces, kas rada vai izmanto šādu starojumu.

Radiācija redzamajā, infrasarkanajā un ultravioletajā zonā tiek klasificēta kā spektra optiskais diapazons. Parasti šajā diapazonā ietilpst elektromagnētiskie viļņi, kuru garums ir 1 nm līdz 1 mm, kas atbilst frekvencēm no aptuveni 0,5 10 12 Hz līdz 5·10 17 Hz. Dažreiz viņi runā par šaurāku frekvenču diapazonu - no 10 nm līdz 0,1 mm(~5·10 12 …5·10 16 Hz). Redzamais diapazons atbilst viļņu garumiem no 0,38 µm līdz 0,78 µm (frekvence aptuveni 10 15 Hz).

Praksē plaši tiek izmantoti starojuma avoti (emiteri), starojuma uztvērēji (fotodetektori) un optocouplers (optocouplers).

Optocoupler ir ierīce, kurā ir gan starojuma avots, gan uztvērējs, kas ir strukturāli apvienoti un ievietoti vienā korpusā.

Gaismas diodes un lāzeri tiek plaši izmantoti kā starojuma avoti, bet fotorezistori, fotodiodes, fototranzistori un fototiristori kā uztvērēji.

Plaši tiek izmantoti optopārvadi, kuros tiek izmantoti LED-fotodiode, LED-fototranzistors, LED-fototiristors pāri.

Optoelektronisko ierīču galvenās priekšrocības:

· liela optisko informācijas pārraides kanālu informatīvā kapacitāte, kas ir izmantoto augsto frekvenču sekas;

· starojuma avota un uztvērēja pilnīga galvaniskā izolācija;

· nav starojuma uztvērēja ietekmes uz avotu (vienvirziena informācijas plūsma);

· optisko signālu noturība pret elektromagnētiskajiem laukiem (augsta trokšņu noturība).

Izstarojošā diode (LED)

Izstarojošo diode, kas darbojas redzamā viļņa garuma diapazonā, bieži sauc par gaismas diode vai LED.

Apskatīsim izstarojošo diožu ierīci, raksturlielumus, parametrus un apzīmējumu sistēmu.

Ierīce. Izstarojošās diodes struktūras shematisks attēlojums ir parādīts attēlā. 6.1,a, un tā simboliskais grafiskais apzīmējums ir attēlā. 6.2, b.

Radiācija rodas, kad elektronu un caurumu rekombinācijas rezultātā reģionā plūst tiešā diodes strāva. p-n-pāreja un teritorijās, kas atrodas blakus noteiktajai teritorijai. Rekombinācijas laikā izdalās fotoni.

Raksturlielumi un parametri. Izstarojošām diodēm, kas darbojas redzamajā diapazonā (viļņu garumi no 0,38 līdz 0,78 µm, frekvence aptuveni 10 15 Hz), plaši tiek izmantoti šādi raksturlielumi:

· starojuma spilgtuma atkarība L no diodes strāvas i(spilgtuma raksturlielums);

gaismas intensitātes atkarība Es v no diodes strāvas i.

Rīsi. 6.1. Gaismas diodes struktūra ( A)

un tā grafiskais attēlojums ( b)

AL102A tipa gaismas diodes spilgtuma raksturlielums ir parādīts attēlā. 6.2. Šīs diodes spīduma krāsa ir sarkana.

Rīsi. 6.2. LED spilgtuma raksturlielums

Gaismas intensitātes atkarības no strāvas grafiks AL316A gaismas diodei ir parādīts attēlā. 6.3. Mirdzuma krāsa ir sarkana.

Rīsi. 6.3. Gaismas intensitātes atkarība no LED strāvas

Izstarojošām diodēm, kas darbojas ārpus redzamā diapazona, tiek izmantoti raksturlielumi, kas atspoguļo starojuma jaudas atkarību R no diodes strāvas i. Radiācijas jaudas atkarības no strāvas grafika iespējamo pozīciju zona AL119A tipa emitējošai diodei, kas darbojas infrasarkanajā diapazonā (viļņa garums 0,93...0,96). µm), ir parādīts attēlā. 6.4.

Šeit ir daži AL119A diodes parametri:

· starojuma impulsa pieauguma laiks – ne vairāk kā 1000 ns;

· starojuma impulsa norimšanas laiks – ne vairāk kā 1500 ns;

· pastāvīgs priekšējais spriegums pie i=300 mA- ne vairāk kā 3 IN;

· nemainīga maksimālā pieļaujamā tiešā strāva pie t<+85°C – 200 mA;

· apkārtējās vides temperatūra –60…+85°С.

Rīsi. 6.4. Radiācijas jaudas atkarība no LED strāvas

Lai iegūtu informāciju par iespējamām efektivitātes koeficienta vērtībām, mēs atzīmējam, ka ZL115A, AL115A tipa izstarojošās diodes, kas darbojas infrasarkanajā diapazonā (viļņa garums 0,95). µm, spektra platums ne vairāk kā 0,05 µm), kuru efektivitātes koeficients ir vismaz 10%.

Apzīmējumu sistēma. Apzīmējuma sistēma, ko izmanto gaismas diodēm, ietver divu vai trīs burtu un trīs ciparu izmantošanu, piemēram, AL316 vai AL331. Pirmais burts norāda materiālu, otrais (vai otrais un trešais) norāda dizainu: L - viens LED, LS - LED rinda vai matrica. Turpmākie cipari (un dažreiz burti) norāda izstrādes numuru.

Fotorezistors

Fotorezistors ir pusvadītāju rezistors, kura pretestība ir jutīga pret elektromagnētisko starojumu spektra optiskajā diapazonā. Fotorezistora struktūras shematisks attēlojums ir parādīts attēlā. 6,5, A, un tā parastais grafiskais attēlojums ir parādīts attēlā. 6,5, b.

Fotonu plūsma, kas krīt uz pusvadītāja, izraisa pāru parādīšanos. elektronu caurums, palielinot vadītspēju (samazinās pretestība). Šo parādību sauc par iekšējo fotoelektrisko efektu (fotovadītspējas efektu). Fotorezistoriem bieži ir raksturīga strāvas atkarība i no apgaismojuma E pie noteikta sprieguma pāri rezistoram. Šis ir tā sauktais lukss pastiprinātājs raksturlielums (6.6. att.).

Rīsi. 6.5. Struktūra ( A) un shematisks apzīmējums ( b) fotorezistors

Rīsi. 6.6. Fotorezistora FSK-G7 luks-ampērs

Bieži tiek izmantoti šādi fotorezistora parametri:

· nominālā tumšā (ja nav gaismas plūsmas) pretestība (FSK-G7 šī pretestība ir 5 MOhm);

· integrālā jutība (jutība tiek noteikta, fotorezistoru apgaismojot ar sarežģīta spektrālā sastāva gaismu).

Integrālo jutību (strāvas jutību pret gaismas plūsmu) S nosaka ar izteiksmi:

Kur i f– tā sauktā fotostrāva (starpība starp strāvu apgaismotā stāvoklī un strāvu, kad apgaismojuma nav);

F- gaismas plūsma.

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

Fotodiode

Uzbūve un fizikālie pamatprocesi. Fotodiodes vienkāršotā struktūra ir parādīta attēlā. 6,7, A, un tā parastais grafiskais attēlojums ir parādīts attēlā. 6,7, b.

Rīsi. 6.7. Fotodiodes uzbūve (a) un apzīmējums (b).

Fizikālie procesi, kas notiek fotodiodēs, pēc būtības ir pretēji procesiem, kas notiek LED. Galvenā fizikālā parādība fotodiodē ir pāru ģenerēšana elektronu caurums apgabalā p-n-pāreja un tai piegulošajās zonās starojuma ietekmē.

Pāru ģenerēšana elektronu caurums izraisa diodes apgrieztās strāvas palielināšanos reversā sprieguma klātbūtnē un sprieguma parādīšanos tu ak starp anodu un katodu ar atvērtu ķēdi. Turklāt tu ak>0 (caurumi iet uz anodu, un elektroni iet uz katodu elektriskā lauka ietekmē p-n-pāreja).

Raksturlielumi un parametri. Fotodiodes ir ērti raksturot ar strāvas-sprieguma raksturlielumu saimi, kas atbilst dažādām gaismas plūsmām (gaismas plūsmu mēra lūmenos, lm) vai atšķirīgs apgaismojums (apgaismojums tiek mērīts luksos, labi).

Fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlielumi (voltu-ampēru raksturlielumi) ir parādīti attēlā. 6.8.

Rīsi. 6.8. Fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlielumi

Lai gaismas plūsma sākumā būtu nulle, tad fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlielums faktiski atkārto parastās diodes strāvas-sprieguma raksturlielumus. Ja gaismas plūsma nav nulle, fotoni iekļūst reģionā p-n- pāreju, izraisa pāru ģenerēšanu elektronu caurums. Elektriskā lauka ietekmē p-n- pārejot, strāvas nesēji pārvietojas uz elektrodiem (caurumi - uz slāņa elektrodu lpp, elektroni – uz slāņa elektrodu n). Rezultātā starp elektrodiem rodas spriegums, kas palielinās, palielinoties gaismas plūsmai. Ar pozitīvu anoda-katoda spriegumu diodes strāva var būt negatīva (īpašības ceturtais kvadrants). Šajā gadījumā ierīce nevis patērē, bet ražo enerģiju.

Praksē fotodiodes tiek izmantotas gan tā sauktajā fotoģeneratora režīmā (fotoelektriskais režīms, vārstu režīms), gan tā sauktajā fotokonvertora režīmā (fotodiodes režīmā).

Fotoģeneratora režīmā saules baterijas darbojas, lai pārvērstu gaismu elektrībā. Šobrīd saules bateriju efektivitāte sasniedz 20%. Līdz šim no saules baterijām iegūtā enerģija ir aptuveni 50 reizes dārgāka nekā enerģija, kas iegūta no oglēm, naftas vai urāna.

Fotokonvertora režīms atbilst strāvas-sprieguma raksturlielumam trešajā kvadrantā. Šajā režīmā fotodiode patērē enerģiju ( u· i> 0) no kāda ārējā sprieguma avota, kas obligāti atrodas ķēdē (6.9. att.). Šī režīma grafiskā analīze tiek veikta, izmantojot slodzes līniju, tāpat kā parastajai diodei. Šajā gadījumā raksturlielumus parasti nosacīti attēlo pirmajā kvadrantā (6.10. att.).

Rīsi. 6.9. att. 6.10

Fotodiodes ir ātrākas darbības ierīces, salīdzinot ar fotorezistoriem. Tie darbojas frekvencēs 10 7–10 10 Hz. Fotodiode bieži tiek izmantota optopārvados LED-fotodiode. Šajā gadījumā dažādi fotodiodes raksturlielumi atbilst dažādām gaismas diodes strāvām (kas vienlaikus rada dažādas gaismas plūsmas).

Optocoupler (optocoupler)

Optocoupler ir pusvadītāju ierīce, kas satur starojuma avotu un starojuma uztvērēju, kas apvienoti vienā korpusā un savienoti optiski, elektriski un vienlaikus ar abiem savienojumiem. Ļoti plaši izplatīti ir optopārvadi, kuros kā starojuma uztvērējs tiek izmantots fotorezistors, fotodiode, fototranzistors un fototiristors.

Rezistoru optoelementos izejas pretestība var mainīties par koeficientu 10 7 ... 10 8, mainoties ieejas ķēdes režīmam. Turklāt fotorezistora strāvas sprieguma raksturlielums ir ļoti lineārs un simetrisks, kas padara rezistīvos optiskos savienojumus plaši pielietojamus analogajās ierīcēs. Rezistoru optronu trūkums ir to mazais ātrums - 0,01...1 Ar.

Ciparu informācijas signālu pārraidīšanas shēmās galvenokārt tiek izmantoti diožu un tranzistoru optopārvadi, bet augstsprieguma, lielas strāvas ķēžu optiskajai pārslēgšanai tiek izmantoti tiristoru optroni. Tiristoru un tranzistoru optronu veiktspēju raksturo pārslēgšanas laiks, kas bieži vien ir robežās no 5...50 mks.

Apskatīsim tuvāk LED-fotodiodes optronu (6.11. att., A). Izstarojošajai diodei (pa kreisi) jābūt savienotai virzienā uz priekšu, un fotodiodei jābūt savienotai virzienā uz priekšu (fotoģeneratora režīms) vai atpakaļgaitā (fotokonvertora režīms). Optocoupler diožu strāvu un spriegumu virzieni ir parādīti attēlā. 6.11, b.

Rīsi. 6.11. Optosakara diagramma (a) un tajā esošo strāvu un sprieguma virziens (b)

Attēlosim pašreizējo atkarību es ārā no strāvas es ievadu plkst tu esi ārā=0 optronim AOD107A (6.12. att.). Norādītais optiskais savienojums ir paredzēts darbam gan fotoģeneratora, gan fotokonvertora režīmā.

Rīsi. 6.12. Optopārnes AOD107A pārneses raksturlielums

    Optoelektroniskās ierīces

    Redzamo gaismas diožu galvenie raksturlielumi

    Infrasarkano staru diožu galvenie raksturlielumi

    Optoelektroniskās ierīces plašā nozīmē

    Izmantoto avotu saraksts

Optoelektroniskās ierīces

Optoelektronisko ierīču darbības pamatā ir informācijas saņemšanas, pārraidīšanas un uzglabāšanas elektronfotoniskie procesi.

Vienkāršākā optoelektroniskā ierīce ir optoelektroniskais pāris jeb optocoupler. Optronizētā savienojuma darbības princips, kas sastāv no starojuma avota, iegremdēšanas vides (gaismas vada) un fotodetektora, ir balstīts uz elektriskā signāla pārvēršanu optiskā un pēc tam atpakaļ elektriskajā.

Optroniem kā funkcionālām ierīcēm ir šādas priekšrocības salīdzinājumā ar parastajiem radioelementiem:

pilnīga galvaniskā izolācija “ieeja – izeja” (izolācijas pretestība pārsniedz 10 12 – 10 14 omi);

absolūtā trokšņu imunitāte informācijas pārraides kanālā (informācijas nesēji ir elektriski neitrālas daļiņas - fotoni);

vienvirziena informācijas plūsma, kas saistīta ar gaismas izplatīšanās īpašībām;

platjoslas savienojums augstās optisko vibrāciju frekvences dēļ,

pietiekams ātrums (dažas nanosekundes);

augsts pārrāvuma spriegums (desmitiem kilovoltu);

zems trokšņa līmenis;

laba mehāniskā izturība.

