Sistemi i emërtimit për pajisjet fotoelektronike dhe optoelektronike. Universiteti Shtetëror i Arteve të Shtypjes në Moskë

Burimet e rrezatimit optik të përdorura në optoelektronika, në përgjithësi, është shumë e larmishme. Sidoqoftë, shumica e tyre (llamba inkandeshente dhe shkarkimi gazi nënminiaturë, emetues elektrolumineshent pluhur dhe film, katodolumineshent me vakum dhe shumë lloje të tjera) nuk plotësojnë të gjithë grupin e kërkesave moderne dhe përdoren vetëm në pajisje të caktuara, kryesisht në pajisje treguese dhe pjesërisht në optobashkues.

Kur vlerësohen perspektivat e një burimi të caktuar, rolin përcaktues e luan gjendja e grumbullimit të substancës aktive ndriçuese (ose substanca që mbush vëllimin e punës). Nga të gjitha opsionet e mundshme (vakum, gaz, lëng, i ngurtë), preferenca i jepet një substance në gjendje të ngurtë dhe "brenda" asaj një substance monokristaline pasi siguron qëndrueshmërinë dhe besueshmërinë më të madhe të pajisjeve.

Themeli i optoelektronikës formohet nga dy grupe emetuesish:

1) gjeneratorët optikë të rrezatimit koherent (lazerët), ndër të cilët duhet të dallohen lazerët gjysmëpërçues;

1) diodat gjysmëpërçuese që lëshojnë dritë bazuar në parimin e elektrolumineshencës së injektimit spontan.

Një pajisje gjysmëpërçuese optoelektronike është një pajisje gjysmëpërçueseduke emetuar ose konvertuar rrezatim elektromagnetik, të ndjeshëm ndaj këtij rrezatimi në rajonet e dukshme, infra të kuqe dhe (ose) ultravjollcë të spektrit, ose duke përdorur një rrezatim të tillë për ndërveprimin e brendshëm të elementeve të tij.

Pajisjet gjysmëpërçuese optoelektronike mund të ndahen në emetues gjysmëpërçues, marrës të rrezatimit, optobashkues dhe qarqe të integruara optoelektronike (Fig. 2.1).

Një emetues gjysmëpërçues është një pajisje gjysmëpërçuese optoelektronike që konverton energjinë elektrike në energjinë e rrezatimit elektromagnetik në rajonet e dukshme, infra të kuqe dhe ultravjollcë të spektrit.

Shumë emetues gjysmëpërçues mund të lëshojnë vetëm valë elektromagnetike jokoherente. Këto përfshijnë emetuesit gjysmëpërçues në rajonin e dukshëm të spektrit - pajisjet e shfaqjes së informacionit gjysmëpërçues (diodat që lëshojnë dritë, treguesit e shenjave gjysmëpërçuese, shkallët dhe ekranet), si dhe emetuesit gjysmëpërçues në rajonin infra të kuqe të spektrit - diodat që lëshojnë infra të kuqe.

Emitues gjysmëpërçues koherent- këto janë lazer gjysmëpërçues me lloje të ndryshme ngacmimesh. Ato mund të lëshojnë valë elektromagnetike me një amplitudë, frekuencë, fazë, drejtim të përhapjes dhe polarizimit të caktuar, që korrespondon me konceptin e koherencës.

Optoelektronika është një degë e elektronikës që i kushtohet teorisë dhe praktikës së krijimit të instrumenteve dhe pajisjeve bazuar në shndërrimin e sinjaleve elektrike në sinjale optike dhe anasjelltas.

Optoelektronika përdor një gamë gjatësi vale prej 0,2 µm - 0,2 mm. Një pajisje optoelektronike është një kombinim i një burimi rrezatimi dhe marrësi. LED-të me bazë GaAs përdoren si burim rrezatimi dhe fotodiodat dhe fototranzistorët me bazë Si përdoren si fotodetektorë.

Një tipar dallues i pajisjeve optoelektronike (OED) nga të tjerët është se ato janë të lidhura optikisht, por elektrikisht të izoluara nga njëra-tjetra. Kjo e bën të lehtë sigurimin e qëndrueshmërisë midis qarqeve të tensionit të lartë dhe të ulët dhe frekuencës së lartë.

Optoelektronika po zhvillohet në dy drejtime të pavarura:

  1. Optike;
  2. Elektro-optike.

Drejtimi optik bazohet në efektet e bashkëveprimit të një trupi të ngurtë me rrezatimin elektromagnetik (holografi, fotokimi, elektro-optikë). Drejtimi elektro-optik përdor parimin e shndërrimit fotoelektrik me efekt të brendshëm fotoelektrik nga njëra anë, dhe fotolumineshencë nga ana tjetër (duke zëvendësuar komunikimin galvanik dhe magnetik me linja komunikimi optike, fibër optike).

Bazuar në parimin optoelektronik, mund të krijohen analoge pa vakum të pajisjeve dhe sistemeve elektronike:

  • konvertuesit diskretë dhe analogë të sinjaleve elektrike (përforcues, gjeneratorë, elementë kyç, elementë memorie, qarqe logjike, linja vonese, etj.)
  • Konvertuesit e sinjalit optik (përforcues të dritës dhe imazhit, ekrane të sheshta që transmetojnë dhe riprodhojnë imazhe)
  • pajisjet e riprodhimit (ekranet e ekranit, ekranet dixhitale, logjika e figurës, etj.).

Faktorët kryesorë që përcaktojnë zhvillimin e optoelektronikës janë:

  • zhvillimi i materialeve ultra të pastra,
  • zhvillimi i teknologjisë së përsosur për instrumente dhe pajisje të reja moderne,
  • trajnimin e personelit të kualifikuar.

Më poshtë përdoren gjerësisht për prodhimin e elementeve optoelektronike aktive dhe pasive:

  • materialet gjysmëpërçuese, tokat e rralla dhe lidhjet e tyre,
  • lidhjet dielektrike,
  • materiale filmike,
  • fotorezistet,
  • difuzues.

Aktualisht, gama e materialeve të përdorura në optoelektronikë është mjaft e gjerë. Këto përfshijnë substanca me pastërti të lartë, metale dhe lidhje të pastra me veti të veçanta elektrofizike, difuzues, komponime të ndryshme gjysmëpërçuese në formën e pluhurave dhe kristaleve të vetme, vafera njëkristalore të silikonit, arsenidit dhe fosfidit të galiumit, fosfidit indium, safirit, granatës, të ndryshme materiale ndihmëse - gazra përpunues, fotorezistë, pluhura gërryes, etj.

Materialet më të rëndësishme për optoelektronikën janë substanca të tilla si: GaAs, BaF 2, CdTe (për prodhimin e nënshtresave), strukturat GaAlAs / GaAs / GaAlAs (modulatorët elektro-optikë), SiO 2 (material izolues), Si, CdHgTe, PbSnSe (fotodioda, fototransistorë). Disa IC përdorin Ni, Cr dhe Ag. Teknologjia e prodhimit të qarqeve të integruara optoelektronike (OEIMC) po përmirësohet vazhdimisht bazuar në zhvillimin e proceseve të reja fizike dhe teknologjike.

OEP-të kanë përparësitë e mëposhtme:

  • mundësia e modulimit hapësinor të rrezeve të dritës dhe kryqëzimi i tyre domethënës në mungesë të lidhjeve galvanike ndërmjet kanaleve;
  • ngarkesë më e madhe funksionale e rrezeve të dritës për shkak të mundësisë së ndryshimit të shumë parametrave të tyre (amplituda, drejtimi, frekuenca, faza, polarizimi).

Pajisjet optoelektronike janë pajisje, parimi i funksionimit të të cilave bazohet në përdorimin e rrezatimit elektromagnetik në intervalin optik.

Grupet kryesore të pajisjeve optoelektronike përfshijnë si më poshtë:

  • dioda dhe lazer që lëshojnë dritë;
  • detektorë të rrezatimit fotoelektrik - fotorezistorë dhe fotodetektorë me bashkim p-n;
  • pajisje që kontrollojnë rrezatimin - modulatorët, deflektorët, etj.; pajisje për shfaqjen e informacionit - tregues;
  • pajisje për izolim elektrik - optobashkues;
  • kanalet e komunikimit optik dhe pajisjet e ruajtjes optike.

Grupet e mësipërme të pajisjeve gjenerojnë, transformojnë, transmetojnë dhe ruajnë informacion. Bartësit e informacionit në optoelektronikë janë grimca elektrike neutrale - fotone, të cilat janë të pandjeshme ndaj efekteve të fushave elektrike dhe elektromagnetike, nuk ndërveprojnë me njëri-tjetrin dhe krijojnë transmetim të një sinjali të njëanshëm, i cili siguron imunitet të lartë të zhurmës dhe izolim galvanik të qarqeve hyrëse dhe dalëse. Pajisjet optoelektronike marrin, konvertojnë dhe gjenerojnë rrezatim në rajonet e dukshme, infra të kuqe dhe ultravjollcë të spektrit.

Parimi i funksionimit të pajisjeve optoelektronike bazohet në përdorimin e efektit fotoelektrik të jashtëm ose të brendshëm.

Efekti i jashtëm fotoelektrik është lëshimi i elektroneve të lira nga shtresa sipërfaqësore e fotokatodës në mjedisin e jashtëm nën ndikimin e dritës.

Efekti i brendshëm fotoelektrik është lëvizja e lirë e elektroneve brenda një lënde, e çliruar nga lidhjet nën ndikimin e dritës dhe ndryshimi i përçueshmërisë së saj elektrike ose edhe shkaktimi i shfaqjes së një emf në kufirin e dy substancave (kryqëzim p-n).

OEP-të përdoren gjerësisht në sistemet e kontrollit dhe matjes automatike, teknologjinë kompjuterike, fototelegrafinë, pajisjet e riprodhimit të zërit, kinematografinë, spektrofotometrinë, për shndërrimin e energjisë së dritës në energji elektrike dhe në automatizimin për zgjidhjen e qarqeve elektrike.

Optobashkues

Një optobashkues është një pajisje gjysmëpërçuese në të cilën një burim rrezatimi dhe marrësi janë të kombinuara në mënyrë strukturore, të lidhura me komunikim optik. Në burimin e rrezatimit, sinjalet elektrike shndërrohen në sinjale drite që veprojnë në fotodetektor dhe përsëri krijojnë sinjale elektrike në të. Nëse një optobashkues ka vetëm një emetues dhe një marrës rrezatimi, atëherë ai quhet një optobashkues ose një optobashkues elementar.

Një mikroqark i përbërë nga një ose më shumë optoçiftues me pajisje shtesë për përputhjen dhe përforcimin e sinjalit quhet qark i integruar optoelektronik. Sinjalet elektrike përdoren gjithmonë në hyrjen dhe daljen e një optobashkues, dhe lidhja midis hyrjes dhe daljes ndodh për shkak të një sinjali drite.

Fotorezistor

Fotorezistorët janë rezistorë gjysmëpërçues që ndryshojnë rezistencën e tyre nën ndikimin e dritës. Në varësi të ndjeshmërisë spektrale, fotorezistorët ndahen në dy grupe: për pjesën e dukshme të spektrit dhe për pjesën infra të kuqe të spektrit. Për prodhimin e fotorezistorëve, përdoren lidhjet Cd Dhe Pb. Elementet e ndjeshme janë bërë nga kristale të vetme ose polikristale të këtyre përbërjeve.

Përcaktimi i fotorezistorëve të lëshimeve të hershme:

  • 1 element - shkronja që tregojnë llojin e pajisjes (FS - fotorezistencë),
  • 2 element - një shkronjë që tregon materialin e elementit fotosensiv (A - sulfid plumbi, K - sulfid kadmiumi, D - selen kadmium),
  • Elementi 3 është një numër që tregon llojin e dizajnit.
  • shkronja B përpara numrit është një version i mbyllur,
  • P - material filmik i elementit fotosensiv,
  • M - material monokristalor i elementit fotosensiv.
  • shkronja T - versioni tropikal, i destinuar për përdorim në kushte të temperaturave dhe lagështisë së lartë.
Parimi i strukturës dhe diagrami i lidhjes së një fotorezistori

Përcaktimi i fotorezistorëve modernë:

  • 1 element - shkronja që tregojnë llojin e pajisjes (SF - rezistenca fotosensitive),
  • 2 element - një numër që nënkupton materialin e elementit fotosensiv (2 - sulfid kadmiumi, 3 - selenid kadmiumi, 4 - selenid plumbi),
  • Elementi i tretë është një numër që tregon numrin serial të zhvillimit.

Fotorezistorët kanë qëndrueshmëri të lartë të parametrave. Ndryshimi i fotorrymës është një karakteristikë mjaft e saktë e gjendjes së saj. Gjatë funksionimit afatgjatë, vërehet stabilizim i fotorrymës, ndërsa vlera e saj mund të ndryshojë me 20 - 30%. Fotorezistorët janë të ndjeshëm ndaj ndryshimeve të shpejta të temperaturës. Fotorezistorët duhet të ruhen në 5 - 35 o C dhe lagështia jo më shumë se 80%.

Parametrat kryesorë të fotorezistorëve përfshijnë:

  1. Rryma e errët ( IT) është rryma që kalon përmes fotorezistorit me një tension pune 30 s pas heqjes së ndriçimit prej 200 luks.
  2. Rryma e ndritur ( I c) është rryma që kalon përmes fotorezistorit me një tension operativ dhe ndriçim prej 200 luks nga një burim drite me një temperaturë ngjyre prej 2850 K.
  3. Koeficienti i temperaturës së fotorrymës ( TKIf) - ndryshimi i fotorrymës kur temperatura e fotorezistorit ndryshon me 1 o C.
  4. Tensioni i funksionimit ( Uf) - Tensioni që mund të aplikohet në një fotorezistor gjatë funksionimit afatgjatë pa ndryshuar parametrat e tij përtej kufijve të lejuar.
  5. Rezistenca e errët ( RT) - rezistenca e fotorezistorit në një temperaturë prej 20 o C 30 s pas heqjes së ndriçimit prej 200 luks.
  6. Ndjeshmëri specifike ( K 0) është raporti i fotorrymës me produktin e madhësive të fluksit të dritës që bie mbi të dhe tensionit të aplikuar: K 0 =If / (FUf) , Ku F- fluks ndriçues, lm.
  7. Konstante kohore ( t) është koha gjatë së cilës fotorryma ndryshon me një vlerë të normalizuar kur ndriçohet.
  8. Shpërndarja e energjisë ( R garë.) - fuqia maksimale e lejuar që fotorezistori mund të shpërndajë nën ngarkesën elektrike të vazhdueshme dhe temperaturën e ambientit, pa ndryshuar parametrat përtej normës së përcaktuar nga specifikimet teknike.
  9. Rezistenca e izolimit ( RDhe).
  10. Kufiri me gjatësi vale të gjatë ( l).

Karakteristikat kryesore të fotorezistorëve janë:

  1. Volt-amper ( I= f(U)) — varësia e dritës, errësirës ose fotorrymës (me F =konst) nga tensioni i aplikuar.
  2. Lehtë ose lux-amp (I= f(E))— varësia e rrymës foto nga fluksi i ndritshëm, përplasja ose ndriçimi (në U= konst).
  3. Spektrale (I= f(l)) — varësia e fotorrymës nga gjatësia e valës së fluksit të dritës (në U= konst).
  4. Frekuenca (I Ф = f (F Ф)) - varësia e fotorrymës nga frekuenca e modulimit të fluksit të dritës (në U = konst).

Ndjeshmëria e lartë integrale lejon përdorimin e rezistorëve edhe pa amplifikatorë, dhe dimensionet e tyre të vogla janë arsyet e përdorimit të gjerë të tyre. Disavantazhet kryesore të fotorezistorëve janë inercia e tyre dhe ndikimi i fortë i temperaturës, gjë që çon në një gamë të gjerë karakteristikash.

Fotodiodë

Fotodioda — Këto janë dioda gjysmëpërçuese që përdorin një efekt të brendshëm fotoelektrik. Fluksi i ndritshëm kontrollon rrymën e kundërt të fotodiodës. Nën ndikimin e dritës në kryqëzimin elektron-vrimë, gjenerohen çifte transportuesish të ngarkesës, përçueshmëria e diodës rritet dhe rryma e kundërt rritet. Kjo mënyrë funksionimi quhet modaliteti i fotodiodës. Lloji i dytë i modalitetit është fotogjeneruesi. Ndryshe nga mënyra e fotogjeneratorit, modaliteti i fotodiodës kërkon përdorimin e një burimi të jashtëm të energjisë.

Qarku i lidhjes së fotodiodës për funksionimin në modalitetin e fotodiodës

Parametrat kryesorë të fotodiodave:

  • ndjeshmëria integrale (~ 10 mA / lm): voltazhi i funksionimit (10 - 30 V);
  • rrymë e errët (~ 2 - 20 µA).

Karakteristikat kryesore të fotodiodave:

  • volt-amper (I = f (U)) - varësia e dritës, errësirës ose fotorrymës (në Ф = konst) nga tensioni i aplikuar;
  • energji ( IF = f(F))— varësia e fotorrymës nga fluksi ndriçues (në U= konst) - lineare, varet pak nga voltazhi.

Karakteristikat e tensionit aktual të një fotodiode për modalitetin e fotodiodës

Në fotodiodat e ortekëve, shumëzimi i ortekëve të bartësve ndodh në kryqëzimin pn dhe për shkak të kësaj, ndjeshmëria rritet dhjetëra herë. Fotodiodat me një pengesë Schottky kanë performancë të lartë. Fotodiodat me heterounksione punojnë si gjeneratorë EMF. Fotodioda e gjermaniumit përdoren si tregues të rrezatimit infra të kuq; silikon - për shndërrimin e energjisë së dritës në energji elektrike (bateri diellore për furnizim autonom me energji të pajisjeve të ndryshme në hapësirë ​​- për prodhimin e matësve të ekspozimit të fotografive dhe matjeve teknike të ndriçimit, pasi karakteristikat e tyre spektrale janë afër karakteristikave spektrale të njeriut); syri.

Fototransistor

Fototransistorët janë pajisje gjysmëpërçuese me dy nyje p-n, të krijuara për të kthyer fluksin e dritës në rrymë elektrike. Një fototransistor është strukturor i ndryshëm nga një transistor bipolar konvencional në atë që trupi i tij ka një dritare transparente përmes së cilës drita mund të hyjë në zonën bazë.

Tensioni i furnizimit furnizohet me emetuesin dhe kolektorin, kryqëzimi i tij kolektor është i mbyllur dhe kryqëzimi i emetuesit është i hapur. Baza mbetet e lirë. Kur një fototransistor ndriçohet, në bazën e tij krijohen elektrone dhe vrima. Në kryqëzimin e kolektorit, ka një shpërndarje të tranzicioneve elektron-vrima që, si rezultat i difuzionit, kanë arritur kufirin e tranzicionit. Vrimat (bartësit e ngarkesës së pakicës në gjysmëpërçues) transferohen nga fusha e tranzicionit në kolektor, duke rritur rrymën e vet, dhe elektronet (bartësit e ngarkesës së shumicës) mbeten në bazë, duke zvogëluar potencialin e tij. Një rënie në potencialin bazë çon në formimin e tensionit shtesë përpara në kryqëzimin e emetuesit dhe rritjen e injektimit të vrimave nga emetuesi në bazë. Vrimat e injektuara në bazë, duke arritur në kryqëzimin e kolektorit, shkaktojnë një rritje shtesë të rrymës së kolektorit.


Blloku i një fototransistori bipolar me bazë të lirë (a) dhe qark lidhjeje të fototransistorit (b)

Rryma e kolektorit të fototransistorit të ndriçuar rezulton të jetë mjaft e madhe; Raporti i rrymës së dritës me rrymën e errët arrin disa qindra.

Ekzistojnë dy mundësi për ndezjen e fototransistorëve:

  • diodë- duke përdorur vetëm dy kunja (emiter dhe kolektor)
  • tranzistor- duke përdorur tre terminale, kur jo vetëm një dritë, por edhe një sinjal elektrik furnizohet në hyrje.

Në optoelektronikë, automatizim dhe telemekanikë, fototranzistorët përdoren për të njëjtat qëllime si fotodiodat, por ato janë inferiore ndaj tyre për sa i përket pragut të ndjeshmërisë dhe diapazonit të temperaturës. Ndjeshmëria e fototransistorëve rritet me intensitetin e ndriçimit të tyre.

Fototiristor

Një fototiristor është një pajisje gjysmëpërçuese me një strukturë p-n-p-n me katër shtresa që kombinon vetitë e një tiristori dhe një fotodetektori dhe e shndërron dritën në energji elektrike.

Në mungesë të sinjalit të dritës dhe rrymës së kontrollit, fototiristori mbyllet dhe përmes tij kalon vetëm rryma e errët. Fototiristori hapet nga një fluks drite që hyn në bazat p 2 dhe n 1 përmes një "dritareje" në trupin e tij dhe krijon çifte elektron-vrima. Kjo çon në shfaqjen e fotorrymave parësore dhe formimin e një fotorryme totale. Nga kjo rrjedh se kur një fluks drite arrin në bazat p 2 dhe n 1, rryma e emetuesit rritet, koeficienti i transferimit të rrymës α nga emetuesi në kolektor është një funksion i ndriçimit, i cili ndryshon rrymën p-n. Rezistenca e fototiristorit varion nga 0,1 Ohm (në gjendje të hapur) në 10 8 Ohm (në gjendje të mbyllur), dhe koha e ndërrimit është 10 -5 - 10 -6 s.


Struktura e fototiristorit

Nga karakteristikat e dritës Ietj. = F(F) në Uetj. = Konst mund të shihet se kur ndizet fototiristori, rryma përmes tij rritet në Ietj.= E pr.Rngarkesës dhe nuk ndryshon më, pra fototiristori ka dy gjendje të qëndrueshme dhe mund të përdoret si element memorie. Sipas karakteristikës së rrymës-tensionit Ietj. = F(Uetj.) në F =konst(F 2 > F1 > Fo) Mund të shihet se me rritjen e fluksit të dritës, tensioni dhe në kohë zvogëlohen.


Karakteristikat e fototiristorit: a - dritë, b - karakteristikë e tensionit aktual, c - varësia e kohës së kalimit nga fluksi i ndritshëm

Përparësitë e fototiristorëve janë:

  • kapacitet i lartë ngarkimi me fuqi të ulët të sinjalit të kontrollit;
  • aftësia për të marrë sinjalin e kërkuar të burimit pa faza shtesë të amplifikimit;
  • prania e memories, domethënë mbajtja e një gjendje të hapur pas heqjes së sinjalit të kontrollit;
  • ndjeshmëri më e madhe;
  • performancë të lartë.

Karakteristikat e mësipërme të fototiristorëve bëjnë të mundur thjeshtimin e qarqeve duke eliminuar amplifikatorët dhe elementët e stafetës, gjë që është shumë e rëndësishme në elektronikën industriale, për shembull, në konvertuesit e tensionit të lartë. Më shpesh, fototiristorët përdoren për të ndërruar sinjale të fuqishme elektrike me një sinjal drite.

Kështu, pavarësisht se optoelektronika ishte një nga fushat e para të radio-elektronikës, ajo ka ruajtur rëndësinë e saj deri në ditët e sotme, ndryshe nga shumë teknologji që janë zhytur në harresë.

Pajisjet optoelektronike janë pajisje që janë të ndjeshme ndaj rrezatimit elektromagnetik në rajonet e dukshme, infra të kuqe dhe ultravjollcë, si dhe pajisje që prodhojnë ose përdorin rrezatim të tillë.

Rrezatimi në rajonet e dukshme, infra të kuqe dhe ultravjollcë klasifikohet si diapazoni optik i spektrit. Në mënyrë tipike, ky varg përfshin valë elektromagnetike me një gjatësi prej 1 nm deri në 1 mm, që korrespondon me frekuenca nga afërsisht 0,5 10 12 Hz deri në 5·10 17 Hz. Ndonjëherë ata flasin për një gamë më të ngushtë frekuence - nga 10 nm deri në 0.1 mm(~5·10 12 …5·10 16 Hz). Gama e dukshme korrespondon me gjatësi vale nga 0,38 µm në 0,78 µm (frekuenca rreth 10 15 Hz).

Në praktikë përdoren gjerësisht burimet e rrezatimit (emetuesit), marrësit e rrezatimit (fotodetektorët) dhe optoçiftuesit (optoçiftuesit).

Një optobashkues është një pajisje në të cilën ka një burim dhe një marrës të rrezatimit, të kombinuara strukturisht dhe të vendosura në një strehim.

LED-të dhe lazerët përdoren gjerësisht si burime rrezatimi, dhe fotorezistorët, fotodiodat, fototransistorët dhe fototiristorët si marrës.

Përdoren gjerësisht optoçiftuesit, në të cilët përdoren çifte LED-fotodiodë, LED-fototransistor, LED-fototiristor.

Përparësitë kryesore të pajisjeve optoelektronike:

· kapacitet të lartë informacioni të kanaleve optike të transmetimit të informacionit, që është pasojë e frekuencave të larta të përdorura;

· izolim i plotë galvanik i burimit dhe marrësit të rrezatimit;

· Nuk ka ndikim të marrësit të rrezatimit në burim (rrjedhja e informacionit me një drejtim);

· imuniteti i sinjaleve optike ndaj fushave elektromagnetike (imuniteti i lartë i zhurmës).

Dioda emetuese (LED)

Një diodë emetuese që funksionon në intervalin e gjatësisë së valës së dukshme shpesh quhet diodë që lëshon dritë ose LED.

Le të shqyrtojmë pajisjen, karakteristikat, parametrat dhe sistemin e përcaktimit të diodave që lëshojnë.

Pajisja. Një paraqitje skematike e strukturës së diodës emetuese është paraqitur në Fig. 6.1,a, dhe emërtimi i tij simbolik grafik është në Fig. 6.2, b.

Rrezatimi ndodh kur rryma direkte e diodës rrjedh si rezultat i rikombinimit të elektroneve dhe vrimave në rajon p-n-Tranzicioni dhe në zonat ngjitur me zonën e specifikuar. Gjatë rikombinimit, fotonet emetohen.

Karakteristikat dhe parametrat. Për emetimin e diodave që veprojnë në intervalin e dukshëm (gjatësi valore nga 0,38 në 0,78 μm, frekuenca rreth 10 15 Hz), karakteristikat e mëposhtme përdoren gjerësisht:

· varësia e shkëlqimit të rrezatimit L nga rryma e diodës i(karakteristikë e shkëlqimit);

varësia nga intensiteti i dritës Iv nga rryma e diodës i.

Oriz. 6.1. Struktura e diodës që lëshon dritë ( A)

dhe paraqitjen grafike të saj ( b)

Karakteristika e shkëlqimit për një diodë që lëshon dritë të tipit AL102A është paraqitur në Fig. 6.2. Ngjyra e shkëlqimit të kësaj diode është e kuqe.

Oriz. 6.2. Karakteristikë e ndriçimit LED

Në Fig. 6.3. Ngjyra e shkëlqimit është e kuqe.

Oriz. 6.3. Varësia e intensitetit të dritës nga rryma LED

Për emetimin e diodave që veprojnë jashtë diapazonit të dukshëm, përdoren karakteristika që pasqyrojnë varësinë e fuqisë së rrezatimit R nga rryma e diodës i. Zona e pozicioneve të mundshme të grafikut të varësisë së fuqisë së rrezatimit nga rryma për një diodë emetuese të tipit AL119A që vepron në intervalin infra të kuqe (gjatësia vale 0,93...0,96 μm), është paraqitur në Fig. 6.4.

Këtu janë disa parametra për diodën AL119A:

Koha e rritjes së pulsit të rrezatimit - jo më shumë se 1000 ns;

Koha e prishjes së pulsit të rrezatimit - jo më shumë se 1500 ns;

· tension i vazhdueshëm përpara në i=300 mA- jo më shumë se 3 NË;

· rryma konstante maksimale e lejueshme përpara në t<+85°C – 200 mA;

· Temperatura e ambientit –60…+85°С.

Oriz. 6.4. Varësia e fuqisë së rrezatimit nga rryma LED

Për informacion në lidhje me vlerat e mundshme të faktorit të efikasitetit, vërejmë se diodat emetuese të tipit ZL115A, AL115A, që veprojnë në intervalin infra të kuqe (gjatësia vale 0.95 μm, gjerësia e spektrit jo më shumë se 0,05 μm), kanë një faktor efikasiteti prej të paktën 10%.

Sistemi i shënimeve. Sistemi i emërtimit i përdorur për diodat që lëshojnë dritë përfshin përdorimin e dy ose tre shkronjave dhe tre numrave, për shembull AL316 ose AL331. Shkronja e parë tregon materialin, e dyta (ose e dyta dhe e treta) tregon modelin: L - LED i vetëm, LS - rreshti ose matrica e LED-ve. Numrat pasues (dhe nganjëherë shkronjat) tregojnë numrin e zhvillimit.

Fotorezistor

Një fotorezistor është një rezistencë gjysmëpërçuese, rezistenca e të cilit është e ndjeshme ndaj rrezatimit elektromagnetik në diapazonin optik të spektrit. Një paraqitje skematike e strukturës së fotorezistorit është paraqitur në Fig. 6.5, A, dhe paraqitja e tij grafike konvencionale është në Fig. 6.5, b.

Një rrjedhë fotonesh që bien në një gjysmëpërçues shkakton shfaqjen e çifteve. elektron-vrimë, duke rritur përçueshmërinë (uljen e rezistencës). Ky fenomen quhet efekti i brendshëm fotoelektrik (efekti i fotopërçueshmërisë). Fotorezistorët shpesh karakterizohen nga një varësi e rrymës i nga ndriçimi E në një tension të caktuar në të gjithë rezistencën. Ky është i ashtuquajturi luks-amp karakteristike (Fig. 6.6).

Oriz. 6.5. Struktura ( A) dhe përcaktimi skematik ( b) fotorezistor

Oriz. 6.6. Karakteristikë luks-amper e fotorezistorit FSK-G7

Shpesh përdoren parametrat e mëposhtëm të fotorezistorit:

· rezistencë nominale e errët (në mungesë të fluksit të dritës) (për FSK-G7 kjo rezistencë është 5 MOhm);

· Ndjeshmëria integrale (ndjeshmëria e përcaktuar kur një fotorezistor ndriçohet me dritë të një përbërje komplekse spektrale).

Ndjeshmëria integrale (ndjeshmëria aktuale ndaj fluksit të dritës) S përcaktohet nga shprehja:

Ku i f– e ashtuquajtura fotorrymë (diferenca midis rrymës kur ndriçohet dhe rrymës kur nuk ka ndriçim);

F- rrjedha e dritës.

Për fotorezistorin FSK-G7 S=0,7 A/lm.

Fotodiodë

Struktura dhe proceset themelore fizike. Struktura e thjeshtuar e fotodiodës është paraqitur në Fig. 6.7, A, dhe paraqitja e tij grafike konvencionale është në Fig. 6.7, b.

Oriz. 6.7. Struktura (a) dhe emërtimi (b) i një fotodiode

Proceset fizike që ndodhin në fotodioda janë të kundërta në natyrë në lidhje me proceset që ndodhin në LED. Fenomeni kryesor fizik në një fotodiodë është gjenerimi i çifteve elektron-vrimë në zonë p-n-tranzicioni dhe në zonat ngjitur me të nën ndikimin e rrezatimit.

Gjenerimi i çifteve elektron-vrimëçon në një rritje të rrymës së kundërt të diodës në prani të tensionit të kundërt dhe në shfaqjen e tensionit u ak ndërmjet anodës dhe katodës me një qark të hapur. Për më tepër u ak>0 (vrimat shkojnë në anodë, dhe elektronet shkojnë në katodë nën ndikimin e një fushe elektrike p-n-tranzicioni).

Karakteristikat dhe parametrat. Është i përshtatshëm për të karakterizuar fotodiodat nga një familje karakteristikash të tensionit aktual që korrespondojnë me flukse të ndryshme të dritës (fluksi ndriçues matet në lumen, lm) ose ndriçim të ndryshëm (ndriçimi matet në luks, Ne rregull).

Karakteristikat e tensionit aktual (karakteristikat volt-amper) të fotodiodës janë paraqitur në Fig. 6.8.

Oriz. 6.8. Karakteristikat e rrymës-tensionit të fotodiodës

Le të jetë fillimisht fluksi i ndritshëm zero, atëherë karakteristika e tensionit aktual të fotodiodës përsërit në të vërtetë karakteristikën e tensionit aktual të një diode konvencionale. Nëse fluksi i ndritshëm nuk është zero, atëherë fotonet depërtojnë në rajon p-n- tranzicioni, shkaktojnë gjenerimin e çifteve elektron-vrimë. Nën ndikimin e një fushe elektrike p-n- tranzicioni, transportuesit e rrymës lëvizin në elektroda (vrima - në elektrodën e shtresës fq, elektronet – tek elektroda e shtresës n). Si rezultat, lind një tension midis elektrodave, i cili rritet me rritjen e fluksit të dritës. Me një tension pozitiv anodë-katodë, rryma e diodës mund të jetë negative (kuadranti i katërt i karakteristikës). Në këtë rast, pajisja nuk konsumon, por prodhon energji.

Në praktikë, fotodiodat përdoren si në të ashtuquajturin modalitet fotogjenerator (modaliteti fotovoltaik, modaliteti i valvulave) dhe në të ashtuquajturin modaliteti i fotokonvertuesit (modaliteti i fotodiodës).

Në modalitetin e fotogjeneratorit, qelizat diellore funksionojnë për të kthyer dritën në energji elektrike. Aktualisht, efikasiteti i qelizave diellore arrin në 20%. Deri më tani, energjia e marrë nga qelizat diellore është afërsisht 50 herë më e shtrenjtë se energjia e marrë nga qymyri, nafta ose uraniumi.

Modaliteti i fotokonvertuesit korrespondon me karakteristikën e tensionit aktual në kuadrantin e tretë. Në këtë mënyrë, fotodioda konsumon energji ( u· i> 0) nga ndonjë burim i jashtëm i tensionit i pranishëm domosdoshmërisht në qark (Fig. 6.9). Analiza grafike e kësaj mënyre kryhet duke përdorur një linjë ngarkese, si për një diodë konvencionale. Në këtë rast, karakteristikat zakonisht përshkruhen në mënyrë konvencionale në kuadrantin e parë (Fig. 6.10).

Oriz. 6.9 Fig. 6.10

Fotodiodat janë pajisje me veprim më të shpejtë në krahasim me fotorezistorët. Ata funksionojnë në frekuencat 10 7 - 10 10 Hz. Fotodioda përdoret shpesh në optobashkues LED-fotodiodë. Në këtë rast, karakteristika të ndryshme të fotodiodës korrespondojnë me rryma të ndryshme të LED (e cila në të njëjtën kohë krijon flukse të ndryshme drite).

Optobashkues (optobashkues)

Një optobashkues është një pajisje gjysmëpërçuese që përmban një burim rrezatimi dhe një marrës rrezatimi, të kombinuara në një strehë dhe të ndërlidhur optikisht, elektrike dhe njëkohësisht nga të dyja lidhjet. Janë shumë të përhapur optoçiftuesit, në të cilët si marrës rrezatimi përdoren një fotorezistor, fotodiodë, fototransistor dhe fototiristor.

Në optoçiftuesit e rezistencës, rezistenca e daljes mund të ndryshojë me një faktor prej 10 7 ... 10 8 kur ndryshon modaliteti i qarkut të hyrjes. Për më tepër, karakteristika e tensionit aktual të fotorezistorit është shumë lineare dhe simetrike, gjë që i bën optoçiftuesit rezistues të zbatueshëm gjerësisht në pajisjet analoge. Disavantazhi i optoçiftuesve të rezistencës është shpejtësia e tyre e ulët - 0.01...1 Me.

Në qarqet për transmetimin e sinjaleve të informacionit dixhital, përdoren kryesisht optoçiftuesit e diodës dhe tranzistorit, dhe për ndërrimin optik të qarqeve me tension të lartë, me rrymë të lartë, përdoren optoçiftuesit e tiristorit. Performanca e optoçiftave të tiristorit dhe tranzistorit karakterizohet nga koha e ndërrimit, e cila shpesh shtrihet në intervalin 5...50 mks.

Le të hedhim një vështrim më të afërt në optobashkuesin LED-fotodiodë (Fig. 6.11, A). Dioda emetuese (majtas) duhet të lidhet në drejtimin përpara, dhe fotodioda duhet të lidhet në drejtimin përpara (modaliteti i fotogjeneratorit) ose drejtimi i kundërt (modaliteti i fotokonvertuesit). Drejtimet e rrymave dhe tensioneve të diodave optobashkues janë paraqitur në Fig. 6.11, b.

Oriz. 6.11. Diagrami i një optobashkues (a) dhe drejtimi i rrymave dhe tensioneve në të (b)

Le të përshkruajmë varësinë aktuale unë jashtë nga rryma i fut në ju jashtë=0 për optobashkuesin AOD107A (Fig. 6.12). Optoçiftuesi i specifikuar është krijuar për të funksionuar si në modalitetin e fotogjeneratorit ashtu edhe në atë të fotokonvertuesit.

Oriz. 6.12. Karakteristikë e transferimit të optobashkuesit AOD107A

    Pajisje optoelektronike

    Karakteristikat kryesore të diodave të dukshme që lëshojnë dritë

    Karakteristikat kryesore të diodave që lëshojnë dritë infra të kuqe

    Pajisjet optoelektronike në një kuptim të gjerë

    Lista e burimeve të përdorura

Pajisje optoelektronike

Funksionimi i pajisjeve optoelektronike bazohet në proceset elektronfotonike të marrjes, transmetimit dhe ruajtjes së informacionit.

Pajisja më e thjeshtë optoelektronike është një çift optoelektronik, ose optobashkues. Parimi i funksionimit të një optobashkues, i përbërë nga një burim rrezatimi, një medium zhytjeje (udhëzues drite) dhe një fotodetektor, bazohet në shndërrimin e një sinjali elektrik në një optik, dhe më pas përsëri në një elektrik.

Optoçiftuesit si pajisje funksionale kanë përparësitë e mëposhtme ndaj radioelementeve konvencionale:

izolim i plotë galvanik "hyrje - dalje" (rezistenca e izolimit tejkalon 10 12 - 10 14 Ohms);

imuniteti absolut i zhurmës në kanalin e transmetimit të informacionit (bartësit e informacionit janë grimca elektrike neutrale - fotone);

rrjedha e njëanshme e informacionit, e cila shoqërohet me karakteristikat e përhapjes së dritës;

brez i gjerë për shkak të frekuencës së lartë të dridhjeve optike,

shpejtësi të mjaftueshme (disa nanosekonda);

tension i lartë i prishjes (dhjetëra kilovolt);

niveli i ulët i zhurmës;

forcë të mirë mekanike.

Bazuar në funksionet që kryen, një optobashkues mund të krahasohet me një transformator (element bashkues) me një rele (çelës).

Në pajisjet optocoupler, përdoren burime të rrezatimit gjysmëpërçues - dioda që lëshojnë dritë të bëra nga materialet e përbërjeve të grupit A III B V , ndër të cilat më premtuesit janë fosfidi i galiumit dhe arsenidi. Spektri i rrezatimit të tyre shtrihet në rajonin e rrezatimit të dukshëm dhe afër infra të kuq (0,5 - 0,98 mikron). Diodat që lëshojnë dritë të bazuara në fosfid galium kanë një shkëlqim të kuq dhe jeshil. LED-et e prodhuara nga karabit silikoni janë premtuese sepse kanë një shkëlqim të verdhë dhe funksionojnë në temperatura të larta, lagështi dhe në mjedise agresive.

LED, të cilat lëshojnë dritë në gamën e dukshme të spektrit, përdoren në orët elektronike dhe mikrollogaritësit.

Diodat që lëshojnë dritë karakterizohen nga një përbërje spektrale e rrezatimit që është mjaft e gjerë, një model drejtimi; efikasiteti kuantik, i përcaktuar nga raporti i numrit të kuanteve të dritës së emetuar me numrin e atyre që kalojnë fq-n-kalimi i elektroneve; fuqia (me rrezatim të padukshëm) dhe shkëlqimi (me rrezatim të dukshëm); karakteristikat volt-amper, lumen-amper dhe vat-amper; shpejtësia (rritja dhe zbërthimi i elektrolumineshencës gjatë ngacmimit pulsues), diapazoni i temperaturës së funksionimit. Ndërsa temperatura e funksionimit rritet, ndriçimi i LED zvogëlohet dhe fuqia e emetimit zvogëlohet.

Karakteristikat kryesore të diodave që lëshojnë dritë në diapazonin e dukshëm janë dhënë në tabelë. 1, dhe diapazoni infra të kuqe - në tabelë. 2.

Tabela 1 Karakteristikat kryesore të diodave të dukshme që lëshojnë dritë

Lloji i diodës

Shkëlqimi, cd/m 2, ose intensiteti i ndriçimit, mcd

Ngjyra e shkëlqimit

Rryma e drejtpërdrejtë përpara, mA

KL101 A – B

AL102 A – G

AL307 A – G

10 – 20 cd/m2

40 – 250 mcd

150 – 1500 mcd

E kuqe e gjelbër

E kuqe e gjelbër

Diodat që lëshojnë dritë në pajisjet optoelektronike lidhen me fotodetektorët me anë të një mediumi zhytjeje, kërkesa kryesore për të cilën është transmetimi i sinjalit me humbje dhe shtrembërim minimal. Në pajisjet optoelektronike, përdoren mjete të ngurta zhytjeje - komponime organike polimerike (ngjitëse optike dhe llaqe), media kalkogjenide dhe fibra optike. Në varësi të gjatësisë së kanalit optik midis emetuesit dhe fotodetektorit, pajisjet optoelektronike mund të ndahen në optoçiftues (gjatësia e kanalit 100 - 300 mikron), optoizolatorë (deri në 1 m) dhe linja komunikimi me fibër optike - linja fibër optike ( deri në dhjetëra kilometra).

Tabela 2. Karakteristikat kryesore të diodave që lëshojnë dritë infra të kuqe

Lloji i diodës

Fuqia totale e rrezatimit, mW

Tensioni i vazhdueshëm përpara, V

Gjatësia e valës së rrezatimit, mikron

Koha e rritjes së pulsit të rrezatimit, ns

Koha e zbërthimit të pulsit të rrezatimit, ns

AL106 A – D

0,6 - 1 (në rrymën 50 mA)

0,2 - 1,5 (në rrymën 100 mA)

6 – 10 (në rrymën 100 mA)

1.5 (në rrymë 100 mA)

0.2 (në rrymë 20 mA)

10 (në 50 mA aktuale)

Fotodetektorët e përdorur në pajisjet optocoupler i nënshtrohen kërkesave për përputhjen e karakteristikave spektrale me emetuesin, duke minimizuar humbjet gjatë konvertimit të një sinjali të dritës në një sinjal elektrik, fotondjeshmërinë, shpejtësinë, madhësinë e zonës fotosensitive, besueshmërinë dhe nivelin e zhurmës.

Për optoçiftuesit, më premtuesit janë fotodetektorët me një efekt të brendshëm fotoelektrik, kur ndërveprimi i fotoneve me elektronet brenda materialeve me veti të caktuara fizike çon në kalime elektronike në vëllimin e rrjetës kristalore të këtyre materialeve.

Efekti i brendshëm fotoelektrik manifestohet në dy mënyra: në një ndryshim në rezistencën e fotodetektorit nën ndikimin e dritës (fotorezistorë) ose në shfaqjen e foto-emf në ndërfaqen midis dy materialeve - gjysmëpërçues-gjysmëpërçues, metal-gjysmëpërçues ( fotocela me komutim, fotodioda, fototransistorë).

Fotodetektorët me efekt të brendshëm fotoelektrik ndahen në fotodioda (me fq-n-bashkimi, struktura MIS, barriera Schottky), fotorezistorë, fotodetektorë me amplifikim të brendshëm (fototransistorë, fototransistorë të përbërë, fototiristorë, fototransistorë me efekt në terren).

Fotodiodat bazohen në silikon dhe germanium. Ndjeshmëria maksimale spektrale e silikonit është 0.8 mikron, dhe germanium - deri në 1.8 mikron. Ata veprojnë me paragjykim të kundërt fq-n-tranzicioni, i cili bën të mundur rritjen e performancës së tyre, stabilitetin dhe linearitetin e karakteristikave.

Fotodiodat përdoren më shpesh si fotodetektorë për pajisjet optoelektronike me kompleksitet të ndryshëm. fq- i-n-strukturat ku i– rajoni i varfëruar i fushës së lartë elektrike. Duke ndryshuar trashësinë e këtij rajoni, është e mundur të merren karakteristika të mira të performancës dhe ndjeshmërisë për shkak të kapacitetit të ulët dhe kohës së fluturimit të transportuesve.

Fotodiodat e ortekut kanë rritur ndjeshmërinë dhe performancën, duke përdorur amplifikimin e rrymës foto kur shumëzohen transportuesit e ngarkesës. Megjithatë, këto fotodioda nuk janë mjaftueshëm të qëndrueshme në një interval temperaturash dhe kërkojnë furnizime me energji të tensionit të lartë. Fotodiodat me një pengesë Schottky dhe një strukturë MIS janë premtuese për përdorim në vargje të caktuara të gjatësisë valore.

Fotorezistorët janë bërë kryesisht nga filma gjysmëpërçues polikristalorë të bazuar në një përbërje (kadmium me squfur dhe selen). Ndjeshmëria maksimale spektrale e fotorezistorëve është 0,5 - 0,7 mikron. Fotorezistorët zakonisht përdoren në kushte me dritë të ulët; në ndjeshmëri ato janë të krahasueshme me fotomultipliatorët - pajisje me një efekt të jashtëm fotoelektrik, por kërkojnë fuqi me tension të ulët. Disavantazhet e fotorezistorëve janë performanca e ulët dhe nivelet e larta të zhurmës.

Fotodetektorët më të zakonshëm të përforcuar nga brenda janë fototransistorët dhe fototiristorët. Fototransistorët janë më të ndjeshëm se fotodiodat, por më të ngadaltë. Për të rritur më tej ndjeshmërinë e fotodetektorit, përdoret një fototransistor i përbërë, i cili është një kombinim i tranzistorëve foto dhe amplifikues, por ka performancë të ulët.

Në optoçiftuesit, një fototiristor (një pajisje gjysmëpërçuese me tre fq- n- tranzicionet, ndërrimi kur ndizet), i cili ka ndjeshmëri të lartë dhe nivel sinjali në dalje, por shpejtësi të pamjaftueshme.

Shumëllojshmëria e llojeve të optoçiftuesve përcaktohet kryesisht nga vetitë dhe karakteristikat e fotodetektorëve. Një nga aplikimet kryesore të optoçiftuesve është izolimi efektiv galvanik i transmetuesve dhe marrësve të sinjaleve dixhitale dhe analoge. Në këtë rast, optoçiftuesi mund të përdoret në modalitetin e konvertuesit ose të ndërprerësit të sinjalit. Optoçiftuesi karakterizohet nga sinjali i lejueshëm i hyrjes (rryma e kontrollit), koeficienti i transferimit të rrymës, shpejtësia (koha e ndërrimit) dhe kapaciteti i ngarkesës.

Raporti i koeficientit të transferimit të rrymës me kohën e ndërrimit quhet faktor i cilësisë së optobashkuesit dhe është 10 5 – 10 6 për fotodiodat dhe optoçiftuesit fototransistor. Optoçiftuesit e bazuar në fototiristorë përdoren gjerësisht. Optoçiftuesit fotorezistorë nuk përdoren gjerësisht për shkak të qëndrueshmërisë së ulët të kohës dhe temperaturës. Diagramet e disa optoçiftuesve janë paraqitur në Fig. 4, a – d.

Lazerët me qëndrueshmëri të lartë, karakteristika të mira energjetike dhe efikasitet përdoren si burime koherente të rrezatimit. Në optoelektronikë, për hartimin e pajisjeve kompakte, përdoren lazer gjysmëpërçues - dioda lazer, të përdorura, për shembull, në linjat e komunikimit me fibra optike në vend të linjave tradicionale të transmetimit të informacionit - kabllo dhe tela. Ata kanë xhiro të lartë (gjerësi bande e njësive gigahertz), rezistencë ndaj ndërhyrjeve elektromagnetike, peshë dhe dimensione të ulëta, izolim të plotë elektrik nga hyrja në dalje, siguri nga shpërthimi dhe zjarri. Një tipar i veçantë i FOCL është përdorimi i një kabllo të veçantë me fibër optike, struktura e të cilit është paraqitur në Fig. 5. Mostrat industriale të kabllove të tillë kanë një zbutje 1 – 3 dB/km dhe më të ulët. Linjat e komunikimit me fibra optike përdoren për të ndërtuar rrjete telefonike dhe kompjuterike, sisteme televizive kabllore me imazhe të transmetuara me cilësi të lartë. Këto linja lejojnë transmetimin e njëkohshëm të dhjetëra mijëra bisedave telefonike dhe disa programeve televizive.

Kohët e fundit, qarqet e integruara optike (OIC), të gjithë elementët e të cilëve formohen nga depozitimi i materialeve të nevojshme në një substrat, janë zhvilluar intensivisht dhe janë bërë të përhapura.

Pajisjet me bazë kristal të lëngshëm, të përdorura gjerësisht si tregues në orët elektronike, janë premtuese në optoelektronikë. Kristalet e lëngëta janë një substancë organike (lëng) me vetitë e një kristali dhe janë në një gjendje kalimtare midis fazës kristalore dhe një lëngu.

Treguesit e kristalit të lëngshëm kanë rezolucion të lartë, janë relativisht të lirë, konsumojnë energji të ulët dhe funksionojnë në nivele të larta ndriçimi.

Kristalet e lëngëta me veti të ngjashme me kristalet e vetme (nematikët) përdoren më shpesh në treguesit e dritës dhe në pajisjet e memories optike përdoret për regjistrimin termo-optik të informacionit.

Pajisjet optoelektronike, të zhvilluara relativisht kohët e fundit, janë bërë të përhapura në fusha të ndryshme të shkencës dhe teknologjisë për shkak të vetive të tyre unike. Shumë prej tyre nuk kanë analoge në teknologjinë e vakumit dhe gjysmëpërçuesit. Megjithatë, ka ende shumë probleme të pazgjidhura që lidhen me zhvillimin e materialeve të reja, përmirësimin e karakteristikave elektrike dhe funksionale të këtyre pajisjeve dhe zhvillimin e metodave teknologjike për prodhimin e tyre.

Pajisja gjysmëpërçuese optoelektronike - një pajisje gjysmëpërçuese, funksionimi i së cilës bazohet në përdorimin e fenomeneve të rrezatimit, transmetimit ose thithjes në rajonet e dukshme, infra të kuqe ose ultravjollcë të spektrit.

Pajisjet optoelektronike në një kuptim të gjerë janë pajisje , duke përdorur rrezatimin optik për punën e tyre: gjenerimin, zbulimin, konvertimin dhe transmetimin e një sinjali informacioni. Si rregull, këto pajisje përfshijnë një ose një grup tjetër elementësh optoelektronikë. Nga ana tjetër, vetë pajisjet mund të ndahen në standarde dhe të veçanta, duke marrë parasysh ato standarde që prodhohen në masë për përdorim të gjerë në industri të ndryshme, dhe pajisjet speciale prodhohen duke marrë parasysh specifikat e një industrie të veçantë - në rastin tonë, printimin.

E gjithë shumëllojshmëria e elementeve optoelektronike ndahet në grupet e mëposhtme të produkteve: burimet dhe marrësit e rrezatimit, treguesit, elementët optikë dhe udhëzuesit e dritës, si dhe mediat optike që lejojnë krijimin e elementeve të kontrollit, shfaqjen dhe ruajtjen e informacionit. Dihet se çdo sistemim nuk mund të jetë shterues, por, siç vuri në dukje saktë bashkatdhetari ynë, i cili zbuloi ligjin periodik të elementeve kimike në vitin 1869, Dmitry Ivanovich Mendeleev (1834-1907), shkenca fillon aty ku shfaqet numërimi, d.m.th. vlerësimi, krahasimi, klasifikimi, identifikimi i modeleve, përcaktimi i kritereve, veçorive të përbashkëta. Duke marrë parasysh këtë, përpara se të vazhdohet me përshkrimin e elementeve specifike, është e nevojshme të jepet, të paktën në terma të përgjithshëm, një karakteristikë dalluese e produkteve optoelektronike.

Siç u përmend më lart, tipari kryesor dallues i optoelektronikës është lidhja me informacionin. Për shembull, nëse rrezatimi lazer përdoret në disa instalime për forcimin e boshteve të çelikut, atëherë vështirë se është logjike të klasifikohet ky instalim si një pajisje optoelektronike (edhe pse vetë burimi i rrezatimit lazer ka të drejtë ta bëjë këtë).

U vu re gjithashtu se elementët e gjendjes së ngurtë zakonisht klasifikohen si optoelektronikë (Instituti i Energjisë në Moskë botoi një libër shkollor për kursin "Optoelektronikë" me titull "Instrumentet dhe pajisjet e optoelektronikës gjysmëpërçuese"). Por ky rregull nuk është shumë i rreptë, pasi disa botime mbi optoelektronikën diskutojnë në detaje funksionimin e fotoshumëzuesve dhe tubave të rrezeve katodike (ato janë një lloj pajisje elektrike vakum), lazer me gaz dhe pajisje të tjera që nuk janë në gjendje të ngurtë. Megjithatë, në industrinë e printimit, pajisjet e përmendura përdoren gjerësisht së bashku me ato në gjendje të ngurtë (përfshirë ato gjysmëpërçuese), duke zgjidhur probleme të ngjashme, kështu që në këtë rast ato kanë të drejtë të merren parasysh.

Vlen të përmenden edhe tre veçori dalluese, të cilat, sipas specialistit të njohur në fushën e optoelektronikës, Yuri Romanovich Nosov, e karakterizojnë atë si një drejtim shkencor dhe teknik.

Baza fizike e optoelektronikës përbëhet nga fenomene, metoda dhe mjete për të cilat kombinimi dhe vazhdimësia e proceseve optike dhe elektronike janë themelore. Një pajisje optoelektronike përkufizohet gjerësisht si një pajisje që është e ndjeshme ndaj rrezatimit elektromagnetik në rajonet e dukshme, infra të kuqe (IR) ose ultravjollcë (UV), ose një pajisje që lëshon dhe konverton rrezatim jokoherent ose koherent në të njëjtat rajone spektrale.

Baza teknike e optoelektronikës përcaktohet nga dizajni dhe konceptet teknologjike të mikroelektronikës moderne: miniaturizimi i elementeve; zhvillimi preferencial i strukturave të ngurta planare; integrimi i elementeve dhe funksioneve.

Qëllimi funksional i optoelektronikës është të zgjidhë problemet e shkencës kompjuterike: gjenerimi (formimi) i informacionit duke shndërruar ndikime të ndryshme të jashtme në sinjale elektrike dhe optike përkatëse; transferimi i informacionit; përpunimi (transformimi) i informacionit sipas një algoritmi të caktuar; ruajtja e informacionit, duke përfshirë procese të tilla si regjistrimi, vetë ruajtja, leximi jo shkatërrues, fshirja; shfaqja e informacionit, d.m.th. konvertimi i sinjaleve dalëse të një sistemi informacioni në një formë të perceptueshme nga njeriu.

Lista e burimeve të përdorura

    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

AGJENCIA FEDERALE PËR ARSIM

Institucion arsimor shtetëror i arsimit të lartë profesional

UNIVERSITETI SHTETËROR I NAJTËS DHE GAZIT TYUMEN

INSTITUTI I TRANSPORTIT

Ese

me temën "Pajisjet optoelektronike".

E përfunduar:

Grupet OBD - 08

Chekardinn

Kontrolluar:

Sidorova A.E.

Tyumen 2010


  1. Elementet optoelektronike pajisje

    Abstrakt >> Komunikimet dhe komunikimet

    Sipas qarkut të një transistori të përbërë. Optoelektronike pajisje Punë optoelektronike pajisje bazuar në elektron-fotonike... transmetimin dhe ruajtjen e informacionit. Më e thjeshta optoelektronike pajisjeështë optoelektronikeçift, ose optobashkues. Parimi i funksionimit...

  2. Aplikimi i optoçiftuesve dhe pajisje për të shfaqur informacionin

    Abstrakt >> Komunikimet dhe komunikimet

    Përkufizime Optoçiftuesit quhen të tillë optoelektronike pajisje, në të cilin ka një burim dhe... 2. V. I. Ivanov, A. I. Aksenov, A. M. Yushin “Semiconductor optoelektronike pajisje." / Drejtori.” - M.: Energoatomizdat, 2002 3. Baluev V.K. “Zhvillimi...

  3. Shenjat e klasifikimit të gjysmëpërçuesve pajisje

    Abstrakt >> Fizikë

    Me çfarë kriteresh klasifikohen pajisjet gjysmëpërçuese? pajisje? Gjysmëpërçues pajisje klasifikohet ne varesi te mekanizmit... dritare optikisht transparente. gjysmëpërçues LED optoelektronike pajisje, duke konvertuar energjinë e rrjedhës direkte...

Elementet e pajisjeve optoelektronike janë pajisjet fotoelektronike të diskutuara më sipër dhe lidhja midis elementeve nuk është elektrike, por optike. Kështu, në pajisjet optoelektronike, bashkimi galvanik midis qarqeve hyrëse dhe dalëse eliminohet pothuajse plotësisht, dhe reagimet midis hyrjes dhe daljes janë eliminuar pothuajse plotësisht. Duke kombinuar elementët e përfshirë në pajisjet optoelektronike, është e mundur të përftohet një shumëllojshmëri e gjerë e vetive funksionale të tyre. Në Fig. Figura 6.35 tregon dizajnet e optoçiftuesve të ndryshëm.

Pajisja më e thjeshtë optoelektronike është një optobashkues.

Optobashkuesështë një pajisje që kombinon një LED dhe një marrës fotorrezatimi, për shembull një fotodiodë, në një strehë (Fig. 6.36).

Sinjali i përforcuar i hyrjes hyn në LED dhe bën që ajo të shkëlqejë, e cila transmetohet përmes kanalit të dritës në fotodiodë. Fotodioda hapet dhe rryma rrjedh në qarkun e saj nën ndikimin e një burimi të jashtëm E. Komunikimi efektiv optik midis elementeve të optobashkuesit kryhet duke përdorur fibra optike - udhëzues drite të bëra në formën e një tufe fijesh të hollë transparente, përmes të cilave sinjali transmetohet për shkak të reflektimit total të brendshëm me humbje minimale dhe me rezolucion të lartë. Në vend të një fotodiode, optobashkuesi mund të përmbajë një fototransistor, fototiristor ose fotorezistor.

Në Fig. 6.37 tregon simbolet grafike simbolike të pajisjeve të tilla.

Një optobashkues diodë përdoret si ndërprerës dhe mund të ndërrojë rrymë me një frekuencë prej 10 6 ... 10 7 Hz dhe ka një rezistencë midis qarqeve hyrëse dhe dalëse prej 10 13 ... 10 15 Ohms.

Optoçiftuesit e transistorit, për shkak të ndjeshmërisë më të madhe të fotodetektorit, janë më ekonomikë se ato me diodë. Sidoqoftë, shpejtësia e tyre është më e ulët, frekuenca maksimale e kalimit zakonisht nuk i kalon 10 5 Hz. Ashtu si diodat, optoçiftuesit e tranzistorit kanë rezistencë të ulët në gjendje të hapur dhe rezistencë të lartë në gjendje të mbyllur dhe sigurojnë izolim të plotë galvanik të qarqeve hyrëse dhe dalëse.

Përdorimi i një fototiristori si fotodetektor ju lejon të rritni pulsin e rrymës së daljes në 5 A ose më shumë. Në këtë rast, koha e ndezjes është më pak se 10 -5 s, dhe rryma e ndezjes së hyrjes nuk kalon 10 mA. Optobashkues të tillë ju lejojnë të kontrolloni pajisjet me rrymë të lartë për qëllime të ndryshme.

Konkluzione:

1. Funksionimi i pajisjeve optoelektronike bazohet në parimin e efektit të brendshëm fotoelektrik - gjenerimi i një çifti të bartësve të ngarkesës "elektron - vrima" nën ndikimin e rrezatimit të dritës.

2. Fotodiodat kanë një karakteristikë të dritës lineare.

3. Fototransistorët kanë ndjeshmëri më të madhe integrale se fotodiodat për shkak të amplifikimit të fotorrymës.

4. Optoçiftuesit janë pajisje optoelektronike që ofrojnë izolim elektrik



qarqet hyrëse dhe dalëse.

5. Fotomultipliatorët bëjnë të mundur rritjen e mprehtë të fotorrymës nëpërmjet përdorimit të emetimit sekondar të elektroneve.

Pyetje kontrolli

1. Çfarë është efekti fotoelektrik i jashtëm dhe i brendshëm?

2. Nga cilat parametra karakterizohet fotorezistenca?

3. Cilët faktorë fizikë ndikojnë në karakteristikat e dritës së një fotorezistori në flukse të larta ndriçimi?

4. Cilat janë ndryshimet në vetitë e një fotodiode dhe një fotorezistori?

5. Si e shndërron një fotocelë drejtpërdrejt energjinë e dritës në energji elektrike?

6. Cilat janë ndryshimet në parimin e funksionimit dhe vetitë e një fotodiode dhe një fototransistori bipolar?

7. Pse një tiristor mund të kontrollojë fuqi relativisht më të larta sesa shpërndarja e lejuar e fuqisë së vetë fototiristorit?

8. Çfarë është një optobashkues?

APLIKACION. KLASIFIKIMI DHE EMËRTIMI I PAJISJEVE GJYSMËPËRÇUESE

Për të unifikuar emërtimet dhe standardizimin e parametrave të pajisjeve gjysmëpërçuese, përdoret një sistem simbolesh. Ky sistem i klasifikon pajisjet gjysmëpërçuese sipas qëllimit të tyre, parametrave bazë fizikë dhe elektrikë, vetive strukturore dhe teknologjike dhe llojit të materialeve gjysmëpërçuese. Sistemi i simboleve për pajisjet gjysmëpërçuese shtëpiake bazohet në standardet shtetërore dhe të industrisë. GOST-i i parë për sistemin e përcaktimit të pajisjeve gjysmëpërçuese - GOST 10862–64 u prezantua në 1964. Më pas, ndërsa u shfaqën grupe të reja klasifikimi të pajisjeve, ai u ndryshua në GOST 10862–72, dhe më pas në standardin e industrisë OST 11.336.038–77 dhe OST 11.336.919–81. Me këtë modifikim u ruajtën elementet bazë të kodit alfanumerik të sistemit të simboleve. Ky sistem shënimesh është i strukturuar logjikisht dhe e lejon veten të plotësohet ndërsa baza e elementeve zhvillohet më tej.

Termat bazë, përkufizimet dhe përcaktimet e shkronjave të parametrave kryesorë dhe referencë të pajisjeve gjysmëpërçuese janë dhënë në GOST:

§ 25529–82 - Diodat gjysmëpërçuese. Termat, përkufizimet dhe emërtimet e shkronjave të parametrave.

§ 19095–73 - Transistorë me efekt në terren. Termat, përkufizimet dhe emërtimet e shkronjave të parametrave.

§ 20003–74 - Transistorë bipolarë. Termat, përkufizimet dhe emërtimet e shkronjave të parametrave.

§ 20332–84 - Tiristorët. Termat, përkufizimet dhe emërtimet e shkronjave të parametrave.



 

Mund të jetë e dobishme të lexoni: