Systém označovania fotoelektronických a optoelektronických zariadení. Moskovská štátna univerzita polygrafického umenia

Zdroje optického žiarenia používané v optoelektronika je vo všeobecnosti veľmi rôznorodá. Väčšina z nich (subminiatúrne žiarovky a plynové výbojky, práškové a filmové elektroluminiscenčné žiariče, vákuové katodoluminiscenčné a mnohé ďalšie typy) však nespĺňajú celý súbor moderných požiadaviek a používajú sa len v určitých zariadeniach, najmä v indikačných zariadeniach a čiastočne v optočlenoch.

Pri hodnotení perspektívy konkrétneho zdroja zohráva rozhodujúcu úlohu stav agregácie aktívnej svietivej látky (resp. látky vypĺňajúcej pracovný objem). Zo všetkých možných možností (vákuum, plyn, kvapalina, tuhá látka) sa dáva prednosť látke v tuhom stave a „vnútri“ monokryštalickej látke, pretože poskytuje najväčšiu odolnosť a spoľahlivosť zariadení.

Základ optoelektroniky tvoria dve skupiny žiaričov:

1) optické generátory koherentného žiarenia (lasery), medzi ktorými by sa mali rozlišovať polovodičové lasery;

1) polovodičové diódy vyžarujúce svetlo na princípe spontánnej vstrekovacej elektroluminiscencie.

Optoelektronické polovodičové zariadenie je polovodičové zariadenie, ktoréemitujúce alebo premieňajúce elektromagnetické žiarenie, citlivé na toto žiarenie vo viditeľnej, infračervenej a (alebo) ultrafialovej oblasti spektra, alebo využívajúce takéto žiarenie na vnútornú interakciu svojich prvkov.

Optoelektronické polovodičové zariadenia môžeme rozdeliť na polovodičové žiariče, prijímače žiarenia, optočleny a optoelektronické integrované obvody (obr. 2.1).

Polovodičový žiarič je optoelektronické polovodičové zariadenie, ktoré premieňa elektrickú energiu na energiu elektromagnetického žiarenia vo viditeľnej, infračervenej a ultrafialovej oblasti spektra.

Mnoho polovodičových žiaričov môže vyžarovať iba nekoherentné elektromagnetické vlny. Patria sem polovodičové žiariče vo viditeľnej oblasti spektra - polovodičové informačné zobrazovacie zariadenia (svetelné diódy, polovodičové indikátory, váhy a obrazovky), ako aj polovodičové žiariče v infračervenej oblasti spektra - infračervené diódy.

Koherentné polovodičové žiariče– ide o polovodičové lasery s rôznymi druhmi budenia. Môžu vyžarovať elektromagnetické vlny s určitou amplitúdou, frekvenciou, fázou, smerom šírenia a polarizácie, čo zodpovedá konceptu koherencie.

Optoelektronika je odvetvie elektroniky venované teórii a praxi vytvárania prístrojov a zariadení založených na premene elektrických signálov na optické signály a naopak.

Optoelektronika využíva rozsah vlnových dĺžok 0,2 µm - 0,2 mm. Optoelektronické zariadenie je kombináciou zdroja žiarenia a prijímača. Ako zdroj žiarenia sa používajú LED diódy na báze GaAs a ako fotodetektory sa používajú fotodiódy a fototranzistory na báze Si.

Charakteristickým znakom optoelektronických zariadení (OED) od ostatných je to, že sú opticky spojené, ale sú od seba elektricky izolované. To uľahčuje zabezpečenie konzistencie medzi vysokonapäťovými a nízkonapäťovými a vysokofrekvenčnými obvodmi.

Optoelektronika sa vyvíja v dvoch nezávislých smeroch:

  1. Optické;
  2. Elektro-optické.

Optický smer je založený na účinkoch interakcie pevnej látky s elektromagnetickým žiarením (holografia, fotochémia, elektrooptika). Elektrooptický smer využíva princíp fotoelektrickej konverzie s vnútorným fotoelektrickým efektom na jednej strane a fotoluminiscencie na strane druhej (nahradenie galvanickej a magnetickej komunikácie optickými, vláknovo-optickými komunikačnými linkami).

Na optoelektronickom princípe možno vytvárať bezvákuové analógy elektronických zariadení a systémov:

  • diskrétne a analógové prevodníky elektrických signálov (zosilňovače, generátory, kľúčové prvky, pamäťové prvky, logické obvody, oneskorovacie vedenia atď.)
  • prevodníky optického signálu (zosilňovače svetla a obrazu, ploché obrazovky, ktoré prenášajú a reprodukujú obraz)
  • prehrávacie zariadenia (obrazovky, digitálne displeje, logika obrazu atď.).

Hlavné faktory, ktoré určujú vývoj optoelektroniky, sú:

  • vývoj ultračistých materiálov,
  • vývoj dokonalej technológie pre nové moderné prístroje a zariadenia,
  • školenia vysokokvalifikovaného personálu.

Na výrobu aktívnych a pasívnych optoelektronických prvkov sa široko používajú:

  • polovodičové materiály, vzácne zeminy a ich zliatiny,
  • dielektrické spoje,
  • filmové materiály,
  • fotorezisty,
  • difúzanty.

V súčasnosti je rozsah materiálov používaných v optoelektronike pomerne široký. Patria sem vysokočisté látky, čisté kovy a zliatiny so špeciálnymi elektrofyzikálnymi vlastnosťami, difúzanty, rôzne polovodičové zlúčeniny vo forme práškov a monokryštálov, monokryštalické doštičky kremíka, arzenidu a fosfidu gália, fosfid india, zafír, granát, rôzne pomocné materiály - procesné plyny, fotorezisty, abrazívne prášky atď.

Najdôležitejšie materiály pre optoelektroniku sú látky ako: GaAs, BaF 2, CdTe (na výrobu substrátov), ​​štruktúry GaAlAs / GaAs / GaAlAs (elektro-optické modulátory), SiO 2 (izolačný materiál), Si, CdHgTe, PbSnSe (fotodiódy, fototranzistory). Niektoré integrované obvody používajú Ni, Cr a Ag. Technológia výroby optoelektronických integrovaných obvodov (OEIMC) sa neustále zdokonaľuje na základe vývoja nových fyzikálnych a technologických procesov.

OEP majú nasledujúce výhody:

  • možnosť priestorovej modulácie svetelných lúčov a ich významného priesečníka pri absencii galvanických spojení medzi kanálmi;
  • väčšie funkčné zaťaženie svetelných lúčov v dôsledku možnosti zmeny mnohých ich parametrov (amplitúda, smer, frekvencia, fáza, polarizácia).

Optoelektronické zariadenia sú zariadenia, ktorých princíp činnosti je založený na využití elektromagnetického žiarenia v optickom rozsahu.

Medzi hlavné skupiny optoelektronických zariadení patria:

  • svetelné diódy a lasery;
  • detektory fotoelektrického žiarenia - fotorezistory a fotodetektory s p-n prechodom;
  • zariadenia, ktoré riadia žiarenie - modulátory, deflektory atď.; zariadenia na zobrazovanie informácií - indikátory;
  • zariadenia na elektrickú izoláciu - optočleny;
  • optické komunikačné kanály a optické pamäťové zariadenia.