Pamatojoties uz funkcijām, ko tas veic, optronu var salīdzināt ar transformatoru (savienojuma elementu) ar releju (atslēgu).

Optocoupler ierīcēs tiek izmantoti pusvadītāju starojuma avoti - gaismas diodes, kas izgatavotas no grupas savienojumu materiāliem A III B V , starp kuriem visdaudzsološākie ir gallija fosfīds un arsenīds. To starojuma spektrs atrodas redzamā un tuvā infrasarkanā starojuma apgabalā (0,5 - 0,98 mikroni). Gaismas diodēm, kuru pamatā ir gallija fosfīds, ir sarkans un zaļš mirdzums. Gaismas diodes, kas izgatavotas no silīcija karbīda, ir daudzsološas, jo tām ir dzeltens spīdums un tās darbojas paaugstinātā temperatūrā, mitrumā un agresīvā vidē.

Gaismas diodes, kas izstaro gaismu redzamā spektra diapazonā, tiek izmantotas elektroniskajos pulksteņos un mikrokalkulatoros.

Gaismas diodēm ir raksturīgs diezgan plašs starojuma spektrālais sastāvs, virziena modelis; kvantu efektivitāte, ko nosaka izstarotās gaismas kvantu skaita attiecība pret to skaitu, kas iziet cauri lpp-n-elektronu pāreja; jauda (ar neredzamu starojumu) un spilgtums (ar redzamu starojumu); volt-ampēru, lūmenu-ampēru un vatu-ampēru raksturlielumi; ātrums (elektroluminiscences palielināšanās un samazināšanās impulsa ierosmes laikā), darba temperatūras diapazons. Palielinoties darba temperatūrai, gaismas diodes spilgtums samazinās un emisijas jauda samazinās.

Gaismas diožu galvenie raksturlielumi redzamajā diapazonā ir norādīti tabulā. 1, un infrasarkanais diapazons - tabulā. 2.

1. tabula Redzamo gaismas diožu galvenie raksturlielumi

Diodes tips

Spilgtums, cd/m 2 vai gaismas intensitāte, mcd

Mirdzoša krāsa

Tiešā tiešā strāva, mA

KL101 A–B

AL102 A–G

AL307 A–G

10 – 20 cd/m2

40-250 mcd

150–1500 mcd

Sarkans Zaļš

Sarkans Zaļš

Gaismas diodes optoelektroniskajās ierīcēs ir savienotas ar fotodetektoriem ar iegremdēšanas vidi, kuras galvenā prasība ir signāla pārraide ar minimāliem zudumiem un kropļojumiem. Optoelektroniskajās ierīcēs tiek izmantoti cietie iegremdēšanas līdzekļi - polimēru organiskie savienojumi (optiskās līmvielas un lakas), halkogenīda vides un optiskās šķiedras. Atkarībā no optiskā kanāla garuma starp emitētāju un fotodetektoru, optoelektroniskās ierīces var iedalīt opto savienotājos (kanāla garums 100 - 300 mikroni), optoizolatoros (līdz 1 m) un optisko šķiedru sakaru līnijās - optisko šķiedru līnijās ( līdz desmitiem kilometru).

2. tabula. Infrasarkano staru diožu galvenie raksturlielumi

Diodes tips

Kopējā starojuma jauda, ​​mW

Pastāvīgs priekšējais spriegums, V

Radiācijas viļņa garums, mikroni

Radiācijas impulsa pieauguma laiks, ns

Radiācijas impulsa samazināšanās laiks, ns

AL106 A–D

0,6–1 (pie strāvas 50 mA)

0,2–1,5 (pie strāvas 100 mA)

6–10 (pie strāvas 100 mA)

1,5 (pie 100 mA strāvas)

0,2 (pie 20 mA strāvas)

10 (pie strāvas 50 mA)

Uz fotodetektoriem, ko izmanto optrona ierīcēs, attiecas prasības par spektrālo raksturlielumu saskaņošanu ar emitētāju, līdz minimumam samazinot zudumus, pārveidojot gaismas signālu elektriskajā signālā, fotosensitivitāti, ātrumu, gaismjutīgās zonas lielumu, uzticamību un trokšņu līmeni.

Optroniem visperspektīvākie ir fotodetektori ar iekšējo fotoelektrisko efektu, kad fotonu mijiedarbība ar elektroniem materiālos ar noteiktām fizikālām īpašībām izraisa elektronu pārejas šo materiālu kristāliskā režģa tilpumā.

Iekšējais fotoelektriskais efekts izpaužas divējādi: fotodetektora pretestības izmaiņās gaismas ietekmē (fotorezistori) vai foto-emf izskatā divu materiālu saskarnē - pusvadītājs-pusvadītājs, metāls-pusvadītājs. (pārslēdzamie fotoelementi, fotodiodes, fototranzistori).

Fotodetektori ar iekšējo fotoelektrisko efektu tiek sadalīti fotodiodēs (ar lpp-n-savienojums, MIS struktūra, Šotkija barjera), fotorezistori, fotodetektori ar iekšējo pastiprinājumu (fototranzistori, salikti fototranzistori, fototiristori, lauka efekta fototranzistori).

Fotodiodes ir izgatavotas uz silīcija un germānijas bāzes. Silīcija maksimālā spektrālā jutība ir 0,8 mikroni, bet germānija - līdz 1,8 mikroniem. Tie darbojas ar apgrieztu novirzi lpp-n-pāreja, kas ļauj palielināt to veiktspēju, stabilitāti un raksturlielumu linearitāti.

Fotodiodes visbiežāk izmanto kā fotodetektorus dažādas sarežģītības optoelektroniskām ierīcēm. lpp- i-n-struktūras, kur i- noplicināts augsta elektriskā lauka apgabals. Mainot šī apgabala biezumu, ir iespējams iegūt labus veiktspējas un jutīguma raksturlielumus, pateicoties nesēju zemajai kapacitātei un lidojuma laikam.

Lavīnu fotodiodēm ir palielināta jutība un veiktspēja, izmantojot fotostrāvas pastiprināšanu, pavairojot lādiņu nesējus. Tomēr šīs fotodiodes nav pietiekami stabilas temperatūras diapazonā, un tām ir nepieciešami augstsprieguma barošanas avoti. Fotodiodes ar Šotkija barjeru un MIS struktūru ir daudzsološas izmantošanai noteiktos viļņu garuma diapazonos.

Fotorezistori ir izgatavoti galvenokārt no polikristāliskām pusvadītāju plēvēm, kuru pamatā ir savienojums (kadmijs ar sēru un selēnu). Fotorezistoru maksimālā spektrālā jutība ir 0,5 - 0,7 mikroni. Fotorezistorus parasti izmanto vāja apgaismojuma apstākļos; pēc jutības tie ir salīdzināmi ar fotopavairotājiem - ierīcēm ar ārēju fotoelektrisku efektu, bet nepieciešama zemsprieguma jauda. Fotorezistoru trūkumi ir zema veiktspēja un augsts trokšņu līmenis.

Visizplatītākie iekšēji pastiprinātie fotodetektori ir fototranzistori un fototiristori. Fototranzistori ir jutīgāki par fotodiodēm, bet lēnāki. Lai vēl vairāk palielinātu fotodetektora jutību, tiek izmantots salikts fototranzistors, kas ir foto un pastiprināšanas tranzistoru kombinācija, taču tam ir zema veiktspēja.

Optocoupleros fototiristors (pusvadītāju ierīce ar trim lpp- n- pārejas, pārslēgšana, kad izgaismota), kam ir augsta jutība un izejas signāla līmenis, bet nepietiekams ātrums.

Optoelementu veidu dažādību nosaka galvenokārt fotodetektoru īpašības un raksturlielumi. Viens no galvenajiem opto savienotāju pielietojumiem ir digitālo un analogo signālu raidītāju un uztvērēju efektīva galvaniskā izolācija. Šajā gadījumā optronu var izmantot pārveidotāja vai signāla pārslēgšanas režīmā. Optocoupleri raksturo pieļaujamais ieejas signāls (vadības strāva), strāvas pārvades koeficients, ātrums (pārslēgšanas laiks) un kravnesība.

Strāvas pārvades koeficienta attiecību pret pārslēgšanas laiku sauc par optrona kvalitātes koeficientu un ir 10 5 – 10 6 fotodiožu un fototranzistoru optroniem. Plaši izmanto optiskos savienojumus, kuru pamatā ir fototiristori. Fotorezistoru optoelementi netiek plaši izmantoti zemās laika un temperatūras stabilitātes dēļ. Dažu optoelementu diagrammas ir parādītas attēlā. 4, a – d.

Kā koherenta starojuma avoti tiek izmantoti lāzeri ar augstu stabilitāti, labām enerģijas īpašībām un efektivitāti. Optoelektronikā kompaktu ierīču projektēšanai tiek izmantoti pusvadītāju lāzeri - lāzerdiodes, ko izmanto, piemēram, optisko šķiedru sakaru līnijās tradicionālo informācijas pārraides līniju - kabeļa un stieples vietā. Tiem ir augsta caurlaidspēja (gigahercu vienību joslas platums), izturība pret elektromagnētiskiem traucējumiem, mazs svars un izmēri, pilnīga elektriskā izolācija no ieejas līdz izejai, sprādzienbīstamība un ugunsdrošība. FOCL īpaša iezīme ir īpaša optiskās šķiedras kabeļa izmantošana, kura struktūra ir parādīta attēlā. 5. Šādu kabeļu rūpniecisko paraugu vājināšanās ir 1 – 3 dB/km un mazāka. Optisko šķiedru sakaru līnijas tiek izmantotas telefona un datoru tīklu, kabeļtelevīzijas sistēmu izbūvei ar augstas kvalitātes pārraidītiem attēliem. Šīs līnijas ļauj vienlaikus pārraidīt desmitiem tūkstošu telefona sarunu un vairākas televīzijas programmas.

Pēdējā laikā intensīvi tiek attīstītas un plaši izplatītas optiskās integrālās shēmas (OIC), kuru visi elementi tiek veidoti, uz substrāta uzklājot nepieciešamos materiālus.

Ierīces, kuru pamatā ir šķidrie kristāli, ko plaši izmanto kā indikatorus elektroniskajos pulksteņos, ir daudzsološas optoelektronikā. Šķidrie kristāli ir organiska viela (šķidrums) ar kristāla īpašībām un atrodas pārejas stāvoklī starp kristālisko fāzi un šķidrumu.

Šķidro kristālu indikatoriem ir augsta izšķirtspēja, tie ir salīdzinoši lēti, patērē maz enerģijas un darbojas augstā apgaismojumā.

Šķidrie kristāli, kuru īpašības ir līdzīgas monokristāliem, visbiežāk tiek izmantoti gaismas indikatoros un optiskās atmiņas ierīcēs. Ir izstrādāti un plaši tiek izmantoti šķidrie kristāli (smectics). izmanto informācijas termooptiskajai ierakstīšanai.

Salīdzinoši nesen izstrādātās optoelektroniskās ierīces savu unikālo īpašību dēļ ir kļuvušas plaši izplatītas dažādās zinātnes un tehnikas jomās. Daudziem no tiem nav analogu vakuuma un pusvadītāju tehnoloģijās. Tomēr joprojām ir daudz neatrisinātu problēmu, kas saistītas ar jaunu materiālu izstrādi, šo ierīču elektrisko un darbības īpašību uzlabošanu un to izgatavošanas tehnoloģisko metožu izstrādi.

Optoelektroniskā pusvadītāju ierīce - pusvadītāju ierīce, kuras darbības pamatā ir starojuma, pārraides vai absorbcijas parādību izmantošana spektra redzamajā, infrasarkanajā vai ultravioletajā apgabalā.

Optoelektroniskās ierīces plašā nozīmē ir ierīces , izmantojot optisko starojumu savam darbam: informācijas signāla ģenerēšanai, noteikšanai, konvertēšanai un pārraidīšanai. Parasti šīs ierīces ietver vienu vai otru optoelektronisko elementu komplektu. Savukārt pašas ierīces var iedalīt standarta un speciālajās, par standarta uzskata tās, kuras tiek ražotas masveidā plašai lietošanai dažādās nozarēs, un tiek ražotas speciālas ierīces, ņemot vērā konkrētās nozares – mūsu gadījumā poligrāfijas – specifiku.

Visa optoelektronisko elementu klāsts ir sadalīts šādās produktu grupās: starojuma avoti un uztvērēji, indikatori, optiskie elementi un gaismas vadotnes, kā arī optiskie nesēji, kas ļauj izveidot vadības elementus, attēlot un uzglabāt informāciju. Zināms, ka jebkura sistematizācija nevar būt izsmeļoša, taču, kā pareizi atzīmēja mūsu tautietis, kurš 1869. gadā atklāja ķīmisko elementu periodisko likumu, Dmitrijs Ivanovičs Mendeļejevs (1834-1907), zinātne sākas tur, kur parādās skaitīšana, t.i. novērtēšana, salīdzināšana, klasifikācija, modeļu noteikšana, kritēriju noteikšana, kopīgās pazīmes. Ņemot to vērā, pirms turpināt konkrētu elementu aprakstu, vismaz vispārīgi ir jāsniedz optoelektronikas izstrādājumu atšķirīgās īpašības.

Kā minēts iepriekš, optoelektronikas galvenā atšķirīgā iezīme ir saikne ar informāciju. Piemēram, ja lāzera starojums tiek izmantots kādā instalācijā tērauda vārpstu rūdīšanai, tad diez vai ir loģiski klasificēt šo instalāciju kā optoelektronisku ierīci (lai gan pašam lāzera starojuma avotam ir tiesības to darīt).

Tika arī atzīmēts, ka cietvielu elementus parasti klasificē kā optoelektroniku (Maskavas Enerģētikas institūts izdeva mācību grāmatu kursam “Optoelektronika” ar nosaukumu “Pusvadītāju optoelektronikas instrumenti un ierīces”). Bet šis noteikums nav ļoti stingrs, jo dažās publikācijās par optoelektroniku ir detalizēti apskatīta fotopavairotāju un katodstaru lampu darbība (tie ir elektrisko vakuuma ierīču veids), gāzes lāzeri un citas ierīces, kas nav cietvielu. Taču poligrāfijas nozarē minētās ierīces tiek plaši izmantotas kopā ar cietvielu (arī pusvadītāju), risinot līdzīgas problēmas, tāpēc šajā gadījumā par tām ir visas tiesības ņemt vērā.

Ir vērts pieminēt vēl trīs atšķirīgas iezīmes, kas, pēc slavenā optoelektronikas jomas speciālista Jurija Romanoviča Nosova teiktā, raksturo to kā zinātniski tehnisko virzienu.

Optoelektronikas fizisko pamatu veido parādības, metodes un līdzekļi, kuriem optisko un elektronisko procesu kombinācija un nepārtrauktība ir būtiska. Optoelektroniskā ierīce ir plaši definēta kā ierīce, kas ir jutīga pret elektromagnētisko starojumu redzamajā, infrasarkanajā (IR) vai ultravioletajā (UV) zonā, vai ierīce, kas izstaro un pārveido nesakarīgu vai koherentu starojumu šajos pašos spektra apgabalos.

Optoelektronikas tehnisko bāzi nosaka mūsdienu mikroelektronikas dizaina un tehnoloģiskās koncepcijas: elementu miniaturizācija; preferenciāla cietu plakanu konstrukciju izstrāde; elementu un funkciju integrācija.

Optoelektronikas funkcionālais mērķis ir datorzinātņu problēmu risināšana: informācijas ģenerēšana (veidošana), pārvēršot dažādas ārējās ietekmes atbilstošos elektriskos un optiskos signālos; informācijas nodošana; informācijas apstrāde (pārveidošana) saskaņā ar doto algoritmu; informācijas glabāšana, tostarp tādi procesi kā ierakstīšana, pati uzglabāšana, nesagraujošā lasīšana, dzēšana; informācijas parādīšana, t.i. pārvēršot informācijas sistēmas izejas signālus cilvēkam uztveramā formā.

Izmantoto avotu saraksts

    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

FEDERĀLĀ IZGLĪTĪBAS AĢENTŪRA

Valsts augstākās profesionālās izglītības iestāde

TJUMENAS VALSTS NAFTAS UN GĀZES UNIVERSITĀTE

TRANSPORTA INSTITŪTS

Eseja

par tēmu “Optoelektroniskās ierīces”.

Pabeigts:

OBD grupas - 08

Čekardins

Pārbaudīts:

Sidorova A.E.

Tjumeņa 2010


  1. Elementi optoelektroniskā ierīces

    Abstract >> Komunikācijas un komunikācijas

    Saskaņā ar saliktā tranzistora ķēdi. Optoelektronika ierīces Darbs optoelektroniskā ierīces pamatojoties uz elektron-fotonisko... informācijas pārraidi un uzglabāšanu. Vienkāršākais optoelektroniskā ierīci ir optoelektroniskā pāri vai optronu. Darbības princips...

  2. Optocoupleru pielietojums un ierīces lai parādītu informāciju

    Abstract >> Komunikācijas un komunikācijas

    Definīcijas Optocouplers sauc par tādiem optoelektroniskā ierīces, kurā ir avots un... 2. V. I. Ivanovs, A. I. Aksenovs, A. M. Jušins “Pusvadītājs optoelektroniskā ierīces”. / Katalogs.” - M.: Energoatomizdat, 2002 3. Baluev V.K. "Attīstība...

  3. Pusvadītāju klasifikācijas pazīmes ierīces

    Abstract >> Fizika

    Pēc kādiem kritērijiem tiek klasificētas pusvadītāju ierīces? ierīces? Pusvadītājs ierīces klasificēts atkarībā no mehānisma... optiski caurspīdīgs logs. LED pusvadītājs optoelektroniskā ierīci, pārvēršot plūstošās tiešās...

Optoelektronisko ierīču elementi ir iepriekš aplūkotās fotoelektroniskās ierīces, un savienojums starp elementiem nav elektrisks, bet gan optisks. Tādējādi optoelektroniskajās ierīcēs galvaniskā sakabe starp ieejas un izejas ķēdēm ir gandrīz pilnībā novērsta, un atgriezeniskā saite starp ieeju un izeju ir gandrīz pilnībā novērsta. Apvienojot optoelektroniskajās ierīcēs iekļautos elementus, iespējams iegūt visdažādākās to funkcionālās īpašības. Attēlā 6.35. attēlā ir parādīti dažādu optoelementu modeļi.

Vienkāršākā optoelektroniskā ierīce ir optocoupler.

Optocoupler ir ierīce, kas vienā korpusā apvieno LED un fotostarojuma uztvērēju, piemēram, fotodiodi (6.36. att.).

Ieejas pastiprinātais signāls nonāk LED un izraisa tā mirdzēšanu, kas tiek pārraidīts pa gaismas kanālu uz fotodiodu. Fotodiode atveras un tā ķēdē plūst strāva ārēja avota ietekmē E. Efektīva optiskā saziņa starp optrona elementiem tiek veikta, izmantojot optisko šķiedru - gaismas vadotnes, kas izgatavotas plānu caurspīdīgu pavedienu kūļa veidā, caur kuriem signāls tiek pārraidīts pilnīgas iekšējās atstarošanas dēļ ar minimāliem zudumiem un ar augstu izšķirtspēju. Fotodiodes vietā optrona var saturēt fototranzistoru, fototiristoru vai fotorezistoru.

Attēlā 6.37 parāda šādu ierīču simboliskos grafiskos simbolus.

Diode optronu izmanto kā slēdzi un var pārslēgt strāvu ar frekvenci 10 6 ... 10 7 Hz, un tā pretestība starp ieejas un izejas ķēdēm ir 10 13 ... 10 15 omi.

Tranzistoru opto savienotāji, pateicoties lielākai fotodetektora jutībai, ir ekonomiskāki nekā diodes. Tomēr to ātrums ir mazāks, maksimālā pārslēgšanas frekvence parasti nepārsniedz 10 5 Hz. Tāpat kā diodēm, tranzistoru optroniem ir zema pretestība atvērtā stāvoklī un augsta pretestība slēgtā stāvoklī un nodrošina pilnīgu ievades un izejas ķēžu galvanisko izolāciju.

Izmantojot fototiristoru kā fotodetektoru, jūs varat palielināt izejas strāvas impulsu līdz 5 A vai vairāk. Šajā gadījumā ieslēgšanas laiks ir mazāks par 10 -5 s, un ieejas ieslēgšanās strāva nepārsniedz 10 mA. Šādi optiskie savienotāji ļauj vadīt augstas strāvas ierīces dažādiem mērķiem.

Secinājumi:

1. Optoelektronisko ierīču darbības pamatā ir iekšējā fotoelektriskā efekta princips - lādiņnesēju pāra "elektrons - caurums" ģenerēšana gaismas starojuma ietekmē.

2. Fotodiodēm ir lineāra gaismas īpašība.

3. Fototranzistoriem ir lielāka integrālā jutība nekā fotodiodēm fotostrāvas pastiprināšanas dēļ.

4. Optocouplers ir optoelektroniskas ierīces, kas nodrošina elektrisko izolāciju



ieejas un izejas ķēdes.

5. Fotopavairotāji ļauj strauji palielināt fotostrāvu, izmantojot sekundāro elektronu emisiju.

Kontroles jautājumi

1. Kas ir ārējais un iekšējais fotoelektriskais efekts?

2. Kādi parametri raksturo fotorezistoru?

3. Kādi fizikālie faktori ietekmē fotorezistora gaismas raksturlielumus pie lielām gaismas plūsmām?

4. Kādas ir fotodiodes un fotorezistora īpašību atšķirības?

5. Kā fotoelements tieši pārvērš gaismas enerģiju elektroenerģijā?

6. Kādas ir fotodiodes un bipolārā fototranzistora darbības principa un īpašību atšķirības?

7. Kāpēc tiristors var kontrolēt relatīvi lielākas jaudas nekā paša fototiristora pieļaujamā jaudas izkliede?

8. Kas ir optrons?

PIETEIKUMS. PUSVADĪTĀJU IERĪČU KLASIFIKĀCIJA UN APZĪMĒJUMI

Apzīmējumu unifikācijai un pusvadītāju ierīču parametru standartizēšanai tiek izmantota simbolu sistēma. Šī sistēma klasificē pusvadītāju ierīces pēc to mērķa, pamata fizikālajiem un elektriskajiem parametriem, strukturālajām un tehnoloģiskajām īpašībām un pusvadītāju materiālu veida. Vietējo pusvadītāju ierīču simbolu sistēma ir balstīta uz valsts un nozares standartiem. Pirmais GOST pusvadītāju ierīču apzīmējumu sistēmai - GOST 10862–64 tika ieviests 1964. Pēc tam, kad parādījās jaunas ierīču klasifikācijas grupas, tā tika mainīta uz GOST 10862–72 un pēc tam uz nozares standartu OST 11.336.038–77 un OST 11.336.919–81. Ar šo modifikāciju tika saglabāti simbolu sistēmas burtciparu koda pamatelementi. Šī apzīmējumu sistēma ir loģiski strukturēta un ļauj sevi papildināt, elementu bāzei tālāk attīstoties.

Pusvadītāju ierīču galveno un atsauces parametru pamattermini, definīcijas un burtu apzīmējumi ir doti GOST:

§ 25529–82 – Pusvadītāju diodes. Termini, definīcijas un parametru burtu apzīmējumi.

§ 19095–73 – Lauka efekta tranzistori. Termini, definīcijas un parametru burtu apzīmējumi.

§ 20003–74 – Bipolāri tranzistori. Termini, definīcijas un parametru burtu apzīmējumi.

§ 20332–84 – Tiristori. Termini, definīcijas un parametru burtu apzīmējumi.



 

Varētu būt noderīgi izlasīt: