विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के लिए मैक्सवेल के सिद्धांत के मूल सिद्धांत। मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी ऑफ़ प्रिंटिंग आर्ट्स

ऑप्टिकल विकिरण स्रोतों का उपयोग किया जाता है ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, आम तौर पर बोलते हुए, बहुत विविध हैं। हालाँकि, उनमें से अधिकांश (सबमिनिएचर तापदीप्त और गैस-डिस्चार्ज लाइट बल्ब, पाउडर और फिल्म इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट उत्सर्जक, वैक्यूम कैथोडोल्यूमिनसेंट उत्सर्जक और कई अन्य प्रकार) पूरे सेट को संतुष्ट नहीं करते हैं आधुनिक आवश्यकताएँऔर केवल कुछ उपकरणों में उपयोग किया जाता है, मुख्य रूप से संकेतक उपकरणों में और आंशिक रूप से ऑप्टोकॉप्लर्स में।

किसी विशेष स्रोत की संभावनाओं का आकलन करते समय, सक्रिय चमकदार पदार्थ (या कार्यशील मात्रा को भरने वाले पदार्थ) के एकत्रीकरण की स्थिति निर्धारक भूमिका निभाती है। सभी संभावित विकल्पों (वैक्यूम, गैस, तरल, ठोस) में से, ठोस-अवस्था वाले पदार्थ को प्राथमिकता दी जाती है, और इसके "अंदर" एक मोनोक्रिस्टलाइन पदार्थ को दिया जाता है क्योंकि यह उपकरणों की सबसे बड़ी स्थायित्व और विश्वसनीयता प्रदान करता है।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स की नींव उत्सर्जकों के दो समूहों द्वारा बनाई गई है:

1) सुसंगत विकिरण (लेजर) के ऑप्टिकल जनरेटर, जिनमें से अर्धचालक लेजर को प्रतिष्ठित किया जाना चाहिए;

1) सहज इंजेक्शन इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंस के सिद्धांत पर आधारित प्रकाश उत्सर्जक अर्धचालक डायोड।

एक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर डिवाइस एक सेमीकंडक्टर डिवाइस हैविद्युत चुम्बकीय विकिरण को उत्सर्जित या परिवर्तित करना, स्पेक्ट्रम के दृश्य, अवरक्त और (या) पराबैंगनी क्षेत्रों में इस विकिरण के प्रति संवेदनशील होना, या अपने तत्वों की आंतरिक बातचीत के लिए ऐसे विकिरण का उपयोग करना।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर उपकरणों को सेमीकंडक्टर उत्सर्जक, विकिरण रिसीवर, ऑप्टोकॉप्लर और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकृत सर्किट (छवि 2.1) में विभाजित किया जा सकता है।

सेमीकंडक्टर एमिटर एक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर उपकरण है जो स्पेक्ट्रम के दृश्य, अवरक्त और पराबैंगनी क्षेत्रों में विद्युत ऊर्जा को विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

कई अर्धचालक उत्सर्जक केवल असंगत विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन कर सकते हैं। इनमें स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र में अर्धचालक उत्सर्जक - अर्धचालक सूचना प्रदर्शन उपकरण (प्रकाश उत्सर्जक डायोड, अर्धचालक संकेत संकेतक, स्केल और स्क्रीन), साथ ही स्पेक्ट्रम के अवरक्त क्षेत्र में अर्धचालक उत्सर्जक - अवरक्त उत्सर्जक डायोड शामिल हैं।

सुसंगत अर्धचालक उत्सर्जक- ये विभिन्न प्रकार के उत्तेजना वाले अर्धचालक लेजर हैं। वे एक निश्चित आयाम, आवृत्ति, चरण, प्रसार की दिशा और ध्रुवीकरण के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन कर सकते हैं, जो सुसंगतता की अवधारणा से मेल खाती है।

कार्य का उद्देश्य प्रकाश-संवेदनशील और प्रकाश उत्सर्जक उपकरणों की विशेषताओं का प्रायोगिक अध्ययन करना है।

संक्षिप्त सैद्धांतिक जानकारी.

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अर्धचालक उपकरणों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: उत्सर्जक और प्रकाश संवेदनशील (फोटो प्राप्त करने वाला)। पहले समूह में एलईडी और सेमीकंडक्टर लेजर उत्सर्जक शामिल हैं, और दूसरे समूह में फोटोडायोड, फोटोट्रांजिस्टर, फोटोथायरिस्टर, फोटोरेसिस्टर और कई अन्य शामिल हैं।

परिचय। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स का आधुनिक क्षेत्र बेहद व्यापक है, जिसमें उन उपकरणों का अध्ययन शामिल है जिनका संचालन ऑप्टिकल और विद्युत घटनाओं से संबंधित है, जैसे कि विभिन्न प्रकार के प्रकाश संवेदनशील कोशिकाएं, प्रकाश जनरेटर, मॉड्यूलेटर, डिस्प्ले इत्यादि। हम स्वयं को प्रकाश उत्सर्जक उपकरणों और डिटेक्टरों के अध्ययन तक ही सीमित रखेंगे।

परिभाषा ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का अध्ययन और अनुप्रयोग है जो प्रकाश प्रदान करता है, पता लगाता है और नियंत्रित करता है। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण विद्युत से ऑप्टिकल या ऑप्टिकल से विद्युत कनवर्टर होते हैं, या ऐसे उपकरण जो अपने संचालन में ऐसे उपकरणों का उपयोग करते हैं।

एलईडी एक उपकरण है जिसमें इसकी संरचना में शामिल अर्धचालक सामग्रियों की परतों के बीच पी-एन जंक्शन होते हैं। यह इसके माध्यम से बहने वाली धारा की ऊर्जा को विद्युत चुम्बकीय असंगत विकिरण में परिवर्तित करता है।

जब पी-एन जंक्शन क्षेत्र में डायोड से आगे की धारा गुजरती है, तो इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का पुनर्संयोजन होता है। यह प्रक्रिया संबंध द्वारा निर्धारित आवृत्ति के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ हो सकती है:

ये उपकरण विद्युत ऊर्जा को प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। विद्युत ऊर्जा द्वारा सक्रिय होने पर वे प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। ये उपकरण रोशन होने पर एक छोटा विद्युत संकेत उत्पन्न करते हैं, जिससे प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

एलईडी वे हैं जो रंगीन प्रकाश बल्बों के रूप में उपलब्ध हैं जो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, घरेलू उपकरणों, खिलौनों और कई अन्य स्थानों पर आते हैं। प्रकाश उत्सर्जक डायोड ऐसे डायोड होते हैं जो बिजली प्रवाहित होने पर प्रकाश के उत्पादन को प्रभावित करते हैं। डायोड में एक गुण होता है जो करंट को केवल एक दिशा में प्रवाहित होने देता है, दूसरी दिशा में नहीं।

- सेमीकंडक्टर के बैंड गैप के अनुरूप मूल्य, – प्लैंक स्थिरांक. हालाँकि, इस (विकिरणकारी) पुनर्संयोजन तंत्र के साथ-साथ, एक गैर-विकिरणात्मक तंत्र भी संचालित होता है, जो विशेष रूप से क्रिस्टल जाली द्वारा ऊर्जा के अवशोषण से जुड़ा होता है। एलईडी का निर्माण करते समय, वे इसके प्रभाव को कम करने का प्रयास करते हैं। विद्युत ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित करने की दक्षता का अनुमान मूल्य से लगाया जाता है , जिसे आंतरिक क्वांटम दक्षता कहा जाता है। यह उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या और वाहकों के पुनर्संयोजित युग्मों की संख्या के अनुपात से निर्धारित होता है।

प्रकाश उत्सर्जक डायोड। इन अशुद्धियों को दाता परमाणु कहा जाता है क्योंकि वे संरचना में अपेक्षाकृत "मुक्त" इलेक्ट्रॉन का योगदान करते हैं। इन अशुद्धियों को स्वीकर्ता परमाणु कहा जाता है क्योंकि इलेक्ट्रॉनों की संख्या जाली के सहसंयोजक बंधनों को पूरा करने के लिए अपर्याप्त है, जिसके परिणामस्वरूप एक छेद बनता है जो जल्दी से एक इलेक्ट्रॉन को स्वीकार कर लेगा। इलेक्ट्रॉन और छिद्र किसके प्रभाव में गति कर सकते हैं? विद्युत क्षेत्र, और जब वे पुनः संयोजित होते हैं, तो एक फोटॉन या प्रकाश का कण बनता है। इस पुनर्संयोजन के लिए अनबाउंड मुक्त इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा को दूसरे राज्य में स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है।

(5.1) से निम्नानुसार, एलईडी विकिरण की तरंग दैर्ध्य

अर्धचालक के बैंड गैप के व्युत्क्रमानुपाती होता है। जर्मेनियम, सिलिकॉन और गैलियम आर्सेनाइड से बने डायोड के लिए, अधिकतम उत्सर्जित ऊर्जा अवरक्त क्षेत्र में होती है, और, इसके अलावा, जर्मेनियम और सिलिकॉन डायोड के लिए गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन की उच्च संभावना होती है।

ये पाठ दिलचस्प भी हो सकते हैं

सिलिकॉन और जर्मेनियम में, अधिकांश गर्मी के रूप में होता है, और उत्सर्जित प्रकाश नगण्य होता है। ये त्रुटियाँ नेटवर्क में हार्मोनिक्स की उपस्थिति के साथ-साथ परीक्षण उपकरण की माप सटीकता के कारण होती हैं। क्या न्यायाधीश प्रथम दृष्टया उन तथ्यों पर भरोसा कर सकता है जो न केवल पार्टियों में आरोपित थे, बल्कि जिन्हें किसी अन्य तरीके से हासिल किया गया होगा, या क्या वह अपना निर्णय केवल पार्टियों द्वारा आरोपित तथ्यों पर आधारित कर सकता है? परियोजना प्रबंधन में ज्ञान के भंडार का उपयोग क्यों करें? . प्लाज़्मा ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स परियोजना उपकरणों के कार्यान्वयन, उनके ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक लक्षण वर्णन से लेकर उनके भौतिक गुणों के मॉडलिंग तक, कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में प्रयोगात्मक और निचले स्तर के अनुसंधान में शामिल है।

दृश्यमान रेंज में उत्सर्जित एलईडी के निर्माण के लिए, विशेष अर्धचालक सामग्रियों का उपयोग किया जाता है - गैलियम फॉस्फाइड, गैलियम नाइट्राइड, सिलिकॉन कार्बाइड और बड़े बैंड गैप वाले अन्य। आधुनिक एलईडी हेटेरोजंक्शन का उपयोग करते हैं, अर्थात, विभिन्न बैंड अंतराल वाली सामग्रियों पर आधारित अर्धचालक संरचनाएं।

जैविक इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में बुनियादी उपकरणों का उपयोग करने वाली विभिन्न प्रौद्योगिकियां शामिल हैं। फ्लैट पैनल डिस्प्ले और कम-ऊर्जा प्रकाश व्यवस्था के क्षेत्र में प्रकाश उत्सर्जक डायोड, लॉजिक सर्किट में क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर - खानाबदोश या ऑफ-ग्रिड विद्युत तारों का समर्थन करने के लिए मेमोरी। समूह की गतिविधियाँ अकादमिक जगत के भागीदारों के साथ-साथ क्षेत्रीय और राष्ट्रीय औद्योगिक संरचनाओं के साथ स्थानीय, राष्ट्रीय और अंतर्राष्ट्रीय सहयोग के माध्यम से विकसित की जाती हैं।

आयन किरण के साथ वाष्प जमाव

अधिकांश ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक घटक वैक्यूम वाष्पीकरण द्वारा उत्पादित कैथोड का उपयोग करते हैं। आयन बीम वाष्प जमाव में सब्सट्रेट पर वाष्पीकरण द्वारा जमाव और साथ ही सब्सट्रेट को ऊर्जावान आयनों के बीम के संपर्क में लाना शामिल है। इस पद्धति के परिणामस्वरूप ऑप्टिकल, इलेक्ट्रिकल, मैकेनिकल और में परिवर्तन होता है रासायनिक गुणजमा परत. यह विधि, विशेष रूप से, घटकों के भीतर ऑक्सीजन और पानी के प्रसार को सीमित करने के लिए जमा परतों को संकुचित करना संभव बनाती है। इससे घटकों की सेवा जीवन में सुधार होता है।

चित्र में. चित्र 5.1 तरंग दैर्ध्य (वर्णक्रमीय विशेषताओं) पर विभिन्न सामग्रियों से बने एलईडी की विकिरण तीव्रता की निर्भरता को दर्शाता है; विद्युत सर्किट पर एलईडी का प्रतीक भी वहां दिखाया गया है।

चावल। 5.1. विद्युत आरेखों पर एलईडी की वर्णक्रमीय विशेषताएँ और पदनाम।

नैनोसंरचित अकार्बनिक अर्धचालकों का विकास

इस संदर्भ में, प्रयोगशाला में सॉफ्ट आयन बीम स्पटरिंग तकनीक विकसित की गई। कार्बनिक और के गुणों का उपयोग करते हुए हाइब्रिड ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक घटक अकार्बनिक पदार्थउसी उपकरण में, अब प्रतिस्पर्धी कम लागत वाले समाधानों के विकास के लिए महत्वपूर्ण क्षमता का प्रदर्शन किया गया है। इस संदर्भ में, हम अपने उपकरणों की सक्रिय परतों में उपयोग की जाने वाली अच्छी तरह से नियंत्रित आकारिकी के साथ अकार्बनिक धातु ऑक्साइड नैनोक्रिस्टल के संश्लेषण में रुचि रखते हैं, साथ ही पारदर्शी प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड, अवरुद्ध परतों के रूप में उपयोग किए जाने वाले एयरोसोल पायरोलिसिस द्वारा अकार्बनिक पतली परतों के जमाव में रुचि रखते हैं। प्रयोगशाला-विकसित घटकों में बफर परतें।

एक एलईडी की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता (चित्र 5.2) एक पारंपरिक अर्धचालक डायोड के समान है। इसकी ख़ासियत यह है कि आगे के वोल्टेज कई वोल्ट (बड़े बैंड गैप के कारण) तक पहुंच सकते हैं, और पीएन जंक्शन की छोटी मोटाई के कारण रिवर्स वोल्टेज छोटे होते हैं। एलईडी के विद्युत टूटने की स्थिति में, पी-एन जंक्शन की मात्रा में प्रभाव आयनीकरण के कारण, विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का विकिरण भी हो सकता है। हालाँकि, इस मोड में विकिरण की तीव्रता कम है, और इसे व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं मिलता है।

नई प्रौद्योगिकियाँ विकसित की जा रही हैं

लेज़र एब्लेशन द्वारा कार्बनिक पदार्थों का एम्बेडिंग। . लेज़र एब्लेशन घटना का उपयोग पतली कार्बनिक परतें बनाने के लिए किया जा सकता है: इसमें तापमान पर नियंत्रित मोटाई और अच्छी क्रिस्टल गुणवत्ता वाली परतें बनाने का लाभ होता है। पर्यावरण. यौगिक की आणविक संरचना के क्षरण से बचने के लिए, थ्रेशोल्ड फ्लुएंस के करीब कम फ्लक्स घनत्व पर काम करना आवश्यक है। लेज़र एब्लेशन मास्क के माध्यम से पहले से जमा परतों की चयनात्मक नक़्क़ाशी की भी अनुमति देता है।

चावल। 5.2. एल ई डी की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ।

एलईडी की एक महत्वपूर्ण विशेषता चमक है, अर्थात विकिरण की चमक पर निर्भरता आगे की धारा के परिमाण पर. चमक चमकदार तीव्रता और चमकदार सतह के क्षेत्र के अनुपात से निर्धारित होती है। ऐसी विशेषता का एक अनुमानित दृश्य चित्र में दिखाया गया है। 5.3. प्रारंभिक और अंतिम खंडों में इसके मोड़ को इस तथ्य से समझाया गया है कि कम और उच्च धाराओं पर गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन की संभावना बढ़ जाती है।

कार्बन नैनोट्यूब पर आधारित इलेक्ट्रोड का विकास। . विद्युत दृष्टिकोण से, नैनोट्यूब में उनकी ज्यामिति के आधार पर धात्विक या अर्धचालक होने की विशेषता होती है। समाधान दृष्टिकोण के माध्यम से, हमारा लक्ष्य कार्बन नैनोट्यूब-आधारित इलेक्ट्रोड विकसित और अनुकूलित करना है।

सह-वर्षण द्वारा संकर घटकों का विकास। . संकर घटकों के सह-वर्षा का सिद्धांत। एक नए दृष्टिकोण के रूप में, हम वाष्पीकरण द्वारा कार्बनिक सामग्री और आयन स्पटरिंग द्वारा अकार्बनिक सामग्री की सह-वर्षा का प्रस्ताव करते हैं। ऐसी हाइब्रिड परतों का उपयोग घटकों को घेरने के लिए बाधा परतों के रूप में भी किया जा सकता है।

चावल। 5.3. एलईडी की चमक विशेषताएँ।

एलईडी, अन्य उत्सर्जक उपकरणों (गरमागरम लैंप, आदि) के विपरीत, बहुत तेजी से काम करने वाली (जड़ता-मुक्त) हैं। वह समय जिसके दौरान एक आयताकार प्रत्यक्ष धारा पल्स को लागू करने पर एलईडी द्वारा उत्पन्न चमकदार प्रवाह कुछ माइक्रोसेकंड से लेकर दसियों नैनोसेकंड तक अपनी अधिकतम सीमा तक पहुंच जाता है।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण

कार्बनिक और संकर फोटोवोल्टिक सेल

फोटोवोल्टिक कोशिकाएं फोटॉन को अवशोषित करके प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की अनुमति देती हैं, फिर इलेक्ट्रॉन-दान और इलेक्ट्रॉन-प्राप्त करने वाली सामग्रियों से युक्त एक सक्रिय परत में मुक्त आवेशों का निर्माण और स्थानांतरण करती हैं। छोटे संयुग्मित अणुओं या अर्धचालक पॉलिमर पर आधारित कार्बनिक कोशिकाओं को लचीले सब्सट्रेट पर कम लागत पर विकसित होने का लाभ होता है।

जैविक सौर कोशिकाओं के लिए, मुख्य उद्देश्य हैं। संयुग्मित पॉलिमर और घुलनशील आणविक स्वीकर्ता के आधार पर वाष्पित छोटे अणुओं और कोशिकाओं के आधार पर दोनों घटकों के लिए नैनोमीटर पैमाने पर आकृति विज्ञान का नियंत्रण।

एल ई डी की विशेषता निम्नलिखित मुख्य मापदंडों से होती है: अधिकतम विकिरण की तरंग दैर्ध्य या चमक का रंग; किसी दिए गए आगे की धारा पर चमक या चमकदार तीव्रता; किसी दिए गए फॉरवर्ड करंट पर फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप और एलईडी द्वारा अधिकतम स्वीकार्य फॉरवर्ड करंट, रिवर्स वोल्टेज और बिजली का क्षय।

फोटोडायोड एक अर्धचालक उपकरण है जिसका पी-एन जंक्शन बाहरी विकिरण के लिए खुला होता है। यदि बाहरी वोल्टेज स्रोत अर्धचालक डायोड के टर्मिनलों से जुड़े नहीं हैं, तो पी-एन जंक्शन एक संतुलन स्थिति में है। इस मामले में, डायोड टर्मिनलों पर संभावित अंतर शून्य है, और अर्धचालक परतों के बीच इंटरफेस पर एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र होता है जो पी-एन जंक्शन के माध्यम से बहुसंख्यक वाहकों की गति को रोकता है।

आयन बीम विधियों का उपयोग करके इलेक्ट्रोड का अनुकूलन। कोशिकाओं की विशेषताओं और उनके जीवनकाल को बेहतर बनाने के लिए उनके सक्रिय क्षेत्रों की मॉडलिंग करना। वाष्पीकृत छोटे अणुओं के आधार पर सौर कोशिकाओं की इलेक्ट्रोड संरचनाओं का अनुकूलन। कार्बनिक घटकों के समानांतर, हमने हाल ही में नैनोसंरचित धातु ऑक्साइड पर आधारित हाइब्रिड फोटोवोल्टिक कोशिकाओं का उत्पादन और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक लक्षण वर्णन शुरू किया है। हम मुख्य रूप से सॉलिड-स्टेट डाई-सेंसिटाइज़्ड कोशिकाओं में रुचि रखते हैं, जिनके संभावित प्रदर्शन सेंसिटाइज़्ड कोशिकाओं के अलावा, हम पारंपरिक हाइब्रिड घटकों को भी विकसित करना जारी रख रहे हैं।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण (रोशनी के तहत) के प्रभाव में, संक्रमण मात्रा में परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों के बंधन टूट जाते हैं - इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े की पीढ़ी। इस घटना को आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है। पीएन जंक्शन क्षेत्र परिणामी छिद्रों को क्षेत्र में ले जाएगा पी-अर्धचालक, और इलेक्ट्रॉन, क्रमशः, में एन-अर्धचालक, उत्पन्न वाहकों को अलग करना। इस मामले में, अर्धचालक परतों के बाहरी किनारों पर एक निश्चित संभावित अंतर दिखाई देगा (डायोड के एनोड पर "+", इसके कैथोड पर "-") और साथ ही पीएन के संभावित अवरोध की ऊंचाई भी दिखाई देगी। इस अंतर की मात्रा से जंक्शन कम हो जाएगा।

प्रमुख प्रयासों का उद्देश्य नैनोपोरस धातु ऑक्साइड परतों के कम लागत वाले विकास के माध्यम से नैनोस्केल आर्किटेक्चर का सटीक नियंत्रण करना है। ठोस अवस्था में संवेदनशील डाई कोशिकाओं का सिद्धांत। संपर्क: थिएरी ट्रिगोट, ब्रूनो लुकास। टीम कार्बनिक ट्रांजिस्टर पर आधारित इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के उत्पादन के लिए नई तकनीक विकसित कर रही है। लक्ष्य उपयोग की गई सामग्रियों और उपयोग की गई उत्पादन विधियों के कारण कम लागत वाले उत्पाद प्राप्त करना है। अनुसंधान के दो क्षेत्र मुख्य रूप से प्रयोगशाला में विकसित हुए।

पारदर्शी कार्बनिक ट्रांजिस्टर। मुद्रण विधियों द्वारा निर्मित लचीले सर्किट। सैद्धान्तिक दृष्टिकोण से अध्ययन किया। कार्बनिक अर्धचालकों का भौतिकी। मुद्रण प्रौद्योगिकी समाधान. इंटरफेस की स्थिति: जमाव विधियों और जमा की गई सामग्रियों के अनुसार।

प्रकाश के प्रभाव में फोटोडायोड द्वारा उत्पन्न संभावित अंतर को फोटो ईएमएफ कहा जाता है।

. इसका मान चमकदार प्रवाह (छवि 5.4) पर निर्भर करता है, लेकिन ईएमएफ की तस्वीर। संपर्क संभावित अंतर से अधिक नहीं हो सकता . यह इस तथ्य से समझाया गया है कि बाहरी और आंतरिक क्षेत्रों की दिशाएं विपरीत और बढ़ती हुई हैं आवेश वाहकों की गति उत्पन्न करने वाला कुल विद्युत क्षेत्र कम हो जाता है। यदि फोटो ईएमएफ बराबर है। और वाहकों की गति उत्पन्न करने वाला बल गायब हो जाएगा। बाहरी सर्किट खुला होने पर फोटोडायोड के टर्मिनलों पर बनने वाले संभावित अंतर के परिमाण को ओपन सर्किट वोल्टेज कहा जाता है।

जैविक श्रृंखलाओं की वास्तुकला। लचीले सब्सट्रेट पर जमा कार्बनिक ट्रांजिस्टर की विशिष्ट विशेषताएं। इसके अलावा, हम फोटोवोल्टिक कोशिकाओं जैसे कार्बनिक ट्रांजिस्टर पर आधारित अन्य उन्नत घटकों का विकास कर रहे हैं। वास्तव में, विभिन्न प्रभावसामग्री द्वारा फोटॉन के अवशोषण या उत्सर्जन से ठोस पदार्थों में उत्पादन किया जा सकता है, जैसे फोटोकंडक्टिविटी या फोटोवोल्टिक प्रभाव, जो सीधे परिवहन तंत्र से संबंधित हैं। एक फोटोट्रांजिस्टर जो ट्रांजिस्टर की सक्रिय परत के फोटोकॉन्डक्टिव गुणों का शोषण करता है, उसे प्रकाश-निकालने योग्य स्विच के रूप में, ऑप्टिकल ग्रिड एम्पलीफायर के रूप में, एक डिटेक्शन सर्किट के रूप में, या एक सेंसर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

चावल। 5.4. फोटो ईएमएफ की निर्भरता. और चमकदार प्रवाह के परिमाण से पी-एन जंक्शन का शॉर्ट सर्किट करंट।

यदि प्रबुद्ध पी-एन जंक्शन वाले डायोड के लीड को शॉर्ट-सर्किट किया जाता है, तो फोटोकरंट नामक विद्युत धारा कंडक्टर के माध्यम से प्रवाहित होगी , संक्रमण क्षेत्र में गठित मुक्त वाहकों के निर्देशित आंदोलन के कारण होता है। उनकी गति संक्रमण के आंतरिक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में होगी। जब फोटोडायोड को रोशन किया जाता है, तो यह धारा प्रकाश विकिरण की ऊर्जा द्वारा बनाए रखी जाएगी, जिससे इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े की उत्पत्ति होगी। शून्य बाहरी सर्किट प्रतिरोध के साथ, इस करंट को शॉर्ट सर्किट करंट कहा जाता है।

जैविक एल.ई.डी

प्रकाश उत्तेजना के तहत लचीले सब्सट्रेट पर कार्बनिक ट्रांजिस्टर। ट्रांजिस्टर समय प्रतिक्रिया के लिए विभिन्न वोल्टेजनाली और प्रकाश व्यवस्था पर निर्भर करता है। संपर्क व्यक्ति: रेमी एंटनी, ब्रूनो लुकास। कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड विद्युत ऊर्जा को प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। संरचनाएं सैंडविच-प्रकार की होती हैं जिनमें दो इलेक्ट्रोडों के बीच एक या अधिक कार्बनिक परतें होती हैं, जिनमें से एक उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य के लिए पारदर्शी होती है। एक घटक के टर्मिनलों पर एक विद्युत क्षेत्र लागू करने से भार वाहकों की शुरूआत की अनुमति मिलती है जो कार्बनिक परतों में चले जाएंगे, और इन वाहकों के पुनर्संयोजन से एक क्वासिपार्टिकल उत्पन्न होता है जिसे एक्सिटॉन कहा जाता है।

प्रकाश धारा का परिमाण , फोटो-ईएमएफ मान की तरह, चमकदार प्रवाह के समानुपाती होता है (चित्र 5.4), लेकिन संबंधित निर्भरता

इसमें कोई स्पष्ट संतृप्ति खंड नहीं है, क्योंकि किसी भी संख्या में बने वाहकों के लिए, उन पर कार्य करने वाला विद्युत क्षेत्र संपर्क संभावित अंतर के क्षेत्र के बराबर होगा।

उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और अन्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक विशेषताएं उत्सर्जक परत की प्रकृति पर निर्भर करती हैं। अंधेरे और रोशनी में फोटोकेल की विशेषताएं। ये घटक, उदाहरण के लिए, विद्युत इन्सुलेशन बनाए रखकर सूचना के हस्तांतरण की अनुमति देते हैं, जिसका उपयोग जीवनकाल या थर्मल स्थिरता के संदर्भ में उनके प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए भी किया जा सकता है।

उन्नत लक्षण वर्णन तकनीकें

भार और परिवहन घटना की गतिशीलता को मापना

इस प्रकार, कार्बनिक घटकों की विशेषताएं वाहक गतिशीलता और परिवहन तंत्र पर अत्यधिक निर्भर हैं। इसलिए, मापने की आवश्यकता वाले इन नाजुक मापदंडों का मूल्यांकन करने के लिए, हमने ढांकता हुआ माप के आधार पर एक गतिशीलता माप पद्धति विकसित की है: आवृत्ति के एक फ़ंक्शन के रूप में ढांकता हुआ नुकसान के प्रतिनिधित्व में बहुत कम आवृत्ति पर एक्सट्रपलेशन चालकता प्राप्त करने की अनुमति देता है। फिर, वर्तमान घनत्व बनाम वोल्टेज विशेषता के आधार पर, वाहक घनत्व अंततः उनकी गतिशीलता निर्धारित करने के लिए निर्धारित किया जाता है।

इस प्रकार, बाहरी प्रकाश स्रोतों की उपस्थिति में, फोटोडायोड ईएमएफ जनरेटर के रूप में काम कर सकता है। या वर्तमान, यानी प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तक का कार्य करना। सौर कन्वर्टर्स (बैटरी) का संचालन इसी सिद्धांत पर आधारित है। फोटोडायोड (बाहरी स्रोतों के बिना) के संचालन के वर्णित मोड को वाल्व मोड कहा जाता है।

फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता, अर्थात्। बाहरी लागू वोल्टेज के परिमाण पर इसके माध्यम से प्रवाह की निर्भरता एक निश्चित तरीके से रोशनी से संबंधित है। जाहिर है, यदि पीएन जंक्शन प्रकाशित नहीं है, तो फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पारंपरिक डायोड की संबंधित विशेषता के समान होगी। यह स्थिति चित्र में दिए गए ग्राफ़ से मेल खाती है। 5.5 के लिए

=0.

चावल। 5.5. फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ।

जब एक अंधेरे फोटोडायोड पर रिवर्स वोल्टेज लगाया जाता है, तो एक तथाकथित डार्क करंट इसके माध्यम से प्रवाहित होगा , एक पारंपरिक डायोड के संबंध में, संबंध द्वारा निर्धारित किया जाता है:

(5.2)

कहाँ – संतृप्ति धारा, – तापमान क्षमता,

- एप्लाइड वोल्टेज। जब एक गेटेड डायोड के पीएन जंक्शन को रोशन किया जाता है, तो इसके आयतन और आसन्न क्षेत्रों में वाहक के जोड़े उत्पन्न होंगे। उन्हें बाहरी विद्युत क्षेत्र द्वारा अर्धचालक परतों के किनारों तक ले जाया जाएगा और डायोड के माध्यम से एक विपरीत धारा प्रवाहित होगी

(5.3)

कहाँ - डार्क करेंट, - विद्युत चुम्बकीय विकिरण (फोटोक्रेक्ट) द्वारा उत्पन्न वाहकों द्वारा निर्मित धारा। इस धारा का परंपरागत रूप से नकारात्मक संकेत होता है। चूँकि प्रकाश धारा का परिमाण चमकदार प्रवाह के समानुपाती होता है

, फिर बढ़ती रोशनी के साथ फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की रिवर्स शाखा लगभग समानांतर में नीचे स्थानांतरित हो जाएगी, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 5.5. फोटोडायोड के संचालन के इस तरीके (पी-एन जंक्शन के रिवर्स बायस के साथ) को फोटोडायोड कहा जाता है।

यदि फोटोडायोड पर शून्य के बराबर वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह इसके शॉर्ट सर्किट के अनुरूप होगा और, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, कुछ करंट बाहरी सर्किट से प्रवाहित होगा, जिसे शॉर्ट सर्किट करंट कहा जाता है।

.

जब डायोड पर वोल्टेज की ध्रुवता बदलती है, तो बाहरी विद्युत क्षेत्र को फोटोईएमएफ क्षेत्र के विपरीत चालू किया जाता है, जिससे पीएन जंक्शन के माध्यम से वाहक के प्रवाह में कमी आती है और, तदनुसार, रिवर्स करंट में कमी आती है। जब आगे का वोल्टेज एक निश्चित मान तक पहुंच जाता है, तो डायोड करंट बंद हो जाएगा। इस वोल्टेज का मान निष्क्रिय मोड से मेल खाता है और इसके बराबर होगा

, किसी दी गई रोशनी और एक खुले बाहरी सर्किट पर डायोड द्वारा उत्पन्न होता है। अनलॉकिंग संभावित अंतर में और वृद्धि से डायोड के माध्यम से आगे की धारा प्रवाहित होगी, जिसकी वोल्टेज पर निर्भरता (5.2) के समान संबंध द्वारा वर्णित है

, और कुल धारा बराबर होगी

.

फोटोडायोड आमतौर पर प्रकाश सेंसर के रूप में उपयोग किए जाते हैं और रिवर्स बायस में, यानी फोटोडायोड मोड में काम करते हैं। वे निम्नलिखित मापदंडों द्वारा विशेषता हैं: - डार्क करंट (किसी दिए गए तापमान और रिवर्स वोल्टेज पर डार्क फोटोडायोड का रिवर्स करंट);

– अभिन्न, या

– विभेदक प्रकाश संवेदनशीलता. उत्तरार्द्ध को अक्सर रिवर्स करंट में परिवर्तन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है

चमकदार प्रवाह में परिवर्तन के कारण जो इसका कारण बना

.

फोटोडायोड की संवेदनशीलता आपूर्ति प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती है। विभिन्न सामग्रियों से बने फोटोडायोड के लिए यह निर्भरता और सर्किट आरेखों पर इसका पदनाम चित्र में दिखाया गया है। 5.6.

चावल। 5.6. फोटोडायोड की वर्णक्रमीय विशेषताएँ और विद्युत आरेखों पर इसका पदनाम।

चूंकि द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर एक संरचना है जिसमें पी-एन जंक्शन होते हैं, इसमें वर्तमान को न केवल संबंधित वोल्टेज को बदलकर, बल्कि आधार क्षेत्र को रोशन करके भी नियंत्रित किया जा सकता है। एक ट्रांजिस्टर जिसके लिए संचालन का यह तरीका प्रदान किया जाता है उसे फोटोट्रांजिस्टर कहा जाता है। रोशनी की अनुपस्थिति में, इसकी वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ पारंपरिक ट्रांजिस्टर के समान होती हैं।

प्रकाश प्रवाह के प्रभाव के तहत, आधार क्षेत्र के पी-एन जंक्शनों में इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न होंगे। एक बंद कलेक्टर जंक्शन के क्षेत्र द्वारा, इलेक्ट्रॉनों (एक एन-पी-एन ट्रांजिस्टर के लिए) को कलेक्टर क्षेत्र में खींचा जाएगा, जिससे इसकी धारा बढ़ जाएगी। यह स्थिति रिवर्स बायस मोड में फोटोडायोड के संचालन के समान है।

फोटोट्रांजिस्टर (एन-पी-एन प्रकार) के रोशन होने पर दिखाई देने वाले छेद आधार में बने रहते हैं, जिससे इसकी सकारात्मक क्षमता बढ़ जाती है, जिससे उत्सर्जक से इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन की तीव्रता में वृद्धि होती है। अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन, कलेक्टर जंक्शन पर पहुंचकर, इसके क्षेत्र द्वारा कलेक्टर क्षेत्र में खींचे जाएंगे और कलेक्टर करंट में अतिरिक्त वृद्धि पैदा करेंगे। जब फोटोट्रांजिस्टर को एक सामान्य उत्सर्जक वाले सर्किट के अनुसार चालू किया जाता है तो उसका कुल कलेक्टर करंट संबंध द्वारा वर्णित किया जाएगा:

- कलेक्टर करंट के माध्यम से, - कलेक्टर जंक्शन का फोटोकरंट, जिसका परिमाण बाहरी रोशनी पर निर्भर करता है। (5.4) से यह पता चलता है कि फोटोट्रांजिस्टर के कलेक्टर करंट को बेस सर्किट के माध्यम से और प्रकाश प्रवाह के मूल्य को बदलकर नियंत्रित किया जा सकता है। ऐसे ट्रांजिस्टर की प्रकाश संवेदनशीलता लगभग होती है

फोटोडायोड की संवेदनशीलता का गुना।

फोटोट्रांजिस्टर के आउटपुट करंट-वोल्टेज विशेषताओं का परिवार चित्र में दिखाया गया है। 5.7. एक फोटोट्रांजिस्टर का समतुल्य सर्किट भी एक पारंपरिक ट्रांजिस्टर और एक फोटोडायोड के संयोजन के रूप में प्रस्तुत किया जाता है।

चावल। 5.7. द्विध्रुवी फोटोट्रांजिस्टर की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ, पदनाम और समकक्ष प्रतिनिधित्व।

यदि संयुक्त कलेक्टर वर्तमान नियंत्रण की आवश्यकता नहीं है, तो फोटोट्रांजिस्टर में बेस टर्मिनल नहीं हो सकता है। ऑपरेशन के इस मोड को "टर्न ऑफ" या फ्री बेस मोड कहा जाता है। इस मामले में, फोटोट्रांजिस्टर में न केवल अधिकतम संवेदनशीलता होती है, बल्कि इसके मापदंडों की अधिकतम अस्थिरता भी होती है। स्थिरता बढ़ाने के लिए, बेस आउटपुट को एक अवरोधक के माध्यम से उत्सर्जक संपर्क से जोड़ा जा सकता है।

फोटोथाइरिस्टर्स अर्धचालक उपकरणों को स्विच कर रहे हैं, जिनमें से स्विचिंग वोल्टेज संबंधित पी-एन जंक्शनों पर प्रकाश प्रवाह के प्रभाव में बदल सकता है। थाइरिस्टर चालू करने की शर्त इस प्रकार है:

, कहाँ और - समतुल्य ट्रांजिस्टर के संचरण गुणांक। रोशनी की अनुपस्थिति में, एक फोटोथाइरिस्टर की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता एक पारंपरिक स्विचिंग डिवाइस (डाइनिस्टर या थाइरिस्टर) की विशेषता के समान है

). फोटोथाइरिस्टर जंक्शनों की रोशनी से संबंधित ट्रांजिस्टर की धाराओं और उनके संचरण गुणांक में वृद्धि होती है। इससे संरचना के टर्न-ऑन वोल्टेज में कमी आएगी, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 5.8. पर्याप्त तीव्र प्रकाश के मामले में, फोटोथाइरिस्टर को आगे के वोल्टेज के किसी भी मूल्य पर चालू किया जाएगा, जैसे कि थाइरिस्टर तब होगा जब नियंत्रण धारा सुधार धारा से अधिक हो।

चावल। 5.8. फोटोथाइरिस्टर की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ और पदनाम।

इस प्रकार, अंधेरे फोटोथाइरिस्टर पर कुछ वोल्टेज लागू करके और फिर पी-एन जंक्शन को संक्षेप में रोशन करके, डिवाइस को चालू स्थिति में स्विच किया जा सकता है। एक पारंपरिक स्विचिंग डिवाइस की तरह, फोटोथाइरिस्टर को बंद करना तभी संभव है, जब एनोड करंट होल्डिंग करंट से कम मान तक कम हो जाए। फोटोथाइरिस्टर में एक अतिरिक्त आउटपुट भी हो सकता है - एक नियंत्रण इलेक्ट्रोड, जो विद्युत और प्रकाश सिग्नल दोनों की आपूर्ति होने पर इसे चालू करने की अनुमति देता है।

फोटोरेसिस्टर एक दो-इलेक्ट्रोड अर्धचालक उपकरण है जिसका प्रतिरोध बाहरी रोशनी पर निर्भर करता है। पहले चर्चा किए गए उपकरणों के विपरीत, फोटोरेसिस्टर में रेक्टीफाइंग जंक्शन नहीं होते हैं और यह एक रैखिक तत्व है, यानी। इसकी वर्तमान-वोल्टेज विशेषता किसी भी वोल्टेज ध्रुवता के लिए वर्णित है अनुपात:

, कहाँ - फोटोरेसिस्टर के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा, - किसी दी गई रोशनी पर प्रतिरोध। फोटोरेसिस्टर की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं और विद्युत आरेखों पर इसके पदनाम को चित्र में दिखाया गया है। 5.9.

चावल। 5.9. विद्युत सर्किट पर वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ और फोटोरेसिस्टर्स का पदनाम।

फोटोरेसिस्टर के मुख्य पैरामीटर हैं: डार्क प्रतिरोध (चमकदार प्रवाह पर प्रतिरोध

), प्रतिरोध परिवर्तन का कारक , किसी दी गई रोशनी में अंधेरे प्रतिरोध और प्रतिरोध के अनुपात के बराबर। फोटोडायोड की तरह फोटोरेसिस्टर, विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश प्रवाह पर अलग-अलग प्रतिक्रिया करते हैं। अवरक्त विकिरण के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील सेलेनाइड और लेड सल्फाइड से बने फोटोरेसिस्टर होते हैं, और दृश्य सीमा में काम करते समय, सेलेनाइड और कैडमियम सल्फाइड से बने फोटोरेसिस्टर का उपयोग किया जाता है।

प्रकाश उत्सर्जक और फोटोडिटेक्टर को एक आवास में रखा जा सकता है, जिससे एक उपकरण बनता है जिसे ऑप्टोकॉप्लर या ऑप्टोकॉप्लर कहा जाता है। प्रकाश उत्सर्जक और रिसीवर के संयोजन के आधार पर, विभिन्न प्रकार के ऑप्टोकॉप्लर होते हैं। उनमें से कुछ के सर्किट आरेखों पर संरचना और पदनाम चित्र में दिखाए गए हैं। 5.10.

चावल। 5.10. विभिन्न प्रकार के ऑप्टोकॉप्लर्स के विद्युत आरेखों पर पदनाम।

प्रयोगशाला व्यवस्था का विवरण.

प्रयोगशाला कार्य संख्या 5 "ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अनुसंधान" के लिए स्थापना में प्रयोगशाला और मापने के स्टैंड शामिल हैं, उपस्थितिजिसके फ्रंट पैनल चित्र 1.8 और 5.11 में दिखाए गए हैं।

प्रयोगशाला बेंच में 0 की आउटपुट वोल्टेज रेंज के साथ एक समायोज्य बिजली आपूर्ति होती है 15V और 60mA पर करंट लिमिटर लोड करें। बिजली आपूर्ति स्विच, वोल्टेज समायोजन घुंडी और आउटपुट सॉकेट प्रयोगशाला बेंच पैनल के दाईं ओर स्थित हैं। "ऑफ" लेबल वाला एक बटन भी है। ई", दबाने पर आउटपुट वोल्टेज "+" चिह्नित सॉकेट से डिस्कनेक्ट हो जाता है।

इसके अलावा, दो वर्तमान स्रोत हैं, जिनके मान संबंधित स्विच द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। आधार धारा शून्य, 0.1 µA, 1 µA, 10 µA, और दूसरे स्रोत धारा पर सेट किया जा सकता है - 0, 0.5mA, 10mA, 20mA और 30mA।

इस प्रयोगशाला कार्य में, लाल रंग के साथ एलईडी AL336B (VD1), हरे प्रकाश सेट के साथ AL336G (VD2) और अवरक्त LED AL107A (VD3) की विशेषताओं का अध्ययन किया जाता है।

अवरोध 680 ओम पर रेटेड एल ई डी के माध्यम से आगे की धारा की मात्रा को सीमित करने का कार्य करता है। इसके अलावा, विभिन्न प्रकार के फोटोडिटेक्टरों पर एक अध्ययन किया जा रहा है जो डायोड AOD101A (U1), ट्रांजिस्टर AOT128A (U2), थाइरिस्टर AOU103B (U3) और रेसिस्टर OEP10 (U4) के ऑप्टोकॉप्लर्स का हिस्सा हैं। प्रतिरोधों

(मूल्य 1 kOhm) और

(10 kOhm मान) का उपयोग कार्य संख्या 6 में किए गए एनालॉग सिग्नल ट्रांसमिशन मोड में ऑप्टोकॉप्लर का अध्ययन करते समय किया जाता है।

प्रयोगशाला स्टैंड को "ऑन" टॉगल स्विच का उपयोग करके चालू किया जाता है। पावर स्रोत की कार्यप्रणाली इस टॉगल स्विच पर स्थित हरी एलईडी की रोशनी से संकेतित होती है।

प्रयोगशाला कार्य संचालन की प्रक्रिया.

1. घर की तैयारी.

घरेलू तैयारी के दौरान, संदर्भ साहित्य का उपयोग करते हुए, इस कार्य में अध्ययन किए गए अर्धचालक उपकरणों के मुख्य मापदंडों को कार्यपुस्तिका में निर्धारित करना और लिखना आवश्यक है। इसके अलावा, माप लेने के लिए आरेख और शोध परिणामों को रिकॉर्ड करने के लिए तालिकाएँ बनाना भी आवश्यक है।

2. प्रयोगशाला कार्य का संचालन करना।

2.1. एल ई डी की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का अध्ययन।

डायोड VD1 का उपयोग करके, चित्र में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें। 5.12.

चावल। 5.12. एल ई डी की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की प्रत्यक्ष शाखा का अध्ययन करने के लिए सर्किट।

वोल्टेज रेगुलेटर नॉब को सबसे बाईं ओर सेट करें (

); माप सीमा PV1 - 1.5V, माप सीमा PA1 - 10mA। प्रयोगशाला स्टैंड पर बिजली की आपूर्ति चालू करें।

नियंत्रण घुंडी को दाईं ओर घुमाकर, बिजली स्रोत के वोल्टेज को बढ़ाएं और आगे की धारा पर डायोड पर वोल्टेज ड्रॉप की निर्भरता को मापें, इसके मानों को बराबर सेट करें: 0mA, 1mA, 3mA, 5mA, 10mA, 20mA, 30mA, 40mA, 50mA। प्राप्त डेटा के साथ तालिका की पहली पंक्ति भरें:

(एमए)
(में)
(में)
(में)

डायोड VD2, VD3 के लिए समान माप करें। उनका कनेक्शन प्रयोगशाला स्टैंड डी-एनर्जेटिक के साथ किया जाना चाहिए।

डायोड VD1 का उपयोग करके, चित्र में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें। 5.13.

चावल। 5.13. एल ई डी की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की रिवर्स शाखा का अध्ययन करने के लिए सर्किट।

माप सीमा PA1 - 0.1 mA, PV1 - 15V निर्धारित करें। डायोड पर ब्लॉकिंग वोल्टेज को बदलने के लिए रेगुलेटर का उपयोग करके, रिवर्स करंट को मापें और तालिका की पहली पंक्ति भरें:

(में)
(एमए)
(एमए)
(एमए)

डायोड VD2, VD3 के लिए समान माप करें।

2.2. फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का अध्ययन।

इन अध्ययनों के चक्र में, गैलियम आर्सेनाइड फोटोडायोड का उपयोग किया जाता है, जो डायोड ऑप्टोकॉप्लर यू 1 का हिस्सा है।

2.2.1. फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की प्रत्यक्ष शाखा का अध्ययन।

चित्र में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें। 5.14.

चावल। 5.14. एक फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की प्रत्यक्ष शाखा का अध्ययन करने के लिए सर्किट।

वोल्टेज रेगुलेटर को सबसे बाईं ओर सेट करें (

), सेटिंग करंट स्विच करें - वी शून्य अवस्था, PV1 वोल्टमीटर की माप सीमा 0.75V है, PA1 मिलीमीटर 10mA है।

बिजली स्रोत के आउटपुट वोल्टेज को बढ़ाकर, फोटोडायोड की आगे की धाराओं को चित्र में तालिका में दर्शाए गए धाराओं के बराबर सेट करें। 5.15, इसके पार वोल्टेज ड्रॉप को मापें और प्राप्त डेटा के साथ तालिका की पहली पंक्ति भरें।

एलईडी वर्तमान मानों को 5, 10, 20 और 30 एमए पर सेट करने के लिए "I" लेबल वाले स्विच का उपयोग करें और इस तरह फोटोडायोड की रोशनी बढ़ाएं, समान माप करें।

(एमए)
(में)									एमए
(में)									एमए
(में)									एमए
(में)									एमए
(में)									एमए

चावल। 5.15. फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की प्रत्यक्ष शाखा के अध्ययन के परिणामों को रिकॉर्ड करने के लिए तालिका।

2.2.2. फोटोडायोड के ओपन सर्किट वोल्टेज और शॉर्ट सर्किट करंट का अध्ययन।

सर्किट से पावर स्रोत को डिस्कनेक्ट करें (चित्र 5.14) और, एलईडी के माध्यम से करंट को 0.5, 10, 20 और 30 एमए पर सेट करते हुए, फोटोडायोड के ओपन सर्किट वोल्टेज को मापें जब यह वाल्व मोड में काम कर रहा हो। अपने परिणाम तालिका में रिकॉर्ड करें:

(एमए)
(में)

शॉर्ट सर्किट करंट को मापने के लिए, चित्र में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें। 5.16. उपरोक्त तालिका में दर्शाए गए अनुसार एलईडी के माध्यम से धाराओं को सेट करना, फोटोडायोड के शॉर्ट सर्किट धाराओं के मूल्यों को मापें और तालिका की निचली पंक्ति में परिणाम दर्ज करें।

चावल। 5.16. जब फोटोडायोड वाल्व मोड में संचालित होता है तो उसके शॉर्ट-सर्किट करंट को मापने के लिए सर्किट।

2.2.3. वाल्व मोड में संचालन करते समय फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की मध्यवर्ती शाखा का अध्ययन।

चित्र में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें। 5.17.

चावल। 5.17. फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए सर्किट।

LED करंट को 5 mA पर सेट करें। पावर स्रोत के आउटपुट पर वोल्टेज को बदलकर, फोटोडायोड के माध्यम से करंट को शून्य पर सेट करें। यह वोल्टेज पहले मापे गए मान के करीब होना चाहिए

उचित एलईडी करंट पर। वोल्टेज को शून्य पर कम करते हुए, इसके तीन से पांच मानों के लिए फोटोडायोड धाराओं को मापें और परिणाम तालिका में दर्ज करें:

(में)
(एमए)

शून्य बिजली आपूर्ति वोल्टेज पर आगे की धारा का परिमाण संबंधित मान के करीब होना चाहिए

. एलईडी के माध्यम से 10, 20 और 30 एमए के बराबर धाराओं के लिए समान माप का एक चक्र चलाएं।

2.2.4. एक फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की रिवर्स शाखा का अध्ययन।

चित्र में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें। 5.18.

चावल। 5.18. एक फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की रिवर्स शाखा का अध्ययन करने के लिए सर्किट।

एलईडी के माध्यम से करंट को शून्य पर सेट करें, बिजली आपूर्ति वोल्टेज को शून्य के करीब, माप सीमा PV1 से 15V, माप सीमा PA1 से 0.1mA पर सेट करें।

अवरुद्ध वोल्टेज के मान पर फोटोडायोड के रिवर्स करंट की निर्भरता को मापें और चित्र में दिखाई गई तालिका की पहली पंक्ति को संबंधित डेटा से भरें। 5.19. एलईडी के माध्यम से करंट को 5, 10, 20 और 30 एमए पर सेट करते हुए, समान माप करें और परिणामों को उसी तालिका में दर्ज करें।

(में)
(एमए)								एमए
(एमए)								एमए
(एमए)								एमए
(एमए)								एमए
(एमए)								एमए

चावल। 5.19. फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की रिवर्स शाखा का अध्ययन करते समय परिणामों को रिकॉर्ड करने के लिए एक तालिका।

2.3. एक फोटोट्रांजिस्टर की आउटपुट विशेषताओं का अध्ययन।

इन अध्ययनों के दौरान, एक फोटोट्रांजिस्टर का उपयोग किया जाता है, जो एक ट्रांजिस्टर ऑप्टोकॉप्लर का हिस्सा होता है

.

चित्र में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें। 5.20.

चावल। 5.20. एक फोटोट्रांजिस्टर की आउटपुट विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए सर्किट।

धाराएँ निर्धारित करें और शून्य के बराबर, वोल्टेज नियामक घुंडी सबसे बायीं स्थिति में है, माप सीमा PA1 0.1 mA है, माप सीमा PV1 15V है।

0, 1, 3, 6, 9, 12 और 15V के पावर स्रोत वोल्टेज पर ट्रांजिस्टर कलेक्टर करंट को मापें, और परिणाम को चित्र में दिखाई गई तालिका की संबंधित पंक्ति में दर्ज करें। 5.21. आधार धाराओं को 1, 5 और 10 μA पर सेट करते हुए, एक बिना रोशनी वाले ट्रांजिस्टर के लिए समान माप करें (के साथ)

= 0). प्राप्त परिणामों को तालिका की उपयुक्त पंक्तियों में रिकार्ड करें।

एलईडी करंट को 20mA पर सेट करें और समान माप का एक चक्र चलाएं।

(में)
(एमए)
(एमए)								μA
(एमए)								μA
(एमए)								μA
(एमए)									एमए
(एमए)								μA
(एमए)								μA
(एमए)								μA

चावल। 5.21. फोटोट्रांजिस्टर की आउटपुट विशेषताओं के अध्ययन के परिणामों को रिकॉर्ड करने के लिए एक तालिका।

2.4. फोटोथाइरिस्टर अनुसंधान।

इस आइटम को निष्पादित करते समय, एक फोटोथाइरिस्टर का उपयोग किया जाता है, जो थाइरिस्टर ऑप्टोकॉप्लर का हिस्सा है

.

चित्र में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें। 5.22.

चावल। 5.22. फोटोथाइरिस्टर का अध्ययन करने के लिए सर्किट।

फोटोडायोड के माध्यम से करंट को शून्य के बराबर सेट करें, आउटपुट वोल्टेज रेगुलेटर नॉब को सबसे बाईं ओर रखें, माप सीमा PV1 15V है।

बिजली स्रोत के वोल्टेज को बढ़ाकर, थाइरिस्टर को चालू करने का प्रयास करें। यदि इसे चालू किया जाता है, तो VD2 LED जलेगी। मूल्य मापें

. आपूर्ति वोल्टेज को शून्य तक कम करें और "ऑफ" बटन दबाएं। ई" थाइरिस्टर को उसकी मूल स्थिति में लौटाने के लिए। एलईडी करंट को 2, 5, 10 और 20 एमए पर सेट करके, समान माप करें और परिणाम तालिका में दर्ज करें:

(एमए)
(में)

एलईडी करंट को शून्य पर सेट करें। थाइरिस्टर बंद कर दें. बिजली स्रोत का अधिकतम वोल्टेज सेट करें और, एलईडी के माध्यम से करंट को क्रमिक रूप से बढ़ाते हुए, थाइरिस्टर चालू करें। एलईडी करंट को शून्य तक कम करके इसे बंद करने का प्रयास करें।

2.5. फोटोरेसिस्टर अनुसंधान।

प्रयोगशाला कार्य के इस आइटम को निष्पादित करते समय, ऑप्टोकॉप्लर में शामिल फोटोरेसिस्टर की विशेषताओं की जांच की जाती है।

.

चित्र में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें। 5.23.

चावल। 5.23. एक फोटोरेसिस्टर का अध्ययन करने के लिए सर्किट।

करेण्ट सेट करें शून्य के बराबर, वोल्टेज नियामक घुंडी को सबसे बाईं ओर स्थिति में (

), माप सीमा PV1 - 15V, PA1 - 0.1mA।

फोटोरेसिस्टर पर वोल्टेज बदलकर, इसके माध्यम से बहने वाली धारा को मापें और चित्र में दिखाई गई तालिका की पहली पंक्ति में परिणाम दर्ज करें। 5.24. गरमागरम प्रकाश बल्ब के माध्यम से धाराओं के मूल्यों को लगातार बढ़ाते हुए, समान माप करें और परिणामों को तालिका की उपयुक्त पंक्तियों में रिकॉर्ड करें।

(में)
(एमए)							एमए
(एमए)							एमए
(एमए)							एमए
(एमए)							एमए
(एमए)							एमए

चावल। 5.24. फोटोरेसिस्टर की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं के अध्ययन के परिणामों को रिकॉर्ड करने के लिए तालिका।

बिजली स्रोत और मापने वाले उपकरणों के वोल्टेज की ध्रुवीयता को बदलें (चित्र 5.25 में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा करें)। समान मापों का एक चक्र चलाएं और परिणामों को तालिका में रिकॉर्ड करें।

चावल। 5.25. रिवर्स वोल्टेज ध्रुवता के साथ एक फोटोरेसिस्टर की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए सर्किट।

3. प्रायोगिक परिणामों का प्रसंस्करण।

3.1. पैराग्राफ 2.1 का निष्पादन करते समय प्राप्त परिणामों को संसाधित करना।

ग्राफ़ पेपर की एक शीट पर अध्ययन किए गए डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं की आगे और पीछे की शाखाओं का निर्माण करें, आगे की शाखा 5 एमए/सेमी, 0.5 वी/सेमी के लिए धाराओं और वोल्टेज की धुरी के साथ स्केल लेते हुए, तदनुसार, रिवर्स शाखा के लिए 0.1 एमए/सेमी और 1.5 वी/सेमी।

3.2. पैराग्राफ 2.2.1 के परिणामों को संसाधित करना 2.2.4 प्रयोगशाला कार्य।

ग्राफ़ पेपर की एक शीट पर एलईडी करंट द्वारा निर्दिष्ट विभिन्न रोशनी स्तरों पर फोटोडायोड की संपूर्ण करंट-वोल्टेज विशेषताओं का एक परिवार बनाएं। वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की सीधी शाखा के लिए वर्तमान अक्ष के साथ स्केल को 5 एमए/सेमी के बराबर चुना जाना चाहिए, वोल्टेज अक्ष 0.1 वी/सेमी के साथ। रिवर्स शाखा का निर्माण करते समय, 0.1 एमए/सेमी और 1.5 वी/सेमी के बराबर स्केल लें। विशेषताओं पर नो-लोड वोल्टेज और शॉर्ट-सर्किट करंट के मूल्यों को चिह्नित करें।

अनुच्छेद 2.2.2 में प्राप्त आंकड़ों के आधार पर निर्भरताएँ बनाएँ

और

, कहाँ - एलईडी के माध्यम से करंट। जिन अक्षों पर संबंधित मात्राओं के मान आलेखित किए जाते हैं, उन्हें वर्तमान अक्ष के अनुदिश 5 mA/cm के बराबर चुना जाना चाहिए ; 0.1V/सेमी - अक्ष के अनुदिश

और 0.2 mA/cm - अक्ष के अनुदिश

.

3.3. पैराग्राफ 2.3 को निष्पादित करते समय प्राप्त परिणामों को संसाधित करना।

ग्राफ पेपर की एक शीट पर विभिन्न एलईडी वर्तमान मूल्यों पर फोटोट्रांजिस्टर आउटपुट विशेषताओं का एक परिवार बनाएं। वोल्टेज अक्ष पर, 1V/सेमी के बराबर स्केल चुनें, और वर्तमान अक्ष पर, 2mA/सेमी।

3.4. प्रयोगशाला कार्य के पैराग्राफ 2.4 के परिणामों का प्रसंस्करण।

एलईडी करंट पर फोटोथाइरिस्टर टर्न-ऑन वोल्टेज की निर्भरता को प्लॉट करें, 2 एमए/सेमी के वर्तमान अक्ष के साथ और 3 वी/सेमी के वोल्टेज अक्ष के साथ एक स्केल चुनें। इस आइटम को निष्पादित करते समय प्राप्त परिणामों की व्याख्या करें।

3.5. पैराग्राफ 2.5 के परिणामों को संसाधित करना।

ग्राफ़ पेपर की एक शीट पर लागू वोल्टेज के दोनों ध्रुवों के लिए एक फोटोरेसिस्टर की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का एक परिवार बनाएं, 5 एमए/सेमी के वर्तमान अक्ष के साथ और 3 वी/सेमी के वोल्टेज अक्ष के साथ एक स्केल चुनें।

इन विशेषताओं के आधार पर, विभिन्न रोशनी पर शून्य वोल्टेज मानों के क्षेत्र में फोटोरेसिस्टर का प्रतिरोध निर्धारित करें, विकिरण स्रोत के माध्यम से बहने वाली धारा की मात्रा पर फोटोरेसिस्टर के प्रतिरोध की निर्भरता का एक ग्राफ बनाएं।

साक ए.वी. आर्थिक पूर्वानुमान और योजना (दस्तावेज़)

क्लिनाचेव एन.वी. सिस्टम सिद्धांत स्वचालित विनियमन(दस्तावेज़)

बोचारोव ए.बी. तर्क पाठ्यक्रम के लिए शैक्षिक और पद्धतिगत परिसर (दस्तावेज़)

बखरेव पी.वी. मध्यस्थता प्रक्रिया. शैक्षिक और कार्यप्रणाली परिसर (दस्तावेज़)

स्टारोवा एल.आई. उद्यम के उत्पादन और आर्थिक गतिविधियों का विश्लेषण (दस्तावेज़)

श्वेतलिट्स्की आई.एस. आर्थिक सिद्धांत (दस्तावेज़)

डेनिलचेंको ए.वी. (और अन्य) विश्व अर्थव्यवस्था: शैक्षिक और पद्धतिगत परिसर (दस्तावेज़)

गुटकोविच ई.एम. बैंकिंग कानून अनुशासन के लिए शैक्षिक और पद्धतिगत परिसर (दस्तावेज़)

n1.doc

विषय 4.1 ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के मूल सिद्धांत। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का वर्गीकरण.
ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स कार्यात्मक इलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स का एक महत्वपूर्ण स्वतंत्र क्षेत्र है। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस एक ऐसा उपकरण है, जिसमें सूचना संसाधित करते समय, विद्युत संकेतों को ऑप्टिकल सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है और इसके विपरीत।

• 
  ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की एक अनिवार्य विशेषता यह है कि उनमें तत्व वैकल्पिक रूप से जुड़े हुए हैं और विद्युत रूप से एक दूसरे से पृथक हैं।

इसके लिए धन्यवाद, उच्च-वोल्टेज और निम्न-वोल्टेज, साथ ही उच्च-आवृत्ति और कम-आवृत्ति सर्किट का मिलान आसानी से सुनिश्चित किया जाता है। इसके अलावा, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अन्य फायदे हैं: प्रकाश किरणों के स्थानिक मॉड्यूलेशन की संभावना, जो समय के साथ परिवर्तनों के संयोजन में, तीन डिग्री की स्वतंत्रता देती है (विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में दो); चैनलों के बीच गैल्वेनिक कनेक्शन की अनुपस्थिति में प्रकाश किरणों की महत्वपूर्ण शाखाओं और प्रतिच्छेदन की संभावना; उनके कई मापदंडों (आयाम, दिशा, आवृत्ति, चरण, ध्रुवीकरण) को बदलने की संभावना के कारण प्रकाश किरणों का बड़ा कार्यात्मक भार।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स दो मुख्य स्वतंत्र क्षेत्रों को कवर करता है - ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल। ऑप्टिकल दिशा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ एक ठोस की बातचीत के प्रभावों पर आधारित है। यह होलोग्राफी, फोटोकैमिस्ट्री, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक्स और अन्य घटनाओं पर निर्भर करता है। ऑप्टिकल दिशा को कभी-कभी लेज़र भी कहा जाता है।

इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल दिशा फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण के सिद्धांत का उपयोग करती है, जो एक ओर आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और दूसरी ओर इलेक्ट्रोल्यूमिनेसेंस के माध्यम से एक ठोस शरीर में महसूस किया जाता है। यह दिशा पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में गैल्वेनिक और चुंबकीय कनेक्शन को ऑप्टिकल वाले से बदलने पर आधारित है। इससे संचार चैनल में सूचना घनत्व, इसकी गति और शोर प्रतिरोधक क्षमता को बढ़ाना संभव हो जाता है।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स का मुख्य तत्व है optocouplerआंतरिक के साथ ऑप्टोकॉप्लर्स हैं (चित्र 9.4, ए)और बाहरी (चित्र 9.4, बी) फोटोनिक बांड। सबसे सरल ऑप्टोकॉप्लर एक चार-टर्मिनल नेटवर्क है (चित्र 9.4, ए),तीन तत्वों से मिलकर बना है: फोटो एमिटर 1 , प्रकाश मार्गदर्शक 2 और प्रकाश रिसीवर 3, एक सीलबंद, प्रकाशरोधी आवास में संलग्न। जब एक विद्युत संकेत को पल्स या इनपुट करंट में गिरावट के रूप में इनपुट पर लागू किया जाता है, तो फोटोएमिटर उत्तेजित होता है। प्रकाश गाइड के माध्यम से प्रकाश प्रवाह फोटोडिटेक्टर में प्रवेश करता है, जिसके आउटपुट पर एक विद्युत पल्स या आउटपुट करंट ड्रॉप बनता है। इस प्रकार का ऑप्टोकॉप्लर विद्युत संकेतों का प्रवर्धक है, जिसमें आंतरिक युग्मन फोटोनिक होता है और बाहरी युग्मन विद्युत होता है। .

एक अन्य प्रकार का ऑप्टोकॉप्लर विद्युत आंतरिक युग्मन और फोटोनिक बाहरी युग्मन के साथ है (चित्र 9.4)। बी) - प्रकाश संकेतों का एक प्रवर्धक है, साथ ही एक आवृत्ति के संकेतों को दूसरी आवृत्ति के संकेतों में परिवर्तित करने वाला है, उदाहरण के लिए, दृश्यमान स्पेक्ट्रम के संकेतों में अवरक्त विकिरण के संकेत। प्रकाश रिसीवर 4 इनपुट लाइट सिग्नल को विद्युत सिग्नल में परिवर्तित करता है। उत्तरार्द्ध को एक एम्पलीफायर द्वारा प्रवर्धित किया जाता है 5 और प्रकाश स्रोत को उत्तेजित करता है 6.

वर्तमान में, बड़ी संख्या में ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण विकसित किए गए हैं

व्यक्तिगत उद्देश्य. माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में, एक नियम के रूप में, केवल उन ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कार्यात्मक तत्वों का उपयोग किया जाता है जिनके लिए एकीकरण की संभावना होती है, साथ ही संबंधित एकीकृत सर्किट की निर्माण तकनीक के साथ उनकी विनिर्माण तकनीक की संगतता भी होती है।

फोटो उत्सर्जक. ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्रकाश स्रोत लघुकरण, कम बिजली की खपत, उच्च दक्षता और विश्वसनीयता, लंबी सेवा जीवन और विनिर्माण क्षमता जैसी आवश्यकताओं के अधीन हैं। उनका प्रदर्शन उच्च होना चाहिए और एकीकृत उपकरणों के रूप में निर्मित होने में सक्षम होना चाहिए।

सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट स्रोत हैं इंजेक्शन एलईडी,जिसमें प्रकाश का उत्सर्जन इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के इंटरबैंड पुनर्संयोजन के तंत्र द्वारा निर्धारित होता है। यदि आप पर्याप्त रूप से बड़ा इंजेक्शन करंट प्रवाहित करते हैं

चावल। 9.5. इंजेक्शन एलईडी के संचालन सिद्धांत को समझाने के लिए

के माध्यम से पी- एन-संक्रमण (आगे की दिशा में), फिर वैलेंस बैंड से कुछ इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में चले जाएंगे (चित्र 9.5)। संयोजकता बैंड के ऊपरी भाग में मुक्त अवस्थाएँ (छिद्र) बनते हैं तथा चालन बैंड के निचले भाग में अवस्थाएँ भरी होती हैं।

निया (चालन इलेक्ट्रॉन)। ऐसी व्युत्क्रम जनसंख्या संतुलन नहीं रखती है और रिवर्स इलेक्ट्रॉन संक्रमण के दौरान फोटॉन के अराजक उत्सर्जन की ओर ले जाती है। परिणामस्वरूप आर-एन-संक्रमण असंगत चमक इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंस है। चालन बैंड के भरे हुए हिस्से से वैलेंस बैंड के मुक्त हिस्से तक ल्यूमिनसेंट संक्रमण के दौरान उत्सर्जित एक फोटॉन एक समान फोटॉन के उत्तेजित उत्सर्जन का कारण बनता है, जिससे एक और इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड में चला जाता है। हालाँकि, उसी ऊर्जा का एक फोटॉन (से ∆ इ= इ 2 - इ 1 पहले ∆ इ=2? इ) को अवशोषित नहीं किया जा सकता, क्योंकि निचली अवस्था मुक्त है (इसमें कोई इलेक्ट्रॉन नहीं हैं), और ऊपरी अवस्था पहले से ही भरी हुई है। यह मतलब है कि पी- एन-ऐसी ऊर्जा के फोटॉन के लिए, यानी संबंधित आवृत्ति के लिए संक्रमण पारदर्शी है। इसके विपरीत, ऊर्जा वाले फोटॉन अधिक होते हैं ∆ इ+2? इ, अवशोषित किया जा सकता है, इलेक्ट्रॉनों को वैलेंस बैंड से चालन बैंड में स्थानांतरित किया जा सकता है। साथ ही, ऐसी ऊर्जाओं के लिए फोटॉनों का प्रेरित उत्सर्जन असंभव है, क्योंकि ऊपरी प्रारंभिक अवस्था नहीं भरी जाती है, और निचली अवस्था भर जाती है। इस प्रकार, बैंडगैप ऊर्जा के अनुरूप आवृत्ति के आसपास एक संकीर्ण सीमा में उत्तेजित उत्सर्जन संभव है ∆ईस्पेक्ट्रम चौड़ाई के साथ ? इ.

एलईडी के लिए सबसे अच्छी सामग्री गैलियम आर्सेनाइड, गैलियम फॉस्फाइड, सिलिकॉन फॉस्फाइड, सिलिकॉन कार्बाइड आदि हैं। एलईडी में उच्च गति (लगभग 0.5 μs) होती है, लेकिन उच्च धारा (लगभग 30 ए/सेमी2) की खपत होती है। हाल ही में, गैलियम आर्सेनाइड - एल्युमीनियम पर आधारित एल ई डी विकसित किए गए हैं, जिनकी शक्ति अंशों से लेकर कई मिलीवाट तक होती है, जिसमें आगे की धारा दसियों मिलीएम्प्स होती है। एल ई डी की दक्षता 1 - 3% से अधिक नहीं होती है।

आशाजनक प्रकाश स्रोत हैं इंजेक्शन लेजर,उच्च दक्षता और गति (दसियों पिकोसेकंड) के साथ एक संकीर्ण वर्णक्रमीय क्षेत्र में उच्च ऊर्जा को केंद्रित करना संभव बनाता है। इन लेज़रों को एकीकृत सर्किट के समान तकनीक का उपयोग करके एकल बेस चिप पर सरणियों के रूप में निर्मित किया जा सकता है। सरल इंजेक्शन लेज़रों का नुकसान यह है कि उनका प्रदर्शन केवल तभी स्वीकार्य होता है जब उन्हें बहुत कम तापमान पर ठंडा किया जाता है। पर सामान्य तापमानगैलियम-आर्सेनाइड लेजर में कम औसत शक्ति, कम दक्षता (लगभग 1%), कम परिचालन स्थिरता और सेवा जीवन होता है। हेटेरोजंक्शन (एक हेटेरोजंक्शन एक ही प्रकार की विद्युत चालकता के साथ परतों के बीच की सीमा है, लेकिन विभिन्न बैंड अंतराल के साथ) का उपयोग करके एक जटिल संरचना का संक्रमण बनाकर इंजेक्शन लेजर में और सुधार ने एक छोटे आकार के प्रकाश स्रोत को संचालित करना संभव बना दिया 10-20% की दक्षता और स्वीकार्य विशेषताओं के साथ सामान्य तापमान पर।

फोटोडिटेक्टर।प्रकाश संकेतों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करने के लिए फोटोडायोड, फोटोट्रांसिस्टर्स, फोटोरेसिस्टर्स, फोटोथाइरिस्टर और अन्य उपकरणों का उपयोग किया जाता है।

फोटोडायोड एक रिवर्स बायस्ड है पी- एन- एक संक्रमण जिसका विपरीत संतृप्ति धारा आपतित प्रकाश की क्रिया द्वारा उसमें उत्पन्न आवेश वाहकों की संख्या से निर्धारित होता है (चित्र 9.6)। एक फोटोडायोड के पैरामीटर उसके सर्किट में बहने वाली धारा के मूल्यों के माध्यम से व्यक्त किए जाते हैं। एक फोटोडायोड की संवेदनशीलता, जिसे आमतौर पर इंटीग्रल कहा जाता है, को प्रकाश धारा और उस चमकदार प्रवाह के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसके कारण यह होता है एफ ? . फोटोडायोड की संवेदनशीलता सीमा का अनुमान किसके द्वारा लगाया जाता है? ज्ञात मूल्यइंटीग्रल (वर्तमान) संवेदनशीलता और डार्क करंट मैं डी, यानी, संवेदनशील परत के विकिरण की अनुपस्थिति में सर्किट में प्रवाहित होने वाली धारा।

फोटोडायोड के लिए मुख्य सामग्री जर्मेनियम और सिलिकॉन हैं। सिलिकॉन फोटोडायोड आमतौर पर स्पेक्ट्रम के एक संकीर्ण क्षेत्र में संवेदनशील होते हैं (से? = 0.6 - 0.8 माइक्रोन से? = 1.1 µm) अधिकतम पर? = 0.85 माइक्रोन, और क्या जर्मेनियम फोटोडायोड की संवेदनशीलता सीमाएँ हैं? = 0.4 - 1.8 µm अधिकतम पर? ? 1.5 माइक्रोन. 20 वी की आपूर्ति वोल्टेज के साथ फोटोडायोड मोड में, सिलिकॉन फोटोडायोड का डार्क करंट आमतौर पर 3 μA से अधिक नहीं होता है, जबकि जर्मेनियम के लिए; 10 वी की आपूर्ति वोल्टेज पर फोटोडायोड यह 15-20 μA तक पहुंच जाता है।

फोटोट्रांजिस्टर दो या दो से अधिक दीप्तिमान ऊर्जा के रिसीवर होते हैं पी-पी-ऐसे संक्रमण जिनमें संवेदनशील परत के विकिरणित होने पर फोटोकरंट को बढ़ाने का गुण होता है। एक फोटोट्रांजिस्टर एक फोटोडायोड के गुणों और एक ट्रांजिस्टर के प्रवर्धक गुणों को जोड़ता है (चित्र 9.7)। फोटोट्रांजिस्टर पर ऑप्टिकल और इलेक्ट्रिकल इनपुट की उपस्थिति आपको ऊर्जा विशेषता के रैखिक भाग में ऑपरेशन के लिए आवश्यक पूर्वाग्रह बनाने के साथ-साथ क्षतिपूर्ति करने की अनुमति देती है बाहरी प्रभाव. छोटे संकेतों का पता लगाने के लिए, फोटोट्रांजिस्टर से लिए गए वोल्टेज को बढ़ाना होगा। इस मामले में, कलेक्टर सर्किट में न्यूनतम डार्क करंट के साथ आउटपुट एसी प्रतिरोध को बढ़ाया जाना चाहिए, जिससे आधार पर एक सकारात्मक पूर्वाग्रह पैदा हो।

प्रकाश मार्गदर्शक.ऑप्टोकॉप्लर में प्रकाश स्रोत और प्रकाश रिसीवर के बीच एक प्रकाश गाइड होता है। एलईडी और प्रवाहकीय माध्यम (फाइबर) के बीच इंटरफेस से प्रतिबिंब के दौरान होने वाले नुकसान को कम करने के लिए, बाद वाले में उच्च अपवर्तक सूचकांक होना चाहिए। ऐसे वातावरण को विसर्जन कहा जाता है। विसर्जन सामग्री चाहिए स्रोत और रिसीवर की सामग्रियों के लिए अच्छा आसंजन है, विस्तार गुणांक में पर्याप्त मिलान प्रदान करता है, कार्य क्षेत्र में पारदर्शी है, आदि। सबसे आशाजनक 1.8-1.9 के अपवर्तक सूचकांक के साथ सीसा ग्लास और अपवर्तक सूचकांक के साथ सेलेनियम ग्लास हैं। 2 का, 4-2.6. चित्र में. चित्र 9.8 एक विसर्जन प्रकाश गाइड के साथ एक ठोस-अवस्था ऑप्टोकॉप्लर का क्रॉस सेक्शन दिखाता है।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में प्रकाश गाइड के रूप में कांच या पारदर्शी प्लास्टिक के पतले धागों का उपयोग किया जाता है। इस दिशा को फाइबर ऑप्टिक्स कहा जाता है। फाइबर को प्रकाश-इन्सुलेट सामग्री के साथ लेपित किया जाता है और मल्टी-कोर लाइट केबलों में जोड़ा जाता है। वे प्रकाश के संबंध में वही कार्य करते हैं जो धातु के तार विद्युत धारा के संबंध में करते हैं। फ़ाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग करके, आप: ऑप्टिकल फ़ाइबर के व्यास (लगभग 1 माइक्रोन) द्वारा निर्धारित रिज़ॉल्यूशन के साथ तत्व-दर-तत्व छवि संचरण कर सकते हैं; प्रकाश मार्गदर्शक के तंतुओं को मोड़ने और मोड़ने की क्षमता के कारण छवि के स्थानिक परिवर्तन उत्पन्न करना; छवियों को काफी दूरी तक प्रसारित करना, आदि। चित्र में। चित्र 9.9 प्रकाश-संचालन फाइबर से बने केबल के रूप में एक प्रकाश गाइड दिखाता है।

अभिन्न प्रकाशिकी.कार्यात्मक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के आशाजनक क्षेत्रों में से एक एकीकृत प्रकाशिकी है, जो ऑप्टिकल जानकारी प्रसारित करने और संसाधित करने के लिए उच्च-प्रदर्शन प्रणालियों का निर्माण सुनिश्चित करता है। एकीकृत प्रकाशिकी में अनुसंधान के क्षेत्र में ढांकता हुआ पतली-फिल्म वेवगाइड और ऑप्टिकल फाइबर में ऑप्टिकल रेंज में विद्युत चुम्बकीय विकिरण का प्रसार, रूपांतरण और प्रवर्धन शामिल है। एकीकृत प्रकाशिकी का मुख्य तत्व एक थोक या सतह ऑप्टिकल माइक्रोवेव गाइड है। सबसे सरल सममित वॉल्यूमेट्रिक ऑप्टिकल माइक्रोवेव गाइड एक क्षेत्र है जो एक या दो स्थानिक आयामों में स्थानीयकृत होता है जिसमें अपवर्तक सूचकांक आसपास के ऑप्टिकल माध्यम के अपवर्तक सूचकांक से अधिक होता है। यह प्रकाशिक रूप से सघन क्षेत्र एक ढांकता हुआ वेवगाइड के एक चैनल या वाहक परत से अधिक कुछ नहीं है।

पी एक असममित सतह ढांकता हुआ वेवगाइड का एक उदाहरण ऑप्टिकली पारदर्शी ढांकता हुआ या अर्धचालक की एक पतली फिल्म है जिसका अपवर्तक सूचकांक ऑप्टिकली पारदर्शी सब्सट्रेट के अपवर्तक सूचकांक से अधिक है। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के स्थानीयकरण की डिग्री, साथ ही वाहक परत और सब्सट्रेट के साथ स्थानांतरित ऊर्जा प्रवाह का अनुपात, वाहक परत के प्रभावी अनुप्रस्थ आकार और वाहक परत और के अपवर्तक सूचकांकों में अंतर से निर्धारित होता है। किसी दी गई विकिरण आवृत्ति पर सब्सट्रेट। अपेक्षाकृत सरल और सॉलिड-स्टेट ऑप्टिकल उपकरणों के लिए सबसे उपयुक्त एक ऑप्टिकल स्ट्रिप माइक्रोवेव गाइड है, जो एक पतली ढांकता हुआ फिल्म (छवि 9.10) के रूप में बनाई जाती है, जिसे माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक तरीकों (उदाहरण के लिए, वैक्यूम जमाव) का उपयोग करके सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है। मास्क का उपयोग करके, संपूर्ण ऑप्टिकल सर्किट को उच्च सटीकता के साथ ढांकता हुआ सब्सट्रेट पर लागू किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी के उपयोग ने एक निश्चित लंबाई में एकल ऑप्टिकल स्ट्रिप वेवगाइड और ऑप्टिकली युग्मित वेवगाइड और उसके बाद अपसारी वेवगाइड दोनों के निर्माण में सफलता प्रदान की है, जो एकीकृत प्रकाशिकी प्रणालियों में दिशात्मक युग्मकों और आवृत्ति-चयनात्मक फिल्टर के निर्माण के लिए आवश्यक है। .

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक माइक्रो सर्किट।पर

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के आधार पर बड़ी संख्या में माइक्रो सर्किट विकसित किए गए हैं। आइए घरेलू उद्योग द्वारा उत्पादित कुछ ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक माइक्रो सर्किट पर नजर डालें। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गैल्वेनिक आइसोलेशन माइक्रोसर्किट का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। इनमें कार्यात्मक एनालॉग सिग्नल प्रोसेसिंग सिस्टम में उपयोग के लिए हाई-स्पीड स्विच, एनालॉग सिग्नल स्विच, स्विच और एनालॉग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस शामिल हैं।

किसी भी ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक माइक्रोक्रिकिट का मुख्य तत्व एक ऑप्टोकॉप्लर जोड़ी है (चित्र 9.11, ए,बी), जिसमें एक प्रकाश स्रोत शामिल है 1 , एक इनपुट सिग्नल, विसर्जन माध्यम द्वारा नियंत्रित 2, प्रकाश स्रोत और फोटोडिटेक्टर से वैकल्पिक रूप से जुड़ा हुआ है 3. ऑप्टोकॉप्लर जोड़ी के पैरामीटर डीसी डिकॉउलिंग प्रतिरोध, वर्तमान स्थानांतरण गुणांक (रिसीवर फोटोक्रेक्ट और एमिटर करंट का अनुपात), स्विचिंग समय और थ्रूपुट कैपेसिटेंस हैं।

विभिन्न प्रयोजनों के लिए ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक माइक्रोसर्किट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक जोड़े के आधार पर बनाए जाते हैं।

चावल। 9.11. ऑप्टोकॉप्लर जोड़ी की योजना और तकनीकी कार्यान्वयन:

1 - प्रकाश स्रोत; 2 - विसर्जन माध्यम; 3 - फोटोडिटेक्टर.

विषय 4.2 ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के तत्व
1. ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक स्विचएक हाइब्रिड चिप है जिसमें एक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक जोड़ी और एक एम्पलीफायर होता है। स्विच उच्च दक्षता वाले सिलिकॉन-डॉप्ड गैलियम एप्सेनाइड एलईडी और उच्च गति वाले सिलिकॉन का उपयोग करता है पी- मैं- एन-फोटोडायोड्स। विसर्जन माध्यम 2.7 के अपवर्तनांक के साथ चॉकोजेनाइड ग्लास है। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक जोड़ी में वर्तमान स्थानांतरण गुणांक सामान्य तापमान पर 3-5 है, टर्न-ऑन समय (विलंब और वृद्धि समय का योग) 100-250 पीएस है, प्रत्यक्ष के लिए एलईडी और फोटोडिटेक्टर सर्किट का गैल्वेनिक अलगाव करंट 10 9 ओम है। माइक्रोक्रिकिट TO-5 प्रकार के एक गोल धातु-ग्लास केस में बनाया गया है।

2. ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कुंजीप्रत्यावर्ती और प्रत्यक्ष धाराओं के उच्च-वोल्टेज सर्किट को स्विच करने के लिए डिज़ाइन किया गया। इसमें चार स्वतंत्र चैनल हैं, जिनमें से प्रत्येक में दो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक जोड़े हैं जिनमें एक एलईडी और एक उच्च-वोल्टेज शामिल है पी- मैं- एन- फोटोडायोड. फोटोडायोड बैक-टू-सीरीज़ से जुड़े होते हैं, इसलिए लॉक स्थिति में स्विच का प्रतिरोध (एलईडी के माध्यम से वर्तमान की अनुपस्थिति में), लागू वोल्टेज की ध्रुवीयता की परवाह किए बिना, रिवर्स बायस्ड के अंधेरे प्रतिरोध द्वारा निर्धारित किया जाता है पी- मैं- एन-फोटोडायोड; इसका मान लगभग 10 9 ओम है।

3. ट्रांजिस्टर स्विचडीसी वोल्टेज स्विच करने के लिए डिज़ाइन किया गया 50 वी तक। डिवाइस में दो स्वतंत्र चैनल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक जोड़ी होती है जिसमें गैलियम आर्सेनाइड एलईडी और एक सिलिकॉन होता है एन- पी- मैं- एन-फोटोट्रांजिस्टर। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक जोड़ी में 2 का वर्तमान स्थानांतरण गुणांक, 10 एमए का रेटेड ऑपरेटिंग वर्तमान और 100-300 एनएस के प्रवर्धन मोड में गति है।

4.एनालॉग स्विचएनालॉग सिग्नल के चयनात्मक प्रसंस्करण के लिए सिस्टम में उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया। स्विच के एक चैनल का विद्युत आरेख चित्र में दिखाया गया है। 9.12. चैनल में एक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक जोड़ी होती है जिसमें एक गैलियम आर्सेनाइड एलईडी और दो बैक-टू-बैक होते हैं एन- मैं- एन-एक ही क्रिस्टल में बने फोटोडायोड।

चित्र में. चित्र 9.13 कुछ अन्य प्रकार के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सर्किट के विद्युत सर्किट दिखाता है। कुंजी चिप (चित्र 9.13, ए) में एक मोनोलिथिक सिलिकॉन एम्पलीफायर से मेल खाने वाली एक उच्च गति डायोड ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक जोड़ी शामिल है। इसका उद्देश्य कंप्यूटर और असतत स्वचालन के तार्किक उपकरणों में ट्रांसफार्मर और रिले कनेक्शन को बदलना है। एनालॉग कुंजी (चित्र 9.13, बी) का अर्थ है

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण के साथ रैखिक सर्किट। 60-80 मेगावाट की नियंत्रण सिग्नल शक्ति के साथ, हेलिकॉप्टर पैरामीटर मानक अर्धचालक माइक्रोक्रिस्केट के लिए आवश्यक मूल्यों तक पहुंचते हैं। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कम-शक्ति डीसी रिले (चित्र 9.13, वी)एनालॉग को बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया

मिलीसेकंड रेंज में गति और 10 4 -10 7 के संचालन की गारंटीकृत संख्या के साथ इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले।

दिलचस्प बात यह है कि 249 श्रृंखला के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक माइक्रोसर्किट हैं, जिसमें उपकरणों के चार समूह शामिल हैं, जो इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट डायोड और ट्रांजिस्टर पर आधारित इलेक्ट्रॉनिक स्विच हैं। सभी समूहों का विद्युत आरेख

उपकरण समान हैं (चित्र 9.14)। संरचनात्मक रूप से, माइक्रो-सर्किट को 14 पिनों के साथ एक आयताकार फ्लैट एकीकृत सर्किट पैकेज में डिज़ाइन किया गया है और इसमें दो अलग-अलग चैनल हैं, जो उपकरण के आकार और वजन को कम करता है, और माइक्रो-सर्किट की कार्यक्षमता का भी विस्तार करता है। एलईडी सिलिकॉन आधारित हैं और हैं पी + - पी- एन मैं - एन + - संरचना। डोंगल में दो चैनलों की मौजूदगी आपको इसका उपयोग करने की अनुमति देती है एनालॉग सिग्नल के एक एकीकृत हेलिकॉप्टर के रूप में और एक समग्र ट्रांजिस्टर सर्किट के अनुसार फोटोट्रांसिस्टर को कनेक्ट करते समय एक उच्च सिग्नल ट्रांसमिशन अनुपात (10-100) प्राप्त करें।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण
ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का संचालन सूचना प्राप्त करने, संचारित करने और संग्रहीत करने की इलेक्ट्रॉन-फोटोनिक प्रक्रियाओं पर आधारित है।

सबसे सरल ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण एक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक जोड़ी या ऑप्टोकॉप्लर है। एक ऑप्टोकॉप्लर का संचालन सिद्धांत, जिसमें एक विकिरण स्रोत, एक विसर्जन माध्यम (प्रकाश गाइड) और एक फोटोडिटेक्टर शामिल है, एक विद्युत संकेत को एक ऑप्टिकल में और फिर वापस एक विद्युत में परिवर्तित करने पर आधारित है।

कार्यात्मक उपकरणों के रूप में ऑप्टोकॉप्लर्स हैं निम्नलिखित फायदेपारंपरिक रेडियोतत्वों से पहले:

पूर्ण गैल्वेनिक अलगाव "इनपुट - आउटपुट" (इन्सुलेशन प्रतिरोध 10 12 - 10 14 ओम से अधिक है);

सूचना प्रसारण चैनल में पूर्ण शोर प्रतिरक्षा (सूचना वाहक विद्युत रूप से तटस्थ कण हैं - फोटॉन);

सूचना का यूनिडायरेक्शनल प्रवाह, जो प्रकाश प्रसार की विशेषताओं से जुड़ा है;

ऑप्टिकल कंपन की उच्च आवृत्ति के कारण ब्रॉडबैंड,

पर्याप्त प्रदर्शन (कई नैनोसेकंड);

उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज (दसियों किलोवोल्ट);

कम शोर स्तर;

अच्छी यांत्रिक शक्ति.

इसके द्वारा किए जाने वाले कार्यों के आधार पर, एक ऑप्टोकॉप्लर की तुलना रिले (कुंजी) वाले ट्रांसफार्मर (युग्मन तत्व) से की जा सकती है।

ऑप्टोकॉप्लर उपकरणों में, अर्धचालक विकिरण स्रोतों का उपयोग किया जाता है - समूह के यौगिकों की सामग्री से बने प्रकाश उत्सर्जक डायोड एतृतीय बीवी , जिनमें गैलियम फॉस्फाइड और आर्सेनाइड सबसे अधिक आशाजनक हैं। उनके विकिरण का स्पेक्ट्रम दृश्य और निकट-अवरक्त विकिरण (0.5 - 0.98 माइक्रोन) के क्षेत्र में स्थित है। गैलियम फॉस्फाइड प्रकाश उत्सर्जक डायोड लाल होते हैं और हरा रंगचमकना। सिलिकॉन कार्बाइड से बने एलईडी आशाजनक हैं; उनमें पीली चमक होती है और वे काम करते हैं बढ़ा हुआ तापमान, आर्द्रता और आक्रामक वातावरण में।

स्पेक्ट्रम की दृश्य सीमा में प्रकाश उत्सर्जित करने वाली एलईडी का उपयोग किया जाता है इलेक्ट्रॉनिक घड़ीऔर माइक्रोकैलकुलेटर।

प्रकाश उत्सर्जक डायोड को विकिरण की एक वर्णक्रमीय संरचना की विशेषता होती है जो काफी व्यापक होती है, एक दिशात्मकता पैटर्न; क्वांटम दक्षता, उत्सर्जित प्रकाश क्वांटा की संख्या और गुजरने वालों की संख्या के अनुपात से निर्धारित होती है पी-एन-इलेक्ट्रॉनों का संक्रमण; शक्ति (अदृश्य विकिरण के साथ) और चमक (दृश्य विकिरण के साथ); वोल्ट-एम्पीयर, लुमेन-एम्पीयर और वाट-एम्पीयर विशेषताएँ; गति (स्पंदित उत्तेजना के दौरान इलेक्ट्रोल्यूमिनेशन की वृद्धि और क्षय), ऑपरेटिंग तापमान सीमा। जैसे-जैसे ऑपरेटिंग तापमान बढ़ता है, एलईडी की चमक कम हो जाती है और उत्सर्जन शक्ति कम हो जाती है।

दृश्यमान सीमा में प्रकाश उत्सर्जक डायोड की मुख्य विशेषताएं तालिका में दी गई हैं। 32, और इन्फ्रारेड रेंज - तालिका में। 33.
तालिका 32 दृश्यमान प्रकाश उत्सर्जक डायोड की मुख्य विशेषताएं

तालिका 33. अवरक्त प्रकाश उत्सर्जक डायोड की मुख्य विशेषताएं

डायोड प्रकार	कुल विकिरण शक्ति, मेगावाट	लगातार आगे वोल्टेज, वी	विकिरण तरंग दैर्ध्य, माइक्रोन	विकिरण नाड़ी वृद्धि समय, एन.एस	विकिरण नाड़ी क्षय समय, एनएस	वज़न, जी
एएल103 ए, बी AL106 ए - डी एएल107 ए, बी	0.6 - 1 (वर्तमान 50 एमए पर) 0.2 - 1.5 (वर्तमान 100 एमए पर) 6 - 10 (वर्तमान 100 एमए पर) 1.5 (100 एमए धारा पर) 0.2 (20 एमए करंट पर) 10 (वर्तमान 50 एमए पर)	1,6	0,95	200 – 300	500	0,1

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रकाश उत्सर्जक डायोड एक विसर्जन माध्यम द्वारा फोटोडिटेक्टरों से जुड़े होते हैं, जिसके लिए मुख्य आवश्यकता न्यूनतम नुकसान और विरूपण के साथ सिग्नल ट्रांसमिशन है। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, ठोस विसर्जन मीडिया - पॉलिमर - का उपयोग किया जाता है। कार्बनिक यौगिक(ऑप्टिकल चिपकने वाले और वार्निश), चॉकोजेनाइड मीडिया और ऑप्टिकल फाइबर। एमिटर और फोटोडिटेक्टर के बीच ऑप्टिकल चैनल की लंबाई के आधार पर, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को ऑप्टोकॉप्लर्स (चैनल लंबाई 100 - 300 माइक्रोन), ऑप्टोइसोलेटर्स (1 मीटर तक) और फाइबर-ऑप्टिक संचार लाइनों - फाइबर-ऑप्टिक लाइनों () में विभाजित किया जा सकता है। दसियों किलोमीटर तक)।

ऑप्टोकॉप्लर उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले फोटोडिटेक्टर उत्सर्जक के साथ वर्णक्रमीय विशेषताओं के मिलान की आवश्यकताओं के अधीन हैं, प्रकाश सिग्नल को विद्युत सिग्नल में परिवर्तित करते समय नुकसान को कम करना, प्रकाश संवेदनशीलता, गति, प्रकाश संवेदनशील क्षेत्र का आकार, विश्वसनीयता और शोर स्तर।

ऑप्टोकॉप्लर्स के लिए, सबसे आशाजनक आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव वाले फोटोडिटेक्टर हैं, जब सामग्री के अंदर इलेक्ट्रॉनों के साथ फोटॉन की बातचीत निश्चित होती है भौतिक गुणइन सामग्रियों के क्रिस्टल जाली के बड़े हिस्से में इलेक्ट्रॉन संक्रमण होता है।

आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव दो तरह से प्रकट होता है: प्रकाश (फोटोरेसिस्टर्स) के प्रभाव में फोटोडिटेक्टर के प्रतिरोध में बदलाव में या दो सामग्रियों के बीच इंटरफेस पर फोटो-ईएमएफ की उपस्थिति में - अर्धचालक-अर्धचालक, धातु-अर्धचालक (स्विच्ड फोटोकल्स, फोटोडायोड, फोटोट्रांजिस्टर)।

आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव वाले फोटोडिटेक्टरों को फोटोडायोड (साथ) में विभाजित किया गया है पी-एन-जंक्शन, एमआईएस संरचना, शोट्की बैरियर), फोटोरेसिस्टर्स, आंतरिक प्रवर्धन के साथ फोटोडिटेक्टर (फोटोट्रांसिस्टर्स, यौगिक फोटोट्रांसिस्टर्स, फोटोथाइरिस्टर्स, फील्ड-इफेक्ट फोटोट्रांसिस्टर्स)।

फोटोडायोड सिलिकॉन और जर्मेनियम पर आधारित होते हैं। सिलिकॉन की अधिकतम वर्णक्रमीय संवेदनशीलता 0.8 माइक्रोन है, और जर्मेनियम - 1.8 माइक्रोन तक है। वे रिवर्स बायस पर काम करते हैं पी-एन-संक्रमण, जो उनके प्रदर्शन, स्थिरता और विशेषताओं की रैखिकता को बढ़ाना संभव बनाता है।

फोटोडायोड का उपयोग अक्सर अलग-अलग जटिलता के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए फोटोडिटेक्टर के रूप में किया जाता है। पी- मैं-एन-संरचनाएं जहां मैं- उच्च विद्युत क्षेत्र का क्षीण क्षेत्र। इस क्षेत्र की मोटाई को बदलकर, वाहक की कम क्षमता और उड़ान के समय के कारण अच्छा प्रदर्शन और संवेदनशीलता विशेषताओं को प्राप्त करना संभव है।

हिमस्खलन फोटोडायोड ने चार्ज वाहकों को गुणा करते समय फोटोक्रेक्ट के प्रवर्धन का उपयोग करके संवेदनशीलता और प्रदर्शन में वृद्धि की है। हालाँकि, ये फोटोडायोड तापमान सीमा पर पर्याप्त रूप से स्थिर नहीं होते हैं और इन्हें उच्च वोल्टेज बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है। शोट्की बैरियर और एमआईएस संरचना वाले फोटोडायोड कुछ तरंग दैर्ध्य श्रेणियों में उपयोग के लिए आशाजनक हैं।

फोटोरेसिस्टर मुख्य रूप से एक यौगिक (सल्फर और सेलेनियम के साथ कैडमियम) पर आधारित पॉलीक्रिस्टलाइन सेमीकंडक्टर फिल्मों से बनाए जाते हैं। फोटोरेसिस्टर्स की अधिकतम वर्णक्रमीय संवेदनशीलता 0.5 - 0.7 माइक्रोन है। फोटोरेसिस्टर्स का उपयोग आमतौर पर कम रोशनी की स्थिति में किया जाता है; संवेदनशीलता में वे फोटोमल्टीप्लायरों से तुलनीय हैं - बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव वाले उपकरण, लेकिन कम वोल्टेज बिजली की आवश्यकता होती है। फोटोरेसिस्टर्स के नुकसान कम प्रदर्शन और उच्च शोर स्तर हैं।

सबसे आम आंतरिक रूप से प्रवर्धित फोटोडिटेक्टर फोटोट्रांजिस्टर और फोटोथाइरिस्टर हैं। फोटोट्रांजिस्टर फोटोडायोड की तुलना में अधिक संवेदनशील होते हैं, लेकिन धीमे होते हैं। फोटोडिटेक्टर की संवेदनशीलता को और बढ़ाने के लिए, एक मिश्रित फोटोट्रांजिस्टर का उपयोग किया जाता है, जो फोटो और एम्प्लीफिकेशन ट्रांजिस्टर का एक संयोजन है, लेकिन इसका प्रदर्शन कम है।

ऑप्टोकॉप्लर्स में, एक फोटोथाइरिस्टर (तीन के साथ एक अर्धचालक उपकरण)। पी- एन-संक्रमण, प्रकाशित होने पर स्विच करना), जो है उच्च संवेदनशीलऔर आउटपुट सिग्नल का स्तर, लेकिन अपर्याप्त गति।

ऑप्टोकॉप्लर्स के प्रकारों की विविधता मुख्य रूप से फोटोडिटेक्टरों के गुणों और विशेषताओं द्वारा निर्धारित की जाती है। ऑप्टोकॉप्लर के मुख्य अनुप्रयोगों में से एक डिजिटल और एनालॉग सिग्नल के ट्रांसमीटर और रिसीवर का प्रभावी गैल्वेनिक अलगाव है। इस मामले में, ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग कनवर्टर या सिग्नल स्विच मोड में किया जा सकता है। ऑप्टोकॉप्लर को अनुमेय इनपुट सिग्नल (नियंत्रण वर्तमान), वर्तमान स्थानांतरण गुणांक, गति (स्विचिंग समय) और भार क्षमता की विशेषता है।

के बारे में वर्तमान स्थानांतरण गुणांक और स्विचिंग समय के अनुपात को ऑप्टोकॉप्लर का गुणवत्ता कारक कहा जाता है और फोटोडायोड और फोटोट्रांजिस्टर ऑप्टोकॉप्लर के लिए 10 5 - 10 6 है। फोटोथाइरिस्टर्स पर आधारित ऑप्टोकॉप्लर्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। कम समय और तापमान स्थिरता के कारण फोटोरेसिस्टर ऑप्टोकॉप्लर का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। कुछ ऑप्टोकॉप्लर्स के आरेख चित्र में दिखाए गए हैं। 130, ए - डी.

में उच्च स्थिरता, अच्छी ऊर्जा विशेषताओं और दक्षता वाले लेजर का उपयोग सुसंगत विकिरण स्रोतों के रूप में किया जाता है। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में, कॉम्पैक्ट उपकरणों के डिजाइन के लिए, सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग किया जाता है - लेजर डायोड, उदाहरण के लिए, पारंपरिक सूचना ट्रांसमिशन लाइनों - केबल और तार के बजाय फाइबर-ऑप्टिक संचार लाइनों में उपयोग किया जाता है। उनमें उच्च थ्रूपुट (गीगाहर्ट्ज़ की इकाइयों की बैंडविड्थ), विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप का प्रतिरोध, कम वजन और आयाम, इनपुट से आउटपुट तक पूर्ण विद्युत इन्सुलेशन, विस्फोट और अग्नि सुरक्षा है। FOCL की एक विशेष विशेषता एक विशेष फाइबर-ऑप्टिक केबल का उपयोग है, जिसकी संरचना चित्र में दिखाई गई है। 131. ऐसे केबलों के औद्योगिक नमूनों में 1 - 3 डीबी/किमी और उससे कम का क्षीणन होता है। फाइबर-ऑप्टिक संचार लाइनों का उपयोग टेलीफोन और कंप्यूटर नेटवर्क, उच्च गुणवत्ता वाली प्रसारित छवियों के साथ केबल टेलीविजन सिस्टम बनाने के लिए किया जाता है। ये लाइनें हजारों टेलीफोन वार्तालापों और कई टेलीविजन कार्यक्रमों के एक साथ प्रसारण की अनुमति देती हैं।

हाल ही में, ऑप्टिकल इंटीग्रेटेड सर्किट (ओआईसी), जिसके सभी तत्व एक सब्सट्रेट पर आवश्यक सामग्रियों के जमाव से बनते हैं, गहन रूप से विकसित हुए हैं और व्यापक हो गए हैं।

लिक्विड क्रिस्टल-आधारित उपकरण, जो व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक घड़ियों में संकेतक के रूप में उपयोग किए जाते हैं, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में आशाजनक हैं। लिक्विड क्रिस्टल क्रिस्टल के गुणों वाला एक कार्बनिक पदार्थ (तरल) होता है और क्रिस्टलीय चरण और तरल के बीच एक संक्रमण अवस्था में होता है।

लिक्विड क्रिस्टल संकेतक उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले होते हैं, अपेक्षाकृत सस्ते होते हैं, कम बिजली की खपत करते हैं और उच्च प्रकाश स्तर पर काम करते हैं।

सिंगल क्रिस्टल (नेमैटिक्स) के समान गुणों वाले लिक्विड क्रिस्टल का उपयोग अक्सर प्रकाश संकेतक और ऑप्टिकल मेमोरी उपकरणों में किया जाता है। लिक्विड क्रिस्टल जो गर्म होने पर रंग बदलते हैं (कोलेस्टेरिक्स) विकसित किए गए हैं और व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। अन्य प्रकार के लिक्विड क्रिस्टल (स्मेक्टिक्स) हैं सूचना की थर्मो-ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग के लिए उपयोग किया जाता है।

अपेक्षाकृत हाल ही में विकसित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण अपने अद्वितीय गुणों के कारण विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक हो गए हैं। उनमें से कई का वैक्यूम और सेमीकंडक्टर तकनीक में कोई एनालॉग नहीं है। हालाँकि, और भी बहुत कुछ हैं अनसुलझी समस्याएंनई सामग्रियों के विकास, इन उपकरणों की विद्युत और परिचालन विशेषताओं में सुधार और उनके निर्माण के लिए तकनीकी तरीकों के विकास से संबंधित।

धारा 5. चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) डिवाइस।

बेलारूस गणराज्य का शिक्षा मंत्रालय

शैक्षिक संस्था

"बेलारूसी राज्य विश्वविद्यालय

कंप्यूटर विज्ञान और रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स"

ईएमयू विभाग

"ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के मूल सिद्धांत। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का वर्गीकरण"

मिन्स्क, 2008

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स कार्यात्मक इलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स का एक महत्वपूर्ण स्वतंत्र क्षेत्र है। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस एक ऐसा उपकरण है, जिसमें सूचना संसाधित करते समय, विद्युत संकेतों को ऑप्टिकल सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है और इसके विपरीत।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की एक अनिवार्य विशेषता यह है कि उनमें तत्व वैकल्पिक रूप से जुड़े हुए हैं और विद्युत रूप से एक दूसरे से पृथक हैं।

इसके लिए धन्यवाद, उच्च-वोल्टेज और निम्न-वोल्टेज, साथ ही उच्च-आवृत्ति और कम-आवृत्ति सर्किट का मिलान आसानी से सुनिश्चित किया जाता है। इसके अलावा, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अन्य फायदे हैं: प्रकाश किरणों के स्थानिक मॉड्यूलेशन की संभावना, जो समय के साथ परिवर्तनों के संयोजन में, तीन डिग्री की स्वतंत्रता देती है (विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में दो); चैनलों के बीच गैल्वेनिक कनेक्शन की अनुपस्थिति में प्रकाश किरणों की महत्वपूर्ण शाखाओं और प्रतिच्छेदन की संभावना; उनके कई मापदंडों (आयाम, दिशा, आवृत्ति, चरण, ध्रुवीकरण) को बदलने की संभावना के कारण प्रकाश किरणों का बड़ा कार्यात्मक भार।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स दो मुख्य स्वतंत्र क्षेत्रों को कवर करता है - ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल। ऑप्टिकल दिशा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ एक ठोस की बातचीत के प्रभावों पर आधारित है। यह होलोग्राफी, फोटोकैमिस्ट्री, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक्स और अन्य घटनाओं पर निर्भर करता है। ऑप्टिकल दिशा को कभी-कभी लेज़र भी कहा जाता है।

इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल दिशा फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण के सिद्धांत का उपयोग करती है, जो एक ओर आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और दूसरी ओर इलेक्ट्रोल्यूमिनेसेंस के माध्यम से एक ठोस शरीर में महसूस किया जाता है। यह दिशा पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में गैल्वेनिक और चुंबकीय कनेक्शन को ऑप्टिकल वाले से बदलने पर आधारित है। इससे संचार चैनल में सूचना घनत्व, इसकी गति और शोर प्रतिरोधक क्षमता को बढ़ाना संभव हो जाता है।

चित्र .1। आंतरिक (ए) और बाहरी (बी) फोटोनिक कनेक्शन के साथ ऑप्टोकॉप्लर: 1, 6 - प्रकाश स्रोत; 2 - प्रकाश गाइड; 3, 4 - प्रकाश रिसीवर; 5-एम्प्लीफायर.

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स का मुख्य तत्व एक ऑप्टोकॉप्लर है। आंतरिक (छवि 1, ए) और बाहरी (छवि 1, बी) फोटोनिक कनेक्शन वाले ऑप्टोकॉप्लर हैं। सबसे सरल ऑप्टोकॉप्लर एक चार-टर्मिनल नेटवर्क है (चित्र 1, ए), जिसमें तीन तत्व शामिल हैं: फोटो एमिटर 1, लाइट गाइड 2 और लाइट रिसीवर 3, एक सीलबंद, लाइट-प्रूफ आवास में संलग्न है। जब एक विद्युत संकेत को पल्स या इनपुट करंट में गिरावट के रूप में इनपुट पर लागू किया जाता है, तो फोटोएमिटर उत्तेजित होता है। प्रकाश गाइड के माध्यम से प्रकाश प्रवाह फोटोडिटेक्टर में प्रवेश करता है, जिसके आउटपुट पर एक विद्युत पल्स या आउटपुट करंट ड्रॉप बनता है। इस प्रकार का ऑप्टोकॉप्लर विद्युत संकेतों का प्रवर्धक है, जिसमें आंतरिक युग्मन फोटोनिक होता है और बाहरी युग्मन विद्युत होता है।

एक अन्य प्रकार का ऑप्टोकॉप्लर - विद्युत आंतरिक युग्मन और फोटोनिक बाहरी युग्मन (छवि 1, बी) के साथ - प्रकाश संकेतों का एक प्रवर्धक है, साथ ही एक आवृत्ति के संकेतों को दूसरी आवृत्ति के संकेतों में कनवर्टर करता है, उदाहरण के लिए, अवरक्त के संकेत दृश्यमान स्पेक्ट्रम के संकेतों में विकिरण। लाइट रिसीवर 4 इनपुट लाइट सिग्नल को इलेक्ट्रिकल में परिवर्तित करता है। उत्तरार्द्ध को एम्पलीफायर 5 द्वारा प्रवर्धित किया जाता है और प्रकाश स्रोत 6 को उत्तेजित करता है।

वर्तमान में, विभिन्न प्रयोजनों के लिए बड़ी संख्या में ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण विकसित किए गए हैं। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में, एक नियम के रूप में, केवल उन ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कार्यात्मक तत्वों का उपयोग किया जाता है जिनके लिए एकीकरण की संभावना होती है, साथ ही संबंधित एकीकृत सर्किट की निर्माण तकनीक के साथ उनकी विनिर्माण तकनीक की संगतता भी होती है।

फोटो उत्सर्जक. ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्रकाश स्रोत लघुकरण, कम बिजली की खपत, उच्च दक्षता और विश्वसनीयता, लंबी सेवा जीवन और विनिर्माण क्षमता जैसी आवश्यकताओं के अधीन हैं। उनका प्रदर्शन उच्च होना चाहिए और एकीकृत उपकरणों के रूप में निर्मित होने में सक्षम होना चाहिए।

सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट स्रोत इंजेक्शन एलईडी हैं, जिसमें प्रकाश का उत्सर्जन इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के इंटरबैंड पुनर्संयोजन के तंत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है। यदि आप पी-एन जंक्शन (आगे की दिशा में) के माध्यम से पर्याप्त बड़ी इंजेक्शन धारा प्रवाहित करते हैं, तो वैलेंस बैंड से कुछ इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में चले जाएंगे (चित्र 2)। वैलेंस बैंड के ऊपरी भाग में, मुक्त अवस्था (छिद्र) बनते हैं, और चालन बैंड के निचले भाग में, एक भरी हुई अवस्था (चालन इलेक्ट्रॉन) बनते हैं।

ऐसी व्युत्क्रम जनसंख्या संतुलन नहीं रखती है और रिवर्स इलेक्ट्रॉन संक्रमण के दौरान फोटॉन के अराजक उत्सर्जन की ओर ले जाती है। पीएन जंक्शन में दिखाई देने वाली असंगत चमक इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंस है।

अंक 2। इंजेक्शन एलईडी के संचालन सिद्धांत की व्याख्या के लिए।

चालन बैंड के भरे हुए हिस्से से वैलेंस बैंड के मुक्त हिस्से तक ल्यूमिनसेंट संक्रमण के दौरान उत्सर्जित एक फोटॉन एक समान फोटॉन के उत्तेजित उत्सर्जन का कारण बनता है, जिससे एक और इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड में चला जाता है। हालाँकि, समान ऊर्जा का एक फोटॉन (∆E=E2-E1 से ∆E=2δE तक) अवशोषित नहीं किया जा सकता है, क्योंकि निचली अवस्था मुक्त है (इसमें कोई इलेक्ट्रॉन नहीं हैं), और ऊपरी अवस्था पहले से ही भरी हुई है। इसका मतलब यह है कि पी-एन जंक्शन ऐसी ऊर्जा के फोटॉन के लिए पारदर्शी है, यानी। संगत आवृत्ति के लिए. इसके विपरीत, ∆E+2δE से अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन को अवशोषित किया जा सकता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों को वैलेंस बैंड से चालन बैंड में स्थानांतरित किया जा सकता है। साथ ही, ऐसी ऊर्जाओं के लिए फोटॉनों का प्रेरित उत्सर्जन असंभव है, क्योंकि ऊपरी प्रारंभिक अवस्था नहीं भरी जाती है, और निचली अवस्था भर जाती है। इस प्रकार, वर्णक्रमीय चौड़ाई δE के साथ बैंडगैप ऊर्जा ∆E के अनुरूप आवृत्ति के आसपास एक संकीर्ण सीमा में उत्तेजित उत्सर्जन संभव है।

एलईडी के लिए सबसे अच्छी सामग्री गैलियम आर्सेनाइड, गैलियम फॉस्फाइड, सिलिकॉन फॉस्फाइड, सिलिकॉन कार्बाइड आदि हैं। एलईडी में उच्च प्रदर्शन (लगभग 0.5 μs) होता है, लेकिन उच्च करंट (लगभग 30 ए/सेमी2) की खपत होती है। हाल ही में, गैलियम आर्सेनाइड - एल्यूमीनियम पर आधारित एल ई डी विकसित किए गए हैं, जिनकी शक्ति अंशों से लेकर कई मिलीवाट तक होती है, जिसमें दसियों मिलीएम्पीयर की आगे की धारा होती है। एल ई डी की पी.डी. 1 - 3% से अधिक नहीं है।

आशाजनक प्रकाश स्रोत इंजेक्शन लेजर हैं, जो उच्च दक्षता और गति (दसियों पिकोसेकंड) के साथ एक संकीर्ण वर्णक्रमीय क्षेत्र में उच्च ऊर्जा को केंद्रित करना संभव बनाते हैं। इन लेज़रों को एकीकृत सर्किट के समान तकनीक का उपयोग करके एकल बेस चिप पर सरणियों के रूप में निर्मित किया जा सकता है। सरल इंजेक्शन लेज़रों का नुकसान यह है कि उनका प्रदर्शन केवल तभी स्वीकार्य होता है जब उन्हें बहुत कम तापमान पर ठंडा किया जाता है। सामान्य तापमान पर, गैलियम-आर्सेनाइड लेजर में कम औसत शक्ति, कम दक्षता (लगभग 1%), और खराब परिचालन स्थिरता और सेवा जीवन होता है। हेटेरोजंक्शन (एक हेटेरोजंक्शन एक ही प्रकार की विद्युत चालकता के साथ परतों के बीच की सीमा है, लेकिन विभिन्न बैंड अंतराल के साथ) का उपयोग करके एक जटिल संरचना का संक्रमण बनाकर इंजेक्शन लेजर में और सुधार ने एक छोटे आकार के प्रकाश स्रोत को संचालित करना संभव बना दिया 10-20% की दक्षता और स्वीकार्य विशेषताओं के साथ सामान्य तापमान पर।

फोटोडिटेक्टर। प्रकाश संकेतों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करने के लिए फोटोडायोड, फोटोट्रांसिस्टर्स, फोटोरेसिस्टर्स, फोटोथाइरिस्टर और अन्य उपकरणों का उपयोग किया जाता है।

एक फोटोडायोड एक रिवर्स-बायस्ड पी-एन जंक्शन है, जिसका रिवर्स संतृप्ति करंट आपतित प्रकाश की क्रिया द्वारा इसमें उत्पन्न चार्ज वाहकों की संख्या से निर्धारित होता है (चित्र 3)। एक फोटोडायोड के पैरामीटर उसके सर्किट में बहने वाली धारा के मूल्यों के माध्यम से व्यक्त किए जाते हैं। एक फोटोडायोड की संवेदनशीलता, जिसे आमतौर पर इंटीग्रल कहा जाता है, को प्रकाश धारा और चमकदार प्रवाह Фυ के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है जो इसका कारण बनता है। फोटोडायोड की संवेदनशीलता सीमा का अनुमान अभिन्न (वर्तमान) संवेदनशीलता और डार्क करंट आईडी के ज्ञात मूल्यों के आधार पर लगाया जाता है, अर्थात। संवेदनशील परत के विकिरण की अनुपस्थिति में सर्किट में प्रवाहित होने वाली धारा।

फोटोडायोड के लिए मुख्य सामग्री जर्मेनियम और सिलिकॉन हैं। सिलिकॉन फोटोडायोड आमतौर पर स्पेक्ट्रम की एक संकीर्ण सीमा में संवेदनशील होते हैं (λ = 0.6 - 0.8 μm से λ = 1.1 μm तक) अधिकतम λ = 0.85 μm के साथ, और जर्मेनियम फोटोडायोड की संवेदनशीलता सीमा λ = 0.4 - 1.8 μm होती है अधिकतम के साथ λ ≈ 1.5 µm पर। 20 वी की आपूर्ति वोल्टेज के साथ फोटोडायोड मोड में, सिलिकॉन फोटोडायोड का डार्क करंट आमतौर पर 3 μA से अधिक नहीं होता है, जबकि जर्मेनियम के लिए; 10 वी की आपूर्ति वोल्टेज पर फोटोडायोड यह 15-20 μA तक पहुंच जाता है।

चित्र 3. फोटोडायोड की सर्किट और वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ।

चित्र.4. एक फोटोट्रांजिस्टर की सर्किट और वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ।

14 में से पृष्ठ 5

ऑप्टोकॉप्लर वे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण होते हैं जिनमें प्रकाश विकिरण का एक स्रोत और रिसीवर (प्रकाश उत्सर्जक और फोटोडिटेक्टर) होता है जिनके बीच एक या दूसरे प्रकार का ऑप्टिकल और विद्युत कनेक्शन होता है और जो संरचनात्मक रूप से एक दूसरे से जुड़े होते हैं।
किसी भी प्रकार के ऑप्टोकॉप्लर्स के संचालन का सिद्धांत इस तथ्य पर आधारित है कि उत्सर्जक में विद्युत सिग्नल की ऊर्जा प्रकाश में परिवर्तित हो जाती है; इसके विपरीत, एक फोटोडिटेक्टर में, प्रकाश संकेत विद्युत प्रवाह का कारण बनता है। उत्सर्जक को विद्युत संकेत आमतौर पर बाहरी स्रोत से आपूर्ति की जाती है। फोटोडिटेक्टर को प्रकाश संकेत उत्सर्जक से एक ऑप्टिकल संचार सर्किट के माध्यम से आता है।
ऑप्टोकॉप्लर में ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रियाएं प्रकाश की क्वांटम प्रकृति पर आधारित होती हैं, जो कणों की एक धारा के रूप में विद्युत चुम्बकीय विकिरण है - क्वांटा।
प्रकाश उत्सर्जक. ऑप्टोकॉप्लर्स में उपयोग के लिए कई प्रकार के उत्सर्जक उपयुक्त हैं: लघु गरमागरम प्रकाश बल्ब, जो विद्युत प्रवाह द्वारा 1800-2000 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किए गए फिलामेंट से थर्मल विकिरण का उपयोग करते हैं; नियॉन बल्ब जो नियॉन-आर्गन गैस मिश्रण आदि के विद्युत निर्वहन की चमक का उपयोग करते हैं। [देखें। 1, § 1.1].
इस प्रकार के उत्सर्जकों में कम प्रकाश उत्पादन, सीमित स्थायित्व, बड़े आयाम, कम विकिरण प्रत्यक्षता होती है और इन्हें नियंत्रित करना मुश्किल होता है। ऑप्टोकॉप्लर्स में उपयोग किया जाने वाला मुख्य प्रकार का उत्सर्जक एक अर्धचालक इंजेक्शन प्रकाश उत्सर्जक डायोड - एलईडी है। आइए ऐसे ऑप्टोकॉप्लर में ऊर्जा रूपांतरण की प्रक्रिया पर विचार करें (चित्र 11, ए)।
अर्धचालक संरचना के पी- और क्षेत्रों के बीच इंटरफेस पर, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, एक पी-एन जंक्शन दिखाई देता है, जिसमें छेद और इलेक्ट्रॉनों का एक अंतरिक्ष चार्ज केंद्रित होता है। जब एक फॉरवर्ड वोल्टेज 1/आईपी को कुछ प्रकार के अर्धचालकों (उदाहरण के लिए, गैलियम आर्सेनाइड और उस पर आधारित यौगिकों) के क्रिस्टल के सक्रिय क्षेत्र बी में संरचना पर लागू किया जाता है, तो पी द्वारा इंजेक्ट किए गए मुक्त चार्ज वाहक की एक अतिरिक्त सांद्रता होती है। आगे की दिशा में पक्षपाती जंक्शन बनाया जाता है। इलेक्ट्रॉनों का परिणामी प्रवाह अंतरिक्ष आवेश क्षेत्र ई से होकर गुजरता है, जिससे एक इलेक्ट्रॉन धारा /पी बनती है। कुछ इलेक्ट्रॉन छेद वाले क्रिस्टल के सक्रिय बी और अपारदर्शी सी क्षेत्रों में पुनः संयोजित होते हैं। मुख्य आवेश वाहकों के पुनर्संयोजन का प्रत्येक कार्य एक प्रकाश क्वांटम के उत्सर्जन के साथ होता है, अर्थात। विकिरण पुनर्संयोजन होता है।
उसी समय, एक छेद वर्तमान घटक / पी उत्पन्न होता है, जो एन-क्षेत्र में छेद के इंजेक्शन के कारण होता है और इस तथ्य को दर्शाता है कि एक तरफा इंजेक्शन के साथ कोई पी-एन इनपुट नहीं है। इस धारा का अनुपात छोटा होता है, क्रिस्टल संरचना के पी-क्षेत्र की तुलना में/एम-क्षेत्र को उतनी ही अधिक मजबूती से डोप किया जाता है।
परिणामी विकिरण का एक हिस्सा क्रिस्टल के वैकल्पिक रूप से "पारदर्शी" क्षेत्र ए में अवशोषित होता है (चित्र 11.6 में किरणें 1), इसके अलावा, आंतरिक प्रतिबिंब (किरणें 2) तब होता है जब प्रकाश किरणें अर्धचालक और वायु मीडिया के बीच इंटरफेस पर गिरती हैं। विभिन्न ऑप्टिकल घनत्व, जो अंततः आत्म-अवशोषण के कारण उनके नुकसान की ओर ले जाता है।

चावल। 11. इलेक्ट्रिकल (ए) और ऑप्टिकल (6) एलईडी मॉडल
अर्धचालक के सक्रिय क्षेत्र में क्वांटा की उत्पत्ति सहज होती है और इसकी विशेषता यह है कि प्रकाश किरणें सभी दिशाओं में समान रूप से निर्देशित होती हैं। अर्धचालक के अत्यधिक अपमिश्रित क्षेत्र की ओर फैलने वाली किरणें 3 शीघ्रता से अवशोषित हो जाती हैं। सक्रिय क्षेत्र बी में एक वेवगाइड प्रभाव होता है, और किरणें 4, कई प्रतिबिंबों के कारण, इस क्षेत्र पर केंद्रित होती हैं, इसलिए अंत विकिरण की तीव्रता क्रिस्टल से प्रकाश निकास की अन्य दिशाओं की तुलना में बहुत अधिक होती है।
जिन मुख्य सामग्रियों से उत्सर्जक बनाए जाते हैं वे गैलियम आर्सेनाइड और उस पर आधारित यौगिक हैं, और फोटोडिटेक्टरों के लिए सामग्री सिलिकॉन है। दोनों प्रकार की सामग्रियों का ऑप्टिकल घनत्व (अपवर्तनांक) लगभग समान होता है। यह परिस्थिति ऑप्टोकॉप्लर के जनरेटर और रिसीवर इकाइयों का पूर्ण ऑप्टिकल मिलान सुनिश्चित करती है।
फोटोडिटेक्टर। ऑप्टोकॉप्लर्स में उपयोग किए जाने वाले फोटोडिटेक्टरों का संचालन सिद्धांत आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित है, जिसमें विद्युत चुम्बकीय (ऑप्टिकल) विकिरण के प्रभाव में क्रिस्टलीय शरीर के अंदर परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को अलग करना शामिल है। मुक्त इलेक्ट्रॉनों के निर्माण से विकिरणित पिंड के विद्युत गुणों में परिवर्तन होता है, और परिणामी फोटोइलेक्ट्रिक घटना का उपयोग व्यवहार में किया जाता है। यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि सबसे महत्वपूर्ण फोटोइलेक्ट्रिक घटनाएं अर्धचालकों में होती हैं, मुख्यतः शुद्ध में। इस प्रकार, फोटोडिटेक्टर में, प्रकाश क्वांटा को मोबाइल विद्युत आवेशों की ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जिसके प्रभाव में पीएन जंक्शन पर एक फोटो-ईएमएफ उत्पन्न होता है।
ऑप्टोकॉप्लर विकसित करते समय, फोटोडिटेक्टर ऑप्टोकॉप्लर का परिभाषित तत्व होता है, और एमिटर को "फोटोडिटेक्टर के लिए" चुना जाता है। ऑप्टोकॉप्लर्स के स्तर को डायोड ऑप्टोकॉप्लर्स द्वारा सबसे अच्छी तरह से चित्रित किया जाता है, जिनमें से औद्योगिक प्रकार उनके डिजाइन की सादगी, महान विविधता, कार्यक्षमता की चौड़ाई और विद्युत मापदंडों के अच्छे संयोजन द्वारा प्रतिष्ठित होते हैं।
पावर सेमीकंडक्टर उपकरणों का डिज़ाइन। किसी भी अर्धचालक उपकरण के डिजाइन का आधार अर्धचालक संरचना है, जो इसके विद्युत मापदंडों और विशेषताओं को निर्धारित करती है। ऐसे तत्वों वाली संरचना जो डिवाइस बॉडी के साथ आवश्यक यांत्रिक शक्ति, विश्वसनीय विद्युत और थर्मल संपर्क प्रदान करती है, वाल्व डिज़ाइन तत्व कहलाती है। वाल्व तत्व अवश्य होना चाहिए विश्वसनीय सुरक्षापर्यावरणीय प्रभावों से, इसलिए इसे एक ऐसे आवास में रखा गया है जो संपूर्ण संरचना की सीलिंग और यांत्रिक मजबूती सुनिश्चित करता है।
आवास डिजाइन के प्रकार के आधार पर, सभी पावर सेमीकंडक्टर वाल्वों को पिन-प्रकार, फ्लैट-बेस (निकला हुआ किनारा) और टैबलेट-प्रकार में विभाजित किया जा सकता है।
चित्र में. चित्र 12 एक पिन थाइरिस्टर का डिज़ाइन दिखाता है, जिसका आधार 2 कूलर के साथ विद्युत और थर्मल संपर्क सुनिश्चित करने के लिए थ्रेडेड बोल्ट 1 के साथ तांबे से बना है। फ्लैट हाउसिंग बेस वाले थाइरिस्टर (चित्र 12 सी) में डिवाइस को कूलर से जोड़ने के लिए तांबे का निकला हुआ किनारा 1 होता है। दोनों प्रकार के थाइरिस्टर में केस कवर मेटल-ग्लास या मेटल-सिरेमिक डिज़ाइन में बनाए जाते हैं। ऊपरी पावर टर्मिनल 3 को धातु (तांबा) ब्रेडेड हार्नेस (लचीला टर्मिनल) या सीसे से भरी खोखली तांबे की छड़ (कठोर टर्मिनल, चित्र 12.6) के रूप में बनाया जा सकता है।


चावल। 12. शक्तिशाली थाइरिस्टर के डिज़ाइन:
ए - लचीले आउटपुट के साथ पिन थाइरिस्टर और बी - लचीले आउटपुट के बिना; सी - लचीले सीसे के साथ निकला हुआ किनारा थाइरिस्टर
टैबलेट डिज़ाइन के थाइरिस्टर (चित्र 13, ई) एक नालीदार सिरेमिक आवरण में टैबलेट 1 के रूप में बनाए जाते हैं, जो वाल्व तत्व को संदूषण और यांत्रिक क्षति से बचाता है। टैबलेट को डिवाइस के ऊपरी 2 और निचले 6 धातु आधारों के बीच रखा गया है, जो कूलर के संपर्क में हैं, जिससे विद्युत और थर्मल संपर्क बनते हैं। थाइरिस्टर का नियंत्रण इलेक्ट्रोड 4 आवास की पार्श्व सतह पर स्थित है। यह उपकरण विद्युत धारा प्रवाहित करने वाली प्लेट 3 और 5 के माध्यम से विद्युत परिपथ से जुड़ा है।
पिन और फ़्लैंज डिज़ाइन का उपयोग 320 ए तक की धाराओं के लिए बिजली वाल्वों के लिए, 250 ए और अधिक की धाराओं के लिए टैबलेट डिज़ाइनों के लिए किया जाता है। सपाट बॉडी बेस वाले उपकरण चक्रीय तापमान परिवर्तन के प्रति अधिक प्रतिरोधी होते हैं। थाइरिस्टर के विकास में हाल के वर्षइस डिज़ाइन का प्रयोग अधिक बार किया जाता है।
चित्र में. 13.6 एक उदाहरण के रूप में टीके श्रृंखला के एक नए पावर सिलिकॉन ट्रांजिस्टर का डिज़ाइन दिखाता है। ऐसे उपकरणों में रेडिएटर और कठोर आधार और एमिटर लीड से कनेक्शन के लिए आधार पर थ्रेडेड बोल्ट के साथ पिन डिज़ाइन का एक विशाल शरीर होता है।
सामान्य विशेषताएँअर्धचालक उपकरण. घरेलू उद्योग बिजली अर्धचालक उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला का उत्पादन करता है, जिसके उपयोग से विभिन्न विद्युत ऊर्जा कन्वर्टर्स बनाना संभव हो जाता है जो किफायती, छोटे आकार के और अत्यधिक विश्वसनीय होते हैं। इंस्टॉलेशन को डिजाइन करने और उनके संचालन के दौरान विफल वाल्वों को बदलने की प्रक्रिया में अर्धचालक उपकरणों का चयन करने की सुविधा के लिए, पावर डायोड, थाइरिस्टर, ट्रांजिस्टर और ऑप्टोकॉप्लर (GOST 15543-70*) के लिए प्रतीकों की एक अल्फ़ान्यूमेरिक प्रणाली का उपयोग किया जाता है।

चावल। 13. बिना कूलर के T500 थाइरिस्टर का टैबलेट डिज़ाइन (ए) और पावर ट्रांजिस्टर के समग्र और स्थापना आयाम (बी)
फोटोथाइरिस्टर को नियंत्रित करने के लिए, प्रकाश प्रवाह को संचारित करने के लिए इसके आवास में एक विशेष खिड़की प्रदान की जाती है। ऑप्टोकॉप्लर थाइरिस्टर में, एक अर्धचालक प्रकाश उत्सर्जक डायोड - एक एलईडी - का उपयोग उत्सर्जक के रूप में किया जाता है, जिससे एक नियंत्रण संकेत आपूर्ति की जाती है। विद्युत सिग्नल द्वारा नियंत्रित थाइरिस्टर पर फोटो- और ऑप्टोकॉप्लर थाइरिस्टर का एक महत्वपूर्ण लाभ डिवाइस के पावर सर्किट और उनके नियंत्रण प्रणाली के बीच गैल्वेनिक कनेक्शन की अनुपस्थिति है।