Vyššie uvedené skupiny zariadení generujú, transformujú, prenášajú a ukladajú informácie. Nosičmi informácií v optoelektronike sú elektricky neutrálne častice – fotóny, ktoré sú necitlivé na účinky elektrických a elektromagnetických polí, navzájom neinteragujú a vytvárajú jednosmerný prenos signálu, čo zaisťuje vysokú odolnosť proti šumu a galvanickú izoláciu vstupných a výstupných obvodov. Optoelektronické zariadenia prijímajú, konvertujú a generujú žiarenie vo viditeľnej, infračervenej a ultrafialovej oblasti spektra.

Princíp činnosti optoelektronických zariadení je založený na použití vonkajšieho alebo vnútorného fotoelektrického javu.

Vonkajší fotoelektrický jav je uvoľňovanie voľných elektrónov z povrchovej vrstvy fotokatódy do vonkajšieho prostredia vplyvom svetla.

Vnútorný fotoelektrický efekt je voľný pohyb elektrónov vo vnútri látky, oslobodený od väzieb pod vplyvom svetla a zmena jej elektrickej vodivosti alebo dokonca spôsobenie vzhľadu emf na hranici dvoch látok (p-n prechod).

OEP sú široko používané v automatických riadiacich a meracích systémoch, výpočtovej technike, fototelegrafii, zariadeniach na reprodukciu zvuku, kinematografii, spektrofotometrii, na premenu svetelnej energie na elektrickú energiu a v automatizácii na riešenie elektrických obvodov.

Optočlen

Optočlen je polovodičové zariadenie, v ktorom sú zdroj žiarenia a prijímač štrukturálne spojené, spojené optickou komunikáciou. V zdroji žiarenia sa elektrické signály premieňajú na svetelné signály, ktoré pôsobia na fotodetektor a opäť v ňom vytvárajú elektrické signály. Ak má optočlen iba jeden vysielač a jeden prijímač žiarenia, potom sa nazýva optočlen alebo elementárny optočlen.

Mikroobvod pozostávajúci z jedného alebo viacerých optočlenov s prídavnými zariadeniami na prispôsobenie a zosilnenie signálu sa nazýva optoelektronický integrovaný obvod. Elektrické signály sa vždy používajú na vstupe a výstupe optočlena a spojenie medzi vstupom a výstupom nastáva v dôsledku svetelného signálu.

Fotorezistor

Fotorezistory sú polovodičové odpory, ktoré menia svoj odpor vplyvom svetla. V závislosti od spektrálnej citlivosti sa fotorezistory delia do dvoch skupín: pre viditeľnú časť spektra a pre infračervenú časť spektra. Na výrobu fotorezistorov sa používajú zlúčeniny Cd A Pb. Citlivé prvky sú vyrobené z monokryštálov alebo polykryštálov týchto zlúčenín.

Označenie fotorezistorov skorých verzií:

  • 1 prvok - písmená označujúce typ zariadenia (FS - fotorezistencia),
  • 2 prvok - písmeno označujúce materiál fotosenzitívneho prvku (A - sulfid olovnatý, K - sulfid kademnatý, D - selén kadmium),
  • Prvok 3 je číslo, ktoré označuje typ dizajnu.
  • písmeno B pred číslom je zapečatená verzia,
  • P - filmový materiál fotosenzitívneho prvku,
  • M - monokryštalický materiál fotocitlivého prvku.
  • písmeno T - tropická verzia, určená na použitie v podmienkach vysokých teplôt a vlhkosti.
Princíp štruktúry a schémy zapojenia fotorezistora

Označenie moderných fotorezistorov:

  • 1 prvok - písmená označujúce typ zariadenia (SF - fotosenzitívna odolnosť),
  • 2 prvok - číslo, ktoré znamená materiál fotosenzitívneho prvku (2 - sulfid kademnatý, 3 - selenid kadmia, 4 - selenid olovnatý),
  • 3. prvok je číslo, ktoré označuje sériové číslo vývoja.

Fotorezistory majú vysokú stabilitu parametrov. Zmena fotoprúdu je pomerne presnou charakteristikou jeho stavu. Pri dlhodobej prevádzke sa pozoruje stabilizácia fotoprúdu, pričom jeho hodnota sa môže meniť o 20 - 30%. Fotorezistory sú citlivé na rýchle zmeny teploty. Fotorezistory by sa mali skladovať pri teplote 5 - 35 o C a vlhkosti maximálne 80%.

Medzi hlavné parametre fotorezistorov patria:

  1. Temný prúd ( jaT) je prúd prechádzajúci fotorezistorom pri pracovnom napätí 30 s po odstránení osvetlenia 200 luxov.
  2. Svetelný prúd ( ja c) je prúd prechádzajúci fotorezistorom pri prevádzkovom napätí a osvetlení 200 luxov zo svetelného zdroja s teplotou farby 2850 K.
  3. Teplotný koeficient fotoprúdu ( TKjaf) - zmena fotoprúdu pri zmene teploty fotorezistora o 1 oC.
  4. Prevádzkové napätie ( Uf) - napätie, ktoré je možné aplikovať na fotorezistor pri dlhodobej prevádzke bez toho, aby sa zmenili jeho parametre nad prípustné limity.
  5. Odolnosť voči tme ( RT) - odpor fotorezistora pri teplote 20 o C 30 s po odstránení osvetlenia 200 lux.
  6. Špecifická citlivosť ( K 0) je pomer fotoprúdu k súčinu veľkostí svetelného toku naň dopadajúceho a použitého napätia: K 0 =jaf / (FUf) , Kde F— svetelný tok, lm.
  7. Časová konštanta ( t) je čas, počas ktorého sa fotoprúd pri osvetlení zmení o normalizovanú hodnotu.
  8. Stratový výkon ( R závod.) - maximálny povolený výkon, ktorý môže fotorezistor rozptýliť pri nepretržitom elektrickom zaťažení a teplote okolia, bez zmeny parametrov nad rámec normy stanovenej technickými špecifikáciami.
  9. Izolačný odpor ( RA).
  10. Hranica dlhej vlnovej dĺžky ( l).

Hlavné charakteristiky fotorezistorov sú:

  1. Voltampér ( ja= f(U)) — závislosť svetla, tmy alebo fotoprúdu (s F =konšt) od použitého napätia.
  2. Svetlo alebo lux-amp (ja= f(E))— závislosť fotoprúdu od svetelného toku, dopadajúceho alebo osvetlenia (at U= konšt).
  3. Spektrálny (ja= f(l)) — závislosť fotoprúdu od vlnovej dĺžky svetelného toku (at U= konšt).
  4. Frekvencia (I Ф = f (F Ф)) - závislosť fotoprúdu od modulačnej frekvencie svetelného toku (pri U = konšt.).

Vysoká integrálna citlivosť umožňuje použitie rezistorov aj bez zosilňovačov a ich malé rozmery sú dôvodom ich širokého použitia. Hlavnou nevýhodou fotorezistorov je ich zotrvačnosť a silný vplyv teploty, čo vedie k širokému spektru charakteristík.

Fotodióda

Fotodiódy — Ide o polovodičové diódy, ktoré využívajú vnútorný fotoelektrický efekt. Svetelný tok riadi spätný prúd fotodiód. Vplyvom svetla na prechod elektrón-diera sa vytvárajú páry nosičov náboja, zvyšuje sa vodivosť diódy a zvyšuje sa spätný prúd. Tento režim činnosti sa nazýva režim fotodiódy. Druhým typom režimu je fotogenerátor. Na rozdiel od režimu fotogenerátora režim fotodiódy vyžaduje použitie externého zdroja energie.

Obvod zapojenia fotodiódy pre prevádzku v režime fotodiódy

Hlavné parametre fotodiód:

  • integrálna citlivosť (~ 10 mA / lm): prevádzkové napätie (10 - 30 V);
  • tmavý prúd (~ 2 - 20 µA).

Hlavné vlastnosti fotodiód:

  • volt-ampér (I = f (U)) - závislosť svetla, tmy alebo fotoprúdu (pri Ф = const) od použitého napätia;
  • energia ( jaF = f(F))— závislosť fotoprúdu od svetelného toku (at U= konšt) - lineárny, málo závisí od napätia.

Prúdovo-napäťové charakteristiky fotodiódy pre režim fotodiódy

V lavínových fotodiódach dochádza v pn prechode k lavínovému zmnoženiu nosičov a vďaka tomu sa citlivosť zvyšuje desiatky krát. Fotodiódy so Schottkyho bariérou majú vysoký výkon. Fotodiódy s heteroprechodmi fungujú ako generátory emf. Germániové fotodiódy sa používajú ako indikátory infračerveného žiarenia; kremík - na premenu svetelnej energie na elektrickú energiu (solárne batérie na autonómne napájanie rôznych zariadení vo vesmíre - selén - na výrobu fotoexpozimetrov a svetelnotechnických meraní, pretože ich spektrálne charakteristiky sú blízke spektrálnym charakteristikám človeka); oko.

Fototranzistor

Fototranzistory sú polovodičové zariadenia s dvoma p-n prechodmi, určené na premenu svetelného toku na elektrický prúd. Fototranzistor sa štrukturálne líši od bežného bipolárneho tranzistora tým, že jeho telo má priehľadné okienko, cez ktoré môže svetlo prenikať do oblasti bázy.

Napájacie napätie sa privádza do emitora a kolektora, jeho kolektorový prechod je uzavretý a emitorový prechod je otvorený. Základňa zostáva voľná. Keď je fototranzistor osvetlený, v jeho základni sa vytvárajú elektróny a diery. V kolektorovom prechode je rozmiestnenie prechodov elektrón-diera, ktoré v dôsledku difúzie dosiahli hranicu prechodu. Otvory (menšinové nosiče náboja v polovodiči) sa prechodovým poľom prenesú do kolektora, čím sa zvýši jeho vlastný prúd, a elektróny (väčšinové nosiče náboja) ostanú v báze, čím sa zníži jej potenciál. Zníženie potenciálu bázy vedie k vytvoreniu dodatočného dopredného napätia na prechode emitora a zvýšenému vstrekovaniu otvorov z emitora do bázy. Otvory vstreknuté do základne, ktoré dosahujú kolektorovú križovatku, spôsobujú dodatočné zvýšenie kolektorového prúdu.


Bloková schéma bipolárneho fototranzistora s voľnou bázou (a) a zapojením fototranzistora (b)

Kolektorový prúd osvetleného fototranzistora sa ukazuje ako dosť veľký; Pomer svetelného prúdu k tmavému prúdu dosahuje niekoľko stoviek.

Existujú dve možnosti zapínania fototranzistorov:

  • dióda- použitie iba dvoch kolíkov (emitor a kolektor)
  • tranzistor- pomocou troch svoriek, kedy sa na vstup privádza nielen svetelný, ale aj elektrický signál.

V optoelektronike, automatizácii a telemechanike sa fototranzistory používajú na rovnaké účely ako fotodiódy, ale sú nižšie ako prah citlivosti a teplotný rozsah. Citlivosť fototranzistorov sa zvyšuje s intenzitou ich osvetlenia.

Fototyristor

Fototyristor je polovodičové zariadenie so štvorvrstvovou štruktúrou p-n-p-n, ktoré spája vlastnosti tyristora a fotodetektora a premieňa svetlo na elektrinu.

Pri absencii svetelného signálu a riadiaceho prúdu je fototyristor uzavretý a prechádza ním len tmavý prúd. Fototyristor sa otvára svetelným tokom, ktorý cez „okienko“ v jeho tele vstupuje do báz p 2 a n 1 a vytvára páry elektrón-diera. To vedie k vzniku primárnych fotoprúdov a vytvoreniu celkového fotoprúdu. Z toho vyplýva, že keď svetelný tok dorazí na bázy p 2 a n 1, prúd emitora sa zvyšuje, koeficient prenosu prúdu α z emitora do kolektora je funkciou osvetlenia, ktoré mení p-n prúd. Odpor fototyristora sa pohybuje od 0,1 Ohm (v otvorenom stave) do 10 8 Ohm (v zatvorenom stave) a spínací čas je 10 -5 - 10 -6 s.


Fototyristorová štruktúra

Zo svetelných vlastností jaatď. = F(F) pri Uatď. = Konšt je vidieť, že keď je fototyristor zapnutý, prúd cez neho sa zvýši na jaatď.= E pr.Rnaložiť a už sa nemení, to znamená, že fototyristor má dva stabilné stavy a môže byť použitý ako pamäťový prvok. Podľa prúdovo-napäťovej charakteristiky jaatď. = F(Uatď.) pri F =konšt(F 2 > F1 > Fo) Je vidieť, že so zvyšujúcim sa svetelným tokom klesá napätie a čas zapnutia.


Charakteristika fototyristoru: a - svetelná, b - prúdovo-napäťová charakteristika, c - závislosť doby zopnutia od svetelného toku

Výhody fototyristorov sú:

  • vysoká nosnosť s nízkym výkonom riadiaceho signálu;
  • schopnosť získať požadovaný zdrojový signál bez dodatočných stupňov zosilnenia;
  • prítomnosť pamäte, to znamená udržiavanie otvoreného stavu po odstránení riadiaceho signálu;
  • väčšia citlivosť;
  • vysoký výkon.

Vyššie uvedené vlastnosti fototyristorov umožňujú zjednodušiť obvody odstránením zosilňovačov a reléových prvkov, čo je veľmi dôležité v priemyselnej elektronike, napríklad vo vysokonapäťových meničoch. Fototyristory sa najčastejšie používajú na spínanie výkonných elektrických signálov svetelným signálom.

Napriek tomu, že optoelektronika bola jednou z prvých oblastí rádiovej elektroniky, zachovala si svoj význam dodnes, na rozdiel od mnohých technológií, ktoré upadli do zabudnutia.

Optoelektronické zariadenia sú zariadenia, ktoré sú citlivé na elektromagnetické žiarenie vo viditeľnej, infračervenej a ultrafialovej oblasti, ako aj zariadenia, ktoré takéto žiarenie produkujú alebo využívajú.

Žiarenie vo viditeľnej, infračervenej a ultrafialovej oblasti je klasifikované ako optický rozsah spektra. Tento rozsah zvyčajne zahŕňa elektromagnetické vlny s dĺžkou 1 nm až do 1 mm, čo zodpovedá frekvenciám približne od 0,5 10 12 Hz do 5·10 17 Hz. Niekedy hovoria o užšom frekvenčnom rozsahu - od 10 nm až 0,1 mm(~5·10 12 …5·10 16 Hz). Viditeľný rozsah zodpovedá vlnovým dĺžkam od 0,38 µm do 0,78 µm (frekvencia približne 10 15 Hz).

V praxi sú široko používané zdroje žiarenia (emitory), prijímače žiarenia (fotodetektory) a optočleny (optočleny).

Optočlen je zariadenie, v ktorom je zdroj aj prijímač žiarenia, konštrukčne kombinované a umiestnené v jednom kryte.

LED a lasery sú široko používané ako zdroje žiarenia a fotorezistory, fotodiódy, fototranzistory a fototyristory ako prijímače.

Optočleny sú široko používané, v ktorých sa používajú páry LED-fotióda, LED-fototranzistor, LED-fototyristor.

Hlavné výhody optoelektronických zariadení:

· vysoká informačná kapacita kanálov na prenos optických informácií, ktorá je dôsledkom používaných vysokých frekvencií;

· úplné galvanické oddelenie zdroja žiarenia a prijímača;

· žiadny vplyv prijímača žiarenia na zdroj (jednosmerný informačný tok);

· odolnosť optických signálov voči elektromagnetickým poliam (vysoká odolnosť voči šumu).

Vyžarovacia dióda (LED)

Vyžarujúca dióda, ktorá pracuje vo viditeľnom rozsahu vlnových dĺžok, sa často nazýva dióda vyžarujúca svetlo alebo LED.

Uvažujme o zariadení, charakteristikách, parametroch a systéme označovania emitujúcich diód.

Zariadenie. Schematické znázornenie štruktúry emitujúcej diódy je na obr. 6.1,a a jeho symbolické grafické označenie je na obr. 6.2, b.

Žiarenie nastáva, keď tečie priamy diódový prúd ako výsledok rekombinácie elektrónov a dier v oblasti p-n-prechod a v oblastiach susediacich s určenou oblasťou. Počas rekombinácie sú emitované fotóny.

Charakteristiky a parametre. Na vyžarovanie diód pracujúcich vo viditeľnom rozsahu (vlnové dĺžky od 0,38 do 0,78 um, frekvencia asi 10 15 Hz), sú široko používané tieto vlastnosti:

· závislosť jasu žiarenia L z diódového prúdu i(charakteristika jasu);

závislosť intenzity svetla Iv z diódového prúdu i.

Ryža. 6.1. Štruktúra svetelných diód ( A)

a jeho grafické znázornenie ( b)

Jasová charakteristika pre svetelnú diódu typu AL102A je znázornená na obr. 6.2. Farba svetla tejto diódy je červená.

Ryža. 6.2. Charakteristika jasu LED

Graf závislosti intenzity osvetlenia od prúdu pre svetelnú diódu AL316A je na obr. 6.3. Farba žiary je červená.

Ryža. 6.3. Závislosť intenzity osvetlenia od prúdu LED

Pre emitujúce diódy pracujúce mimo viditeľného rozsahu sa používajú charakteristiky, ktoré odrážajú závislosť výkonu žiarenia R z diódového prúdu i. Zóna možných polôh grafu závislosti výkonu žiarenia od prúdu pre emitujúcu diódu typu AL119A pracujúcu v infračervenom rozsahu (vlnová dĺžka 0,93...0,96 um), je znázornené na obr. 6.4.

Tu sú niektoré parametre pre diódu AL119A:

· čas nábehu pulzu žiarenia – nie viac ako 1000 ns;

· doba rozpadu pulzu žiarenia – nie viac ako 1500 ns;

· konštantné priepustné napätie pri i=300 mA- nie viac ako 3 IN;

· konštantný maximálny povolený dopredný prúd pri t<+85°C – 200 mA;

· okolitá teplota –60…+85°С.

Ryža. 6.4. Závislosť výkonu žiarenia od prúdu LED

Pre informáciu o možných hodnotách faktora účinnosti uvádzame, že emitujúce diódy typu ZL115A, AL115A, pracujúce v infračervenom rozsahu (vlnová dĺžka 0,95 um, šírka spektra nie väčšia ako 0,05 um), majú koeficient účinnosti najmenej 10 %.

Systém notácie. Systém označovania používaný pre svetelné diódy zahŕňa použitie dvoch alebo troch písmen a troch čísel, napríklad AL316 alebo AL331. Prvé písmeno označuje materiál, druhé (alebo druhé a tretie) označuje prevedenie: L - jedna LED, LS - rad alebo matica LED. Nasledujúce čísla (a niekedy aj písmená) označujú vývojové číslo.

Fotorezistor

Fotorezistor je polovodičový rezistor, ktorého odpor je citlivý na elektromagnetické žiarenie v optickom rozsahu spektra. Schematické znázornenie štruktúry fotorezistora je znázornené na obr. 6,5, A a jeho konvenčné grafické znázornenie je na obr. 6,5, b.

Prúd fotónov dopadajúcich na polovodič spôsobuje vznik párov. elektrónová diera, zvýšenie vodivosti (zníženie odporu). Tento jav sa nazýva vnútorný fotoelektrický jav (efekt fotovodivosti). Fotorezistory sú často charakterizované závislosťou od prúdu i od osvetlenia E pri danom napätí na rezistore. Ide o tzv lux-amp charakteristika (obr. 6.6).

Ryža. 6.5. Štruktúra ( A) a schematické označenie ( b) fotorezistor

Ryža. 6.6. Lux-ampérová charakteristika fotorezistora FSK-G7

Často sa používajú nasledujúce parametre fotorezistorov:

· nominálny tmavý odpor (pri absencii svetelného toku) (pre FSK-G7 je tento odpor 5 MOhm);

· integrálna citlivosť (citlivosť určená, keď je fotorezistor osvetlený svetlom komplexného spektrálneho zloženia).

Integrálna citlivosť (citlivosť prúdu na svetelný tok) S je určená výrazom:

Kde i f– takzvaný fotoprúd (rozdiel medzi prúdom pri osvetlení a prúdom bez osvetlenia);

F- svetelný tok.

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

Fotodióda

Štruktúra a základné fyzikálne procesy. Zjednodušená štruktúra fotodiódy je znázornená na obr. 6,7, A a jeho konvenčné grafické znázornenie je na obr. 6,7, b.

Ryža. 6.7. Štruktúra (a) a označenie (b) fotodiódy

Fyzikálne procesy vyskytujúce sa vo fotodiódach sú svojou povahou opačné ako procesy vyskytujúce sa v LED. Hlavným fyzikálnym javom vo fotodióde je generovanie párov elektrónová diera v oblasti p-n-prechod a v oblastiach s ním susediacich pod vplyvom žiarenia.

Generovanie párov elektrónová diera vedie k zvýšeniu spätného prúdu diódy v prítomnosti spätného napätia a k vzniku napätia u ak medzi anódou a katódou s otvoreným okruhom. Navyše u ak>0 (otvory idú do anódy a elektróny idú do katódy pod vplyvom elektrického poľa p-n-prechod).

Charakteristiky a parametre. Fotodiódy je vhodné charakterizovať skupinou charakteristík prúdového napätia zodpovedajúcich rôznym svetelným tokom (svetelný tok sa meria v lúmenoch, lm) alebo iné osvetlenie (osvetlenie sa meria v luxoch, OK).

Prúdovo-napäťové charakteristiky (voltampérové ​​charakteristiky) fotodiódy sú znázornené na obr. 6.8.

Ryža. 6.8. Prúdovo-napäťové charakteristiky fotodiódy

Svetelný tok nech je najprv nulový, potom prúdovo-napäťová charakteristika fotodiódy vlastne zopakuje prúdovo-napäťovú charakteristiku bežnej diódy. Ak svetelný tok nie je nulový, potom do oblasti prenikajú fotóny p-n- prechod, spôsobujú generovanie párov elektrónová diera. Pod vplyvom elektrického poľa p-n- prechod, nosiče prúdu sa pohybujú k elektródam (otvory - k elektróde vrstvy p, elektróny – k vrstvovej elektróde n). V dôsledku toho vzniká medzi elektródami napätie, ktoré sa zvyšuje so zvyšujúcim sa svetelným tokom. Pri kladnom napätí anóda-katóda môže byť prúd diódy záporný (štvrtý kvadrant charakteristiky). V tomto prípade zariadenie nespotrebováva, ale vyrába energiu.

V praxi sa fotodiódy používajú ako v takzvanom režime fotogenerátora (fotovoltaický režim, ventilový režim), tak aj v takzvanom režime fotokonvertora (režim fotodiódy).

V režime fotogenerátora fungujú solárne články na premenu svetla na elektrinu. V súčasnosti dosahuje účinnosť solárnych článkov 20 %. Energia získaná zo solárnych článkov je zatiaľ približne 50-krát drahšia ako energia získaná z uhlia, ropy či uránu.

Režim fotokonvertora zodpovedá charakteristike prúd-napätie v treťom kvadrante. V tomto režime fotodióda spotrebúva energiu ( u· i> 0) z nejakého externého zdroja napätia nevyhnutne prítomného v obvode (obr. 6.9). Grafická analýza tohto režimu sa vykonáva pomocou záťažovej čiary, ako pri bežnej dióde. V tomto prípade sú charakteristiky zvyčajne konvenčne znázornené v prvom kvadrante (obr. 6.10).

Ryža. 6.9 Obr. 6.10

Fotodiódy sú rýchlejšie pôsobiace zariadenia v porovnaní s fotorezistormi. Pracujú na frekvenciách 10 7 – 10 10 Hz. Fotodióda sa často používa v optočlenoch LED-fotodióda. V tomto prípade rôzne charakteristiky fotodiódy zodpovedajú rôznym prúdom LED (čo zároveň vytvára rôzne svetelné toky).

Optočlen (optočlen)

Optočlen je polovodičové zariadenie obsahujúce zdroj žiarenia a prijímač žiarenia, spojené v jednom kryte a vzájomne prepojené opticky, elektricky a súčasne oboma spojmi. Veľmi rozšírené sú optočleny, v ktorých sa ako prijímač žiarenia používa fotorezistor, fotodióda, fototranzistor a fototyristor.

V odporových optočlenoch sa výstupný odpor môže zmeniť faktorom 10 7 ... 10 8, keď sa zmení režim vstupného obvodu. Okrem toho charakteristika prúdového napätia fotorezistora je vysoko lineárna a symetrická, vďaka čomu sú odporové optočleny široko použiteľné v analógových zariadeniach. Nevýhodou odporových optočlenov je ich nízka rýchlosť - 0,01...1 s.

V obvodoch na prenos digitálnych informačných signálov sa používajú najmä diódové a tranzistorové optočleny a na optické spínanie vysokonapäťových, silnoprúdových obvodov sa používajú tyristorové optočleny. Výkon tyristorových a tranzistorových optočlenov charakterizuje spínací čas, ktorý často leží v rozmedzí 5...50 mks.

Pozrime sa bližšie na LED-fotodiódový optočlen (obr. 6.11, A). Vyžarovacia dióda (vľavo) musí byť zapojená v priepustnom smere a fotodióda musí byť pripojená v priepustnom smere (režim fotogenerátora) alebo spätnom smere (režim fotokonvertora). Smery prúdov a napätí optočlenových diód sú znázornené na obr. 6.11, b.

Ryža. 6.11. Schéma optočlena (a) a smer prúdov a napätí v ňom (b)

Ukážme si súčasnú závislosť som vonku z prúdu aj vstup pri si vonku=0 pre optočlen AOD107A (obr. 6.12). Uvedený optočlen je navrhnutý tak, aby fungoval v režime fotogenerátora aj fotokonvertora.

Ryža. 6.12. Prenosová charakteristika optočlena AOD107A

    Optoelektronické zariadenia

    Hlavné charakteristiky diód vyžarujúcich viditeľné svetlo

    Hlavné charakteristiky infračervených diód vyžarujúcich svetlo

    Optoelektronické zariadenia v širšom zmysle

    Zoznam použitých zdrojov

Optoelektronické zariadenia

Prevádzka optoelektronických zariadení je založená na elektrón-fotonických procesoch prijímania, prenosu a ukladania informácií.

Najjednoduchším optoelektronickým zariadením je optoelektronický pár alebo optočlen. Princíp činnosti optočlena pozostávajúceho zo zdroja žiarenia, imerzného média (svetlovodu) a fotodetektora je založený na premene elektrického signálu na optický a následne späť na elektrický.

Optočleny ako funkčné zariadenia majú oproti konvenčným rádiovým prvkom tieto výhody:

úplné galvanické oddelenie „vstup – výstup“ (izolačný odpor presahuje 10 12 – 10 14 Ohmov);

absolútna odolnosť voči šumu v kanáli prenosu informácií (nosičom informácie sú elektricky neutrálne častice - fotóny);

jednosmerný tok informácií, ktorý je spojený s charakteristikami šírenia svetla;

širokopásmové pripojenie vďaka vysokej frekvencii optických vibrácií,

dostatočná rýchlosť (niekoľko nanosekúnd);

vysoké prierazné napätie (desiatky kilovoltov);

nízka hladina hluku;

dobrá mechanická pevnosť.

Na základe funkcií, ktoré vykonáva, možno optočlen prirovnať k transformátoru (spojovaciemu prvku) s relé (kľúčom).

V optočlenových zariadeniach sa používajú polovodičové zdroje žiarenia - svetelné diódy vyrobené z materiálov zlúčenín skupiny A III B V , z ktorých najsľubnejšie sú fosfid gália a arzenid. Spektrum ich žiarenia leží v oblasti viditeľného a blízkeho infračerveného žiarenia (0,5 - 0,98 mikrónov). Svetelné diódy na báze fosfidu gália majú červenú a zelenú žiaru. LED diódy vyrobené z karbidu kremíka sú perspektívne, pretože majú žltú žiaru a fungujú pri zvýšených teplotách, vlhkosti a v agresívnom prostredí.

LED diódy, ktoré vyžarujú svetlo vo viditeľnom rozsahu spektra, sa používajú v elektronických hodinkách a mikrokalkulačkách.

Svetelné diódy sa vyznačujú pomerne širokým spektrálnym zložením žiarenia, smerovým vzorom; kvantová účinnosť, určená pomerom počtu vyžarovaných svetelných kvánt k počtu prechádzajúcich p-n-prechod elektrónov; výkon (s neviditeľným žiarením) a jas (s viditeľným žiarením); charakteristiky volt-ampér, lumen-ampér a watt-ampér; rýchlosť (zvýšenie a doznievanie elektroluminiscencie pri pulznom budení), rozsah prevádzkových teplôt. So zvyšujúcou sa prevádzkovou teplotou sa jas LED diódy znižuje a výkon emisie klesá.

Hlavné charakteristiky svetelných diód vo viditeľnom rozsahu sú uvedené v tabuľke. 1 a infračervený rozsah - v tabuľke. 2.

stôl 1 Hlavné charakteristiky diód vyžarujúcich viditeľné svetlo

Typ diódy

Jas, cd/m 2 alebo svietivosť, mcd

Farba žiara

Priamy dopredný prúd, mA

KL101 A – B

AL102 A – G

AL307 A – G

10 – 20 cd/m2

40 – 250 mcd

150 – 1500 mcd

Červená Zelená

Červená Zelená

Svetelné diódy v optoelektronických zariadeniach sú s fotodetektormi spojené ponorným médiom, ktorého hlavnou požiadavkou je prenos signálu s minimálnymi stratami a skreslením. V optoelektronických zariadeniach sa používajú pevné imerzné médiá - polymérne organické zlúčeniny (optické lepidlá a laky), chalkogenidové médiá a optické vlákna. V závislosti od dĺžky optického kanála medzi žiaričom a fotodetektorom možno optoelektronické zariadenia rozdeliť na optočleny (dĺžka kanála 100 - 300 mikrónov), optoizolátory (do 1 m) a optické komunikačné linky - optické linky ( až desiatky kilometrov).

Tabuľka 2 Hlavné charakteristiky infračervených diód vyžarujúcich svetlo

Typ diódy

Celkový výkon žiarenia, mW

Konštantné predné napätie, V

Vlnová dĺžka žiarenia, mikróny

Čas nábehu radiačného impulzu, ns

Čas rozpadu pulzu žiarenia, ns

AL106 A – D

0,6 – 1 (pri prúde 50 mA)

0,2 – 1,5 (pri prúde 100 mA)

6 – 10 (pri prúde 100 mA)

1,5 (pri prúde 100 mA)

0,2 (pri prúde 20 mA)

10 (pri prúde 50 mA)

Na fotodetektory používané v optočlenoch sú kladené požiadavky na prispôsobenie spektrálnych charakteristík žiariču, minimalizovanie strát pri premene svetelného signálu na elektrický signál, fotocitlivosť, rýchlosť, veľkosť fotocitlivej plochy, spoľahlivosť a úroveň šumu.

Pre optočleny sú najperspektívnejšie fotodetektory s vnútorným fotoelektrickým efektom, kedy interakcia fotónov s elektrónmi vo vnútri materiálov s určitými fyzikálnymi vlastnosťami vedie k elektrónovým prechodom v objeme kryštálovej mriežky týchto materiálov.

Vnútorný fotoelektrický jav sa prejavuje dvoma spôsobmi: zmenou odporu fotodetektora vplyvom svetla (fotodezistory) alebo vznikom fotoemf na rozhraní dvoch materiálov - polovodič-polovodič, kov-polovodič. (spínané fotobunky, fotodiódy, fototranzistory).

Fotodetektory s vnútorným fotoelektrickým efektom sa delia na fotodiódy (s p-n-prechod, štruktúra MIS, Schottkyho bariéra), fotorezistory, fotodetektory s vnútorným zosilnením (fototranzistory, zložené fototranzistory, fototyristory, fototranzistory s efektom poľa).

Fotodiódy sú na báze kremíka a germánia. Maximálna spektrálna citlivosť kremíka je 0,8 mikrónu a germánia - až 1,8 mikrónu. Fungujú s reverznou zaujatosťou p-n-prechod, ktorý umožňuje zvýšiť ich výkon, stabilitu a lineárnosť charakteristík.

Fotodiódy sa najčastejšie používajú ako fotodetektory pre optoelektronické zariadenia rôznej zložitosti. p- i-n-štruktúry kde i– vyčerpaná oblasť vysokého elektrického poľa. Zmenou hrúbky tejto oblasti je možné získať dobré charakteristiky z hľadiska rýchlosti a citlivosti vďaka nízkej kapacite a dobe letu nosičov.

Lavínové fotodiódy majú zvýšenú citlivosť a výkon, využívajú zosilnenie fotoprúdu pri násobení nosičov náboja. Tieto fotodiódy však nie sú dostatočne stabilné v teplotnom rozsahu a vyžadujú vysokonapäťové napájacie zdroje. Fotodiódy so Schottkyho bariérou a štruktúrou MIS sú sľubné na použitie v určitých rozsahoch vlnových dĺžok.

Fotorezistory sú vyrobené prevažne z polykryštalických polovodičových filmov na báze zlúčeniny (kadmium so sírou a selén). Maximálna spektrálna citlivosť fotorezistorov je 0,5 - 0,7 mikrónov. Fotorezistory sa zvyčajne používajú pri slabom osvetlení; v citlivosti sú porovnateľné s fotonásobičmi - zariadeniami s vonkajším fotoelektrickým efektom, vyžadujú však nízkonapäťový výkon. Nevýhodou fotorezistorov je nízky výkon a vysoká hlučnosť.

Najbežnejšie vnútorne zosilnené fotodetektory sú fototranzistory a fototyristory. Fototranzistory sú citlivejšie ako fotodiódy, ale pomalšie. Pre ďalšie zvýšenie citlivosti fotodetektora sa používa kompozitný fototranzistor, ktorý je kombináciou foto a zosilňovacích tranzistorov, má však nízky výkon.

V optočlenoch je fototyristor (polovodičové zariadenie s tromi p- n- prechody, prepínanie pri svietení), ktorý má vysokú citlivosť a úroveň výstupného signálu, ale nedostatočnú rýchlosť.

Rozmanitosť typov optočlenov je daná najmä vlastnosťami a charakteristikami fotodetektorov. Jednou z hlavných aplikácií optočlenov je efektívne galvanické oddelenie vysielačov a prijímačov digitálnych a analógových signálov. V tomto prípade môže byť optočlen použitý v režime prevodníka alebo prepínača signálu. Optočlen je charakterizovaný prípustným vstupným signálom (riadiacim prúdom), koeficientom prenosu prúdu, rýchlosťou (časom spínania) a zaťažiteľnosťou.

Pomer koeficientu prúdového prenosu k času spínania sa nazýva akostný faktor optočlena a je 10 5 – 10 6 pre fotodiódové a fototranzistorové optočleny. Optočleny na báze fototyristorov sú široko používané. Fotorezistorové optočleny nie sú široko používané kvôli nízkej časovej a teplotnej stabilite. Schémy niektorých optočlenov sú znázornené na obr. 4, a – d.

Ako zdroje koherentného žiarenia sa používajú lasery s vysokou stabilitou, dobrými energetickými charakteristikami a účinnosťou. V optoelektronike sa na konštrukciu kompaktných zariadení používajú polovodičové lasery - laserové diódy, používané napríklad v optických komunikačných vedeniach namiesto tradičných vedení na prenos informácií - káblových a drôtových. Majú vysokú priepustnosť (šírka pásma jednotiek gigahertzov), odolnosť proti elektromagnetickému rušeniu, nízku hmotnosť a rozmery, kompletnú elektrickú izoláciu od vstupu až po výstup, výbušnú a požiarnu bezpečnosť. Zvláštnosťou FOCL je použitie špeciálneho optického kábla, ktorého štruktúra je znázornená na obr. 5. Priemyselné vzorky takýchto káblov majú útlm 1 – 3 dB/km a nižší. Komunikačné linky z optických vlákien sa používajú na budovanie telefónnych a počítačových sietí, káblových televíznych systémov s vysokou kvalitou prenášaného obrazu. Tieto linky umožňujú simultánny prenos desiatok tisíc telefonických rozhovorov a niekoľkých televíznych programov.

V poslednej dobe sa intenzívne vyvíjajú a sú rozšírené optické integrované obvody (OIC), ktorých všetky prvky sú tvorené ukladaním potrebných materiálov na substrát.

Zariadenia na báze tekutých kryštálov, široko používané ako indikátory v elektronických hodinkách, sú sľubné v optoelektronike. Kvapalné kryštály sú organická látka (kvapalina) s vlastnosťami kryštálu a sú v prechodnom stave medzi kryštalickou fázou a kvapalinou.

Indikátory z tekutých kryštálov majú vysoké rozlíšenie, sú relatívne lacné, spotrebúvajú nízku energiu a fungujú pri vysokej úrovni osvetlenia.

Kvapalné kryštály s vlastnosťami podobnými monokryštálom (nematics) sa najčastejšie používajú vo svetelných indikátoroch a optických pamäťových zariadeniach. Boli vyvinuté a široko používané sú aj iné typy tekutých kryštálov (smectics). používa sa na termooptický záznam informácií.

Optoelektronické zariadenia, vyvinuté relatívne nedávno, sa vďaka svojim jedinečným vlastnostiam rozšírili v rôznych oblastiach vedy a techniky. Mnohé z nich nemajú analógy vo vákuovej a polovodičovej technológii. Stále však existuje veľa nevyriešených problémov spojených s vývojom nových materiálov, zlepšovaním elektrických a prevádzkových charakteristík týchto zariadení a vývojom technologických metód na ich výrobu.

Optoelektronické polovodičové zariadenie - polovodičové zariadenie, ktorého činnosť je založená na využití javov žiarenia, prenosu alebo absorpcie vo viditeľnej, infračervenej alebo ultrafialovej oblasti spektra.

Optoelektronické zariadenia v širšom zmysle sú zariadenia , pomocou optického žiarenia na svoju prácu: generovanie, detekcia, konverzia a prenos informačného signálu. Tieto zariadenia spravidla obsahujú jednu alebo druhú sadu optoelektronických prvkov. Samotné zariadenia je zase možné rozdeliť na štandardné a špeciálne, berúc do úvahy štandardné tie, ktoré sú sériovo vyrábané pre široké použitie v rôznych odvetviach a špeciálne zariadenia sa vyrábajú s prihliadnutím na špecifiká konkrétneho odvetvia – v našom prípade tlače.

Celá škála optoelektronických prvkov je rozdelená do nasledujúcich skupín produktov: zdroje a prijímače žiarenia, indikátory, optické prvky a svetlovody, ako aj optické médiá, ktoré umožňujú vytváranie ovládacích prvkov, zobrazovanie a ukladanie informácií. Je známe, že akákoľvek systematizácia nemôže byť vyčerpávajúca, ale ako správne poznamenal náš krajan, ktorý v roku 1869 objavil periodický zákon chemických prvkov Dmitrij Ivanovič Mendelejev (1834-1907), veda sa začína tam, kde sa objavuje počítanie, t. hodnotenie, porovnávanie, klasifikácia, identifikácia vzorov, stanovenie kritérií, spoločné znaky. Berúc do úvahy túto skutočnosť, skôr ako pristúpime k opisu konkrétnych prvkov, je potrebné aspoň vo všeobecnosti uviesť charakteristické vlastnosti optoelektronických výrobkov.

Ako bolo uvedené vyššie, hlavným rozlišovacím znakom optoelektroniky je spojenie s informáciami. Napríklad, ak sa v niektorej inštalácii používa laserové žiarenie na kalenie oceľových hriadeľov, potom je sotva logické klasifikovať túto inštaláciu ako optoelektronické zariadenie (hoci samotný zdroj laserového žiarenia má na to právo).

Poznamenalo sa tiež, že polovodičové prvky sa zvyčajne klasifikujú ako optoelektronika (Moskovský energetický inštitút vydal učebnicu pre kurz „Optoelektronika“ s názvom „Nástroje a zariadenia polovodičovej optoelektroniky“). Toto pravidlo však nie je príliš prísne, pretože niektoré publikácie o optoelektronike podrobne rozoberajú fungovanie fotonásobičov a katódových trubíc (sú typom elektrických vákuových zariadení), plynových laserov a iných zariadení, ktoré nie sú v pevnej fáze. V polygrafickom priemysle sú však uvedené zariadenia široko používané spolu s polovodičovými (vrátane polovodičových), ktoré riešia podobné problémy, takže v tomto prípade majú plné právo na zváženie.

Za zmienku stoja ešte tri výrazné črty, ktoré ju podľa slávneho špecialistu v oblasti optoelektroniky Jurija Romanoviča Nosova charakterizujú ako vedecko-technický smer.

Fyzikálny základ optoelektroniky tvoria javy, metódy a prostriedky, pre ktoré je základom kombinácia a kontinuita optických a elektronických procesov. Optoelektronické zariadenie je široko definované ako zariadenie, ktoré je citlivé na elektromagnetické žiarenie vo viditeľnej, infračervenej (IR) alebo ultrafialovej (UV) oblasti, alebo zariadenie, ktoré vyžaruje a konvertuje nekoherentné alebo koherentné žiarenie v tých istých spektrálnych oblastiach.

Technický základ optoelektroniky určuje dizajn a technologické koncepcie modernej mikroelektroniky: miniaturizácia prvkov; prednostný rozvoj pevných rovinných štruktúr; integrácia prvkov a funkcií.

Funkčným účelom optoelektroniky je riešiť problémy informatiky: generovanie (tvorba) informácií premenou rôznych vonkajších vplyvov na zodpovedajúce elektrické a optické signály; prenos informácií; spracovanie (transformovanie) informácií podľa daného algoritmu; uchovávanie informácií vrátane procesov, ako je záznam, samotné ukladanie, nedeštruktívne čítanie, vymazávanie; zobrazenie informácií, t.j. prevod výstupných signálov informačného systému do človekom vnímateľnej podoby.

Zoznam použitých zdrojov

    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

FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE VZDELÁVANIE

Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania

ŠTÁTNA UNIVERZITA ROPY A PLYNU TYUMEN

DOPRAVNÝ ÚSTAV

Esej

na tému „Optoelektronické zariadenia“.

Dokončené:

Skupiny OBD - 08

Chekardinn

Skontrolované:

Sidorová A.E.

Ťumen 2010


  1. Prvky optoelektronické zariadení

    Abstrakt >> Komunikácia a komunikácia

    Podľa obvodu kompozitného tranzistora. Optoelektronické zariadení Job optoelektronické zariadení založený na elektrón-fotonickom... prenose a uchovávaní informácií. Najjednoduchšie optoelektronické zariadenie je optoelektronické pár alebo optočlen. Princíp fungovania...

  2. Aplikácia optočlenov a zariadení na zobrazenie informácií

    Abstrakt >> Komunikácia a komunikácia

    Definície Optočleny sa nazývajú také optoelektronické zariadení, v ktorej je zdroj a... 2. V. I. Ivanov, A. I. Aksenov, A. M. Yushin „Polovodič optoelektronické zariadení." / Adresár.“ - M.: Energoatomizdat, 2002 3. Baluev V.K. "Vývoj...

  3. Znaky klasifikácie polovodičov zariadení

    Abstrakt >> Fyzika

    Podľa akých kritérií sa klasifikujú polovodičové zariadenia? zariadení? Polovodič zariadení klasifikované v závislosti od mechanizmu... opticky priehľadné okienko. LED polovodič optoelektronické zariadenie, premieňajúc energiu prúdiaceho priameho...

Prvky optoelektronických zariadení sú fotoelektronické zariadenia diskutované vyššie a spojenie medzi prvkami nie je elektrické, ale optické. V optoelektronických zariadeniach je teda takmer úplne eliminovaná galvanická väzba medzi vstupnými a výstupnými obvodmi a spätná väzba medzi vstupom a výstupom je takmer úplne eliminovaná. Kombináciou prvkov obsiahnutých v optoelektronických zariadeniach je možné získať širokú škálu ich funkčných vlastností. Na obr. Na obrázku 6.35 sú znázornené návrhy rôznych optočlenov.

Najjednoduchším optoelektronickým zariadením je optočlen.

Optočlen je zariadenie, ktoré kombinuje LED a prijímač fotožiarenia, napríklad fotodiódu, v jednom kryte (obr. 6.36).

Vstupný zosilnený signál vstupuje do LED a spôsobuje jej žiarenie, ktoré sa prenáša cez svetelný kanál do fotodiódy. Fotodióda sa otvorí a v jej obvode preteká prúd pod vplyvom externého zdroja E. Efektívna optická komunikácia medzi prvkami optočlena sa uskutočňuje pomocou vláknovej optiky - svetlovodov vyrobených vo forme zväzku tenkých priehľadných vlákien, cez ktoré je signál prenášaný v dôsledku úplného vnútorného odrazu s minimálnymi stratami a vysokým rozlíšením. Namiesto fotodiódy môže optočlen obsahovať fototranzistor, fototyristor alebo fotorezistor.

Na obr. 6.37 sú uvedené symbolické grafické symboly takýchto zariadení.

Ako spínač sa používa diódový optočlen, ktorý môže spínať prúd s frekvenciou 10 6 ... 10 7 Hz a má odpor medzi vstupným a výstupným obvodom 10 13 ... 10 15 Ohmov.

Tranzistorové optočleny sú vďaka väčšej citlivosti fotodetektora ekonomickejšie ako diódové. Ich rýchlosť je však nižšia, maximálna spínacia frekvencia zvyčajne nepresahuje 10 5 Hz. Rovnako ako diódy, aj tranzistorové optočleny majú nízky odpor v otvorenom stave a vysoký odpor v zatvorenom stave a poskytujú úplné galvanické oddelenie vstupných a výstupných obvodov.

Použitie fototyristora ako fotodetektora umožňuje zvýšiť výstupný prúdový impulz na 5 A alebo viac. V tomto prípade je čas zapnutia kratší ako 10 -5 s a vstupný zapínací prúd nepresahuje 10 mA. Takéto optočleny umožňujú ovládať vysokoprúdové zariadenia na rôzne účely.

Závery:

1. Činnosť optoelektronických zariadení je založená na princípe vnútorného fotoelektrického javu – generovania dvojice nosičov náboja „elektrón – diera“ vplyvom svetelného žiarenia.

2. Fotodiódy majú lineárnu svetelnú charakteristiku.

3. Fototranzistory majú väčšiu integrálnu citlivosť ako fotodiódy vďaka zosilneniu fotoprúdu.

4. Optočleny sú optoelektronické zariadenia, ktoré poskytujú elektrickú izoláciu



vstupné a výstupné obvody.

5. Fotonásobiče umožňujú prudko zvýšiť fotoprúd pomocou emisie sekundárnych elektrónov.

Kontrolné otázky

1. Čo je vonkajší a vnútorný fotoelektrický jav?

2. Akými parametrami sa vyznačuje fotorezistor?

3. Aké fyzikálne faktory ovplyvňujú svetelnú charakteristiku fotorezistora pri vysokých svetelných tokoch?

4. Aké sú rozdiely vo vlastnostiach fotodiódy a fotorezistora?

5. Ako fotobunka priamo premieňa svetelnú energiu na elektrickú energiu?

6. Aké sú rozdiely v princípe činnosti a vlastnostiach fotodiódy a bipolárneho fototranzistora?

7. Prečo môže tyristor ovládať relatívne vyššie výkony, ako je prípustný stratový výkon samotného fototyristora?

8. Čo je to optočlen?

APLIKÁCIA. KLASIFIKÁCIA A OZNAČOVANIE POLOVODIČOVÝCH ZARIADENÍ

Na zjednotenie označení a štandardizáciu parametrov polovodičových prvkov sa používa systém symbolov. Tento systém klasifikuje polovodičové prvky podľa účelu, základných fyzikálnych a elektrických parametrov, konštrukčných a technologických vlastností a druhu polovodičových materiálov. Systém symbolov pre domáce polovodičové zariadenia je založený na štátnych a priemyselných normách. Prvý GOST pre systém označovania polovodičových zariadení - GOST 10862–64 bol predstavený v roku 1964. Potom, ako sa objavili nové klasifikačné skupiny zariadení, bola zmenená na GOST 10862–72 a potom na priemyselný štandard OST 11.336.038–77 a OST 11.336.919–81. Touto úpravou sa zachovali základné prvky alfanumerického kódu systému symbolov. Tento notačný systém je logicky štruktúrovaný a umožňuje sa dopĺňať podľa toho, ako sa základňa prvkov ďalej vyvíja.

Základné pojmy, definície a písmenové označenia hlavných a referenčných parametrov polovodičových zariadení sú uvedené v GOST:

§ 25529–82 – Polovodičové diódy. Pojmy, definície a písmenové označenia parametrov.

§ 19095–73 – Tranzistory s efektom poľa. Pojmy, definície a písmenové označenia parametrov.

§ 20003–74 – Bipolárne tranzistory. Pojmy, definície a písmenové označenia parametrov.

§ 20332–84 – Tyristory. Pojmy, definície a písmenové označenia parametrov.



 

Môže byť užitočné prečítať si: