Izmantotie optiskā starojuma avoti Vispārīgi runājot, optoelektronika ir ļoti dažāda. Tomēr vairums no tiem (subminiatūras kvēlspuldzes un gāzizlādes spuldzes, pulverveida un plēves elektroluminiscences izstarotāji, vakuuma katodoluminiscējošie emiteri un daudzi citi veidi) neapmierina visu komplektu. mūsdienu prasībām un tiek izmantoti tikai noteiktās ierīcēs, galvenokārt indikatorierīcēs un daļēji optronu savienotājos.
Novērtējot konkrēta avota izredzes, noteicošā loma ir aktīvās gaismas vielas (vai darba tilpumu aizpildošās vielas) agregācijas stāvoklim. No visām iespējamām iespējām (vakuums, gāze, šķidrums, cieta viela) priekšroka tiek dota cietvielu vielai, bet tās “iekšā” monokristāliskai vielai, jo tā nodrošina ierīču lielāko izturību un uzticamību.
Optoelektronikas pamatu veido divas emitētāju grupas:
1) koherenta starojuma optiskie ģeneratori (lāzeri), starp kuriem jāizšķir pusvadītāju lāzeri;
1) gaismu izstarojošās pusvadītāju diodes, kuru pamatā ir spontānas injekcijas elektroluminiscences princips.
Optoelektroniskā pusvadītāju ierīce ir pusvadītāju ierīce, kasizstaro vai pārveido pret šo starojumu jutīgu elektromagnētisko starojumu spektra redzamajā, infrasarkanajā un (vai) ultravioletajā apgabalā vai izmanto šādu starojumu tā elementu iekšējai mijiedarbībai.
Optoelektroniskās pusvadītāju ierīces var iedalīt pusvadītāju emitētājos, starojuma uztvērējos, optocoupleros un optoelektroniskajās integrālajās shēmās (2.1. att.).
Pusvadītāju emitētājs ir optoelektroniska pusvadītāju ierīce, kas pārvērš elektrisko enerģiju elektromagnētiskā starojuma enerģijā spektra redzamajā, infrasarkanajā un ultravioletajā apgabalā.
Daudzi pusvadītāju izstarotāji var izstarot tikai nesakarīgus elektromagnētiskos viļņus. Tajos ietilpst pusvadītāju izstarotāji spektra redzamajā apgabalā - pusvadītāju informācijas displeja ierīces (gaismas diodes, pusvadītāju zīmju indikatori, svari un ekrāni), kā arī pusvadītāju emitētāji spektra infrasarkanajā apgabalā - infrasarkanās izstarojošās diodes.
Koherentie pusvadītāju emitētāji– tie ir pusvadītāju lāzeri ar dažāda veida ierosmi. Tie var izstarot elektromagnētiskos viļņus ar noteiktu amplitūdu, frekvenci, fāzi, izplatīšanās virzienu un polarizāciju, kas atbilst koherences jēdzienam.
Darba mērķis ir eksperimentāli izpētīt gaismjutīgo un gaismu izstarojošo ierīču raksturlielumus.
Īsa teorētiskā informācija.
Optoelektroniskās pusvadītāju ierīces var iedalīt divās grupās: izstarojošās un gaismjutīgās (fotouztverošās). Pirmajā grupā ietilpst gaismas diodes un pusvadītāju lāzera izstarotāji, bet otrajā grupā ietilpst fotodiodes, fototranzistori, fototiristori, fotorezistori un virkne citu.
Ievads. Mūsdienu optoelektronikas lauks ir ārkārtīgi plašs, aptverot tādu ierīču izpēti, kuru darbība ir saistīta ar optiskām un elektriskām parādībām, piemēram, dažāda veida gaismjutīgas šūnas, gaismas ģeneratori, modulatori, displeji u.c. Mēs aprobežosimies ar gaismu izstarojošo ierīču un detektoru izpēti.
Definīcija Optoelektronika ir tādu elektronisko iekārtu izpēte un pielietošana, kas nodrošina, nosaka un kontrolē gaismu. Optoelektroniskās ierīces ir elektriski pārveidotāji par optisko vai optisko uz elektrisko, vai ierīces, kas izmanto šādas ierīces savā darbībā.
Gaismas diode ir ierīce ar p-n savienojumiem starp tā sastāvā iekļautajiem pusvadītāju materiālu slāņiem. Tas pārvērš caur to plūstošās strāvas enerģiju elektromagnētiskā nesakarīgā starojumā.
Kad caur diodi p-n savienojuma zonā iet tiešā strāva, notiek elektronu un caurumu rekombinācija. Šo procesu var pavadīt elektromagnētiskais starojums ar frekvenci, ko nosaka attiecība:
Šīs ierīces pārvērš elektrisko enerģiju gaismas enerģijā. Tie izstaro gaismu, kad tos aktivizē elektriskā enerģija. Šīs ierīces ģenerē nelielu elektrisko signālu, kad tās ir apgaismotas, tādējādi pārvēršot gaismas enerģiju elektroenerģijā.
Gaismas diodes ir tās, kas ir pieejamas krāsainu spuldžu veidā, kas tiek piegādātas optoelektroniskajās ierīcēs, sadzīves tehnikā, rotaļlietās un daudzās citās vietās. Gaismas diodes ir diodes, kas ietekmē gaismas veidošanos, kad caur tām plūst elektrība. Diodēm ir īpašība, kas ļauj strāvai iet tikai vienā virzienā, nevis otrā virzienā.
– vērtība, kas atbilst pusvadītāja joslas spraugai, 
– Planka konstante. Tomēr vienlaikus ar šo (radiatīvo) rekombinācijas mehānismu darbojas arī neradiatīvais mehānisms, kas jo īpaši saistīts ar enerģijas absorbciju kristāliskajā režģī. Ražojot gaismas diodes, viņi cenšas samazināt tā ietekmi. Elektriskās enerģijas pārvēršanas gaismā efektivitāti novērtē pēc vērtības 
, ko sauc par iekšējo kvantu efektivitāti. To nosaka emitēto fotonu skaita attiecība pret rekombinēto nesēju pāru skaitu.
Gaismas diodes. Šos piemaisījumus sauc par donora atomiem, jo tie veido relatīvi “brīvu” elektronu. Šos piemaisījumus sauc par akceptora atomiem, jo elektronu skaits nav pietiekams, lai pabeigtu režģa kovalentās saites, kā rezultātā veidojas caurums, kas ātri pieņems elektronu. Elektroni un caurumi var pārvietoties ietekmē elektriskais lauks, un kad tie rekombinējas, veidojas fotons vai gaismas daļiņa. Šī rekombinācija prasa, lai nesaistītā brīvā elektrona enerģija tiktu pārnesta uz citu stāvokli.
Kā izriet no (5.1.), LED starojuma viļņa garums
ir apgriezti proporcionāls pusvadītāja joslas spraugai. Diodēm, kas izgatavotas no germānija, silīcija un gallija arsenīda, maksimālā izstarotā enerģija rodas infrasarkanajā reģionā, un turklāt germānija un silīcija diodēm pastāv liela nestarojošas rekombinācijas iespējamība.
Šie teksti var būt arī interesanti
Silīcijā un germānijā lielākā daļa ir siltuma veidā, un izstarotā gaisma ir niecīga. Šīs kļūdas izraisa harmoniku klātbūtne tīklā, kā arī testa iekārtu mērījumu precizitāte. Vai tiesnesis var atsaukties uz prima facie faktiem, par kuriem lietas dalībnieki ne tikai apgalvoja, bet kuri noteikti ir iegūti kādā citā veidā, vai arī viņš var balstīt savu lēmumu tikai uz faktiem, ko puses apgalvo? Kāpēc projektu vadībā izmantot zināšanu kopumu? . Plazmas optoelektronikas projekts ir iesaistīts eksperimentālos un augšupējos pētījumos organiskajā elektronikā, sākot no ierīču ieviešanas, to optoelektroniskā raksturojuma līdz to fizikālo īpašību modelēšanai.
Lai ražotu gaismas diodes, kas izstaro redzamajā diapazonā, tiek izmantoti īpaši pusvadītāju materiāli - gallija fosfīds, gallija nitrīds, silīcija karbīds un citi ar lielu joslas atstarpi. Mūsdienu gaismas diodes izmanto heterosavienojumus, tas ir, pusvadītāju struktūras, kuru pamatā ir materiāli ar dažādām joslu spraugām.
Organiskās elektronikas joma ietver dažādas tehnoloģijas, izmantojot pamata ierīces. Gaismas diodes plakano paneļu displeju un zema enerģijas patēriņa apgaismojuma jomā Lauka efekta tranzistori loģiskajās shēmās - atmiņa nomadu vai ārpus tīkla elektrisko vadu atbalstam. Grupas darbība tiek attīstīta vietējā, nacionālā un starptautiskā sadarbībā ar partneriem no akadēmiskās pasaules, kā arī reģionālajām un valsts industriālajām struktūrām.
Tvaika pārklāšana ar jonu staru
Lielākajā daļā optoelektronisko komponentu tiek izmantoti katodi, kas iegūti, iztvaicējot vakuumā. Jonu staru tvaika nogulsnēšanās ietver nogulsnēšanos, iztvaicējot uz substrāta un vienlaikus pakļaujot substrātu enerģisku jonu staram. Šīs metodes rezultātā notiek izmaiņas optiskajā, elektriskajā, mehāniskajā un ķīmiskās īpašības nogulsnēts slānis. Šī metode jo īpaši ļauj sablīvēt nogulsnētos slāņus, lai ierobežotu skābekļa un ūdens difūziju komponentos. Tas uzlabo sastāvdaļu kalpošanas laiku.
Attēlā 5.1.attēlā parādīta no dažādiem materiāliem izgatavotu gaismas diožu starojuma intensitātes atkarība no viļņa garuma (spektrālie raksturlielumi), tur ir parādīts arī gaismas diodes simbols uz elektriskajām ķēdēm.
Rīsi. 5.1. Gaismas diožu spektrālie raksturlielumi un apzīmējumi elektriskajās shēmās.
Nanostrukturētu neorganisko pusvadītāju izstrāde
Šajā kontekstā laboratorijā tika izstrādātas mīksto jonu staru izsmidzināšanas metodes. Hibrīdu optoelektronisko komponentu, izmantojot īpašības organisko un neorganiskās vielas tajā pašā ierīcē, tagad ir pierādījuši nozīmīgu potenciālu konkurētspējīgu zemu izmaksu risinājumu izstrādei. Šajā kontekstā mūs interesē mūsu ierīču aktīvajos slāņos izmantoto neorganisko metāla oksīda nanokristālu sintēze ar labi kontrolētām morfoloģijām, kā arī neorganisko plānu slāņu nogulsnēšanās ar aerosola pirolīzi, ko izmanto kā caurspīdīgus vadošus elektrodus, bloķējošos slāņus vai buferslāņi laboratorijā izstrādātajos komponentos.
Gaismas diodes strāvas-sprieguma raksturlielums (5.2. att.) ir līdzīgs parastajai pusvadītāju diodei. Tā īpatnība ir tāda, ka tiešās spriegumi var sasniegt vairākus voltus (lielās joslas spraugas dēļ), un apgrieztie spriegumi ir mazi mazā pn krustojuma biezuma dēļ. Gaismas diodes elektriskās bojājuma gadījumā triecienjonizācijas dēļ p-n savienojuma tilpumā var rasties arī elektromagnētiskās enerģijas starojums. Tomēr starojuma intensitāte šajā režīmā ir zema, un tā praktiski netiek pielietota.
Tiek izstrādātas jaunas tehnoloģijas
Organisko materiālu iegulšana ar lāzerablāciju. . Lāzera ablācijas fenomenu var izmantot plānu organisko slāņu ražošanai: tās priekšrocība ir kontrolēta biezuma un labas kristāla kvalitātes slāņi temperatūrā vidi. Lai izvairītos no savienojuma molekulārās struktūras degradācijas, ir jādarbojas ar zemu plūsmas blīvumu, kas ir tuvu sliekšņa plūsmai. Lāzerablācija ļauj arī selektīvi kodināt iepriekš uzklātos slāņus caur masku.
Rīsi. 5.2. Gaismas diožu strāvas-sprieguma raksturlielumi.
Svarīga LED īpašība ir spilgtums, tas ir, starojuma spilgtuma atkarība 
par tiešās strāvas lielumu. Spilgtumu nosaka gaismas intensitātes attiecība pret gaismas virsmas laukumu. Aptuvens šāda raksturlieluma skats ir parādīts attēlā. 5.3. Tās līkumi sākotnējā un beigu daļā ir izskaidrojami ar to, ka pie zemām un lielām strāvām palielinās neradiatīvas rekombinācijas iespējamība.
Uz oglekļa nanocaurulēm balstītu elektrodu izstrāde. . No elektriskā viedokļa nanocaurulēm ir metāla vai pusvadītāja īpašības atkarībā no to ģeometrijas. Izmantojot risinājumu pieejas, mūsu mērķis ir izstrādāt un optimizēt oglekļa nanocaurules elektrodus.
Hibrīdu komponentu izstrāde līdzizgulsnēšanas ceļā. . Hibrīda komponentu līdzizgulsnēšanas princips. Kā jaunu pieeju mēs piedāvājam organisko materiālu līdzizgulsnēšanu iztvaicējot un neorganisko materiālu ar jonu izsmidzināšanu. Šādus hibrīda slāņus var izmantot arī kā barjeras slāņus, lai iekapsulētu komponentus.
Rīsi. 5.3. Gaismas diodes spilgtuma īpašības.
Gaismas diodes atšķirībā no citām izstarojošām ierīcēm (kvēlspuldzēm utt.) ir ļoti ātras darbības (bez inerces). Laiks, kurā gaismas plūsma, ko ģenerē LED, pielietojot taisnstūrveida līdzstrāvas impulsu, sasniedz maksimālo robežu no dažām mikrosekundēm līdz desmitiem nanosekundēm.
Optoelektroniskās ierīces
Organiskās un hibrīdās fotoelektriskās šūnas
Fotoelementi ļauj pārveidot gaismas enerģiju elektroenerģijā, absorbējot fotonus, pēc tam radot un visbeidzot pārnesot brīvos lādiņus aktīvā slānī, kas sastāv no elektronus nododošiem un elektronus uztverošiem materiāliem. Organiskajām šūnām, kuru pamatā ir mazas konjugētas molekulas vai pusvadītāju polimēri, ir priekšrocība, ka tās tiek izstrādātas ar zemām izmaksām uz elastīgiem substrātiem.Organisko saules baterijām galvenie mērķi ir. Morfoloģijas kontrole nanometru mērogā gan komponentiem, kuru pamatā ir iztvaicētas mazas molekulas, gan šūnas, kuru pamatā ir konjugēti polimēri un šķīstošie molekulārie akceptori.
Gaismas diodes raksturo šādi galvenie parametri: maksimālā starojuma viļņa garums vai mirdzuma krāsa; spilgtums vai gaismas intensitāte pie noteiktas tiešās strāvas; tiešā sprieguma kritums pie noteiktas tiešās strāvas un maksimālā pieļaujamā tiešā strāva, reversais spriegums un gaismas diodes izkliedētā jauda.
Fotodiode ir pusvadītāju ierīce, kuras p-n pāreja ir atvērta ārējam starojumam. Ja ārējie sprieguma avoti nav pievienoti pusvadītāju diodes spailēm, tad p-n pāreja atrodas līdzsvara stāvoklī. Šajā gadījumā potenciālu starpība pie diodes spailēm ir nulle, un saskarnē starp pusvadītāju slāņiem ir iekšējais elektriskais lauks, kas neļauj pārvietoties lielākajai daļai nesēju caur p-n savienojumu.
Elektrodu optimizācija, izmantojot jonu staru metodes. Šūnu aktīvo zonu modelēšana, lai uzlabotu to īpašības un dzīves ilgumu. Saules elementu elektrodu struktūru optimizācija, pamatojoties uz iztvaicētām mazām molekulām. Paralēli organiskajām sastāvdaļām mēs nesen esam sākuši ražot un optoelektroniski raksturot hibrīda fotoelementus, kuru pamatā ir nanostrukturēti metālu oksīdi. Mēs galvenokārt esam ieinteresēti cietvielu krāsvielu sensibilizētās šūnās, kuru potenciālā veiktspēja var. Papildus sensibilizētajām šūnām mēs turpinām arī tradicionālo hibrīdu komponentu izstrādi.
Elektromagnētiskā starojuma ietekmē (apgaismojumā) pārejas tilpumā tiek pārrautas elektronu saites ar atomiem - elektronu caurumu pāru ģenerēšana. Šo parādību sauc par iekšējo fotoelektrisko efektu. Pn savienojuma lauks pārvietos iegūtos caurumus reģionā lpp-pusvadītāju un elektronu, attiecīgi, iekšā n-pusvadītājs, atdalot ģenerētos nesējus. Šajā gadījumā pusvadītāju slāņu ārējās malās parādīsies noteikta potenciāla atšķirība ("+" pie diodes anoda, "-" pie katoda) un vienlaikus pn potenciālās barjeras augstums. krustojums samazināsies par šīs starpības summu.
Lielie centieni ir vērsti uz precīzu nanomēroga arhitektūru kontroli, izmantojot zemu izmaksu nanoporaino metāla oksīda slāņu izstrādi. Sensibilizētu krāsvielu šūnu princips cietā stāvoklī. Kontaktpersona: Thierry Trigot, Bruno Lucas. Komanda izstrādā jaunas tehnoloģijas elektronisko shēmu ražošanai, pamatojoties uz organiskiem tranzistoriem. Mērķis ir iegūt zemu izmaksu produktus, pateicoties izmantotajiem materiāliem un izmantotajām ražošanas metodēm. divas pētījumu jomas, kas galvenokārt izstrādātas laboratorijā.
Caurspīdīgi organiskie tranzistori. Elastīgas shēmas, kas ražotas ar drukāšanas metodēm. Studējis no teorētiskā viedokļa. Organisko pusvadītāju fizika. Drukas tehnoloģiju risinājumi. Saskarņu stāvoklis: atbilstoši uzklāšanas metodēm un deponētajiem materiāliem.
Potenciālu starpību, ko rada fotodiode gaismas ietekmē, sauc par foto emf.
. Tā vērtība ir atkarīga no gaismas plūsmas (5.4. att.), bet emf foto. nevar pārsniegt kontakta potenciāla starpību 
. Tas izskaidrojams ar to, ka ārējo un iekšējo lauku virzieni ir pretēji un ar pieaugošu 
samazinās kopējais elektriskais lauks, kas izraisa lādiņnesēju kustību. Ja foto emf ir vienāds. Un pazudīs spēks, kas izraisa nesēju kustību. Potenciālu starpības lielumu, kas veidojas pie fotodiodes spailēm, kad ārējā ķēde ir atvērta, sauc par atvērtās ķēdes spriegumu.
Organisko ķēžu arhitektūra. Uz elastīga substrāta uzklāta organiskā tranzistora tipiskie raksturlielumi. Turklāt mēs izstrādājam citus modernus komponentus, kuru pamatā ir organiskie tranzistori, piemēram, fotoelementus. Tiešām, dažādi efekti var rasties cietās vielās, materiāla absorbējot vai izstarojot fotonu, piemēram, fotovadītspēju vai fotoelektrisko efektu, kas ir tieši saistīti ar transporta mehānismiem. Fototranzistoru, kas izmanto tranzistora aktīvā slāņa fotovadošās īpašības, var izmantot kā gaismas izvilkšanas slēdzi, kā optiskā režģa pastiprinātāju, kā noteikšanas ķēdi vai kā sensoru.
Rīsi. 5.4. Fotoattēlu emf atkarība. un p-n savienojuma īssavienojuma strāvu no gaismas plūsmas lieluma.
Ja diodes vadi ar apgaismotu p-n savienojumu ir īssavienoti, caur vadītāju plūdīs elektriskā strāva, ko sauc par fotostrāvu. 
, ko izraisa pārejas zonā izveidoto brīvo nesēju virzīta kustība. To kustība notiks pārejas iekšējā elektriskā lauka ietekmē. Kad fotodiode ir izgaismota, šo strāvu uzturēs gaismas starojuma enerģija, izraisot elektronu-caurumu pāru veidošanos. Ar nulles ārējās ķēdes pretestību šo strāvu sauc par īssavienojuma strāvu.
Organiskās gaismas diodes
Organiskais tranzistors uz elastīga substrāta zem gaismas ierosmes. Tranzistora laika reakcija uz dažādi spriegumi notekas un atkarībā no apgaismojuma. Kontaktpersona: Remijs Antonijs, Bruno Lūkass. Organiskās gaismas diodes pārvērš elektrisko enerģiju gaismas enerģijā. Struktūras ir sendvičtipa ar vienu vai vairākiem organiskiem slāņiem, kas iestiprināti starp diviem elektrodiem, no kuriem viens ir caurspīdīgs izstarotajam viļņa garumam. Elektriskā lauka pielietošana komponenta spailēm ļauj ievadīt slodzes nesējus, kas migrēs organiskajos slāņos, un šo nesēju rekombinācija rada kvazidaļiņu, ko sauc par eksitonu.
Fotostrāvas lielums , tāpat kā foto-emf vērtība, ir proporcionāla gaismas plūsmai (5.4. att.), bet atbilstošā atkarība
nav izteiktas piesātinājuma sadaļas, jo jebkuram izveidoto nesēju skaitam elektriskais lauks, kas iedarbojas uz tiem, būs vienāds ar kontakta potenciāla starpības lauku.
Izstarotās gaismas viļņa garums un citi optoelektroniskie raksturlielumi ir atkarīgi no izstarojošā slāņa rakstura. Fotoelementu raksturojums tumsā un gaismā. Šīs sastāvdaļas ļauj, piemēram, pārsūtīt informāciju, saglabājot elektrisko izolāciju, ko var izmantot arī, lai novērtētu to veiktspēju attiecībā uz kalpošanas laiku vai termisko stabilitāti.
Uzlabotas raksturošanas metodes
Kravu mobilitātes un transporta parādību mērīšana
Tādējādi organisko komponentu īpašības ir ļoti atkarīgas no nesēja mobilitātes un transporta mehānismiem. Tāpēc, lai novērtētu šos delikātos parametrus, kas jāmēra, esam izstrādājuši mobilitātes mērīšanas metodi, kuras pamatā ir dielektriskie mērījumi: ekstrapolācija ļoti zemā frekvencē dielektrisko zudumu attēlojumā kā frekvences funkcija ļauj iegūt vadītspēju. Pēc tam, pamatojoties uz strāvas blīvuma un sprieguma raksturlielumiem, tiek noteikts nesēja blīvums, lai beidzot noteiktu to mobilitāti.Tādējādi ārējo gaismas avotu klātbūtnē fotodiode var kalpot kā emf ģenerators. vai strāva, t.i. veic gaismas enerģijas pārveidotāja elektroenerģijā funkcijas. Saules pārveidotāju (bateriju) darbība balstās uz šo principu. Aprakstīto fotodiodes darbības režīmu (bez ārējiem avotiem) sauc par vārsta režīmu.
Strāvas-sprieguma raksturojums fotodiodei, t.i. caur to plūstošās strāvas atkarība no ārējā pielietotā sprieguma lieluma ir zināmā mērā saistīta ar apgaismojumu. Acīmredzot, ja pn pāreja nav izgaismota, tad fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlielums būs identisks parastajai diodei. Šī situācija atbilst grafikam attēlā. 5,5 par
=0.
Rīsi. 5.5. Fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlielumi.
Kad aptumšotajai fotodiodei tiek pielikts apgrieztais spriegums, caur to plūdīs tā sauktā tumšā strāva. 
, ko nosaka, tāpat kā parastajai diodei, ar attiecību:
(5.2)
Kur 
- piesātinājuma strāva, 
- temperatūras potenciāls,
- pielietotais spriegums. Kad tiek izgaismots slēgtās diodes pn krustojums, tā tilpumā un blakus esošajās zonās tiks ģenerēti nesēju pāri. Ārējais elektriskais lauks tos aiznesīs uz pusvadītāju slāņu malām un caur diodi plūdīs reversā strāva.
(5.3)
Kur - tumšā strāva, – elektromagnētiskā starojuma radīto nesēju radītā strāva (fotostrāva). Šai strāvai parasti ir negatīva zīme. Tā kā fotostrāvas lielums ir proporcionāls gaismas plūsmai
, tad, palielinoties apgaismojumam, fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlieluma apgrieztais atzars gandrīz paralēli nobīdīsies uz leju, kā parādīts attēlā. 5.5. Šo fotodiodes darbības režīmu (ar p-n krustojuma apgriezto nobīdi) sauc par fotodiodi.
Ja fotodiodei tiek pielikts spriegums, kas vienāds ar nulli, tad tas atbildīs tā īssavienojumam un, kā minēts iepriekš, caur ārējo ķēdi plūdīs neliela strāva, ko sauc par īssavienojuma strāvu.
.
Mainoties sprieguma polaritātei uz diodes, ārējais elektriskais lauks tiek ieslēgts pretēji fotoemf laukam, kas izraisa nesēju plūsmas samazināšanos caur pn krustojumu un attiecīgi reversās strāvas samazināšanos. Kad tiešais spriegums sasniedz noteiktu vērtību, diodes strāva apstāsies. Šī sprieguma vērtība atbilst dīkstāves režīmam un būs vienāda ar
, ko ģenerē diode pie noteiktā apgaismojuma un atvērtas ārējās ķēdes. Tālāka atbloķēšanas potenciāla starpības palielināšanās izraisīs tiešās strāvas plūsmas cauri diodi, kuras atkarību no sprieguma raksturo sakarība, kas līdzīga (5.2.)
, un kopējā strāva būs vienāda
.
Fotodiodes parasti izmanto kā gaismas sensorus un darbojas apgrieztā nobīdē, tas ir, fotodiodes režīmā. Tos raksturo šādi parametri: – tumšā strāva (aptumšotas fotodiodes reversā strāva pie noteiktas temperatūras un apgrieztā sprieguma);
– integrālis vai
– diferenciālā fotosensitivitāte. Pēdējo bieži definē kā apgrieztās strāvas izmaiņu attiecību
gaismas plūsmas izmaiņām, kas to izraisīja
.
Fotodiodes jutība ir atkarīga no padeves gaismas viļņa garuma. Šī atkarība no dažādiem materiāliem izgatavotām fotodiodēm un tās apzīmējums shēmas shēmās ir parādīta attēlā. 5.6.
Rīsi. 5.6. Fotodiodes spektrālie raksturlielumi un to apzīmējumi elektriskajās shēmās.
Tā kā bipolārais tranzistors ir struktūra, kas satur p-n savienojumus, strāvu tajā var kontrolēt ne tikai mainot atbilstošos spriegumus, bet arī apgaismojot bāzes laukumu. Tranzistoru, kuram ir paredzēts šāds darbības režīms, sauc par fototranzistoru. Ja nav apgaismojuma, tā strāvas-sprieguma raksturlielumi ir identiski parasta tranzistora raksturlielumiem.
Gaismas plūsmas ietekmē bāzes reģiona p-n krustojumos tiks ģenerēti elektronu caurumu pāri. Slēgtā kolektora savienojuma laukā elektroni (n-p-n tranzistoram) tiks ievilkti kolektora reģionā, palielinot tā strāvu. Šī situācija ir līdzīga fotodiodes darbībai apgrieztā nobīdes režīmā.
Caurumi, kas parādās, kad tiek apgaismots fototranzistors (n-p-n tips), paliek pamatnē, palielinot tā pozitīvo potenciālu, kā rezultātā palielinās elektronu iesmidzināšanas intensitāte no emitētāja. Papildu elektroni, sasnieguši kolektora savienojumu, ar savu lauku tiks ievilkti kolektora reģionā un radīs papildu kolektora strāvas pieaugumu. Fototranzistora kopējā kolektora strāva, kad tas ir ieslēgts saskaņā ar ķēdi ar kopēju emitētāju, tiks aprakstīta ar attiecību:
- caur kolektora strāvu, 
– kolektora savienojuma fotostrāva, kuras stiprums ir atkarīgs no ārējā apgaismojuma. No (5.4) izriet, ka fototranzistora kolektora strāvu var vadīt gan caur bāzes ķēdi, gan mainot gaismas plūsmas vērtību. Šāda tranzistora fotosensitivitāte ir aptuveni
reizes lielāks par fotodiodes jutību.
Fototranzistora izejas strāvas-sprieguma raksturlielumu saime ir parādīta attēlā. 5.7. Tur ir parādīta arī fototranzistora ekvivalentā shēma parastā tranzistora un fotodiodes kombinācijas veidā.
Rīsi. 5.7. Bipolāra fototranzistora strāvas-sprieguma raksturlielumi, apzīmējums un līdzvērtīgs attēlojums.
Ja kombinētā kolektora strāvas kontrole nav nepieciešama, fototranzistoram var nebūt bāzes spailes. Šo darbības režīmu sauc par “noplēsto” jeb brīvās bāzes režīmu. Šajā gadījumā fototranzistoram ir ne tikai maksimālā jutība, bet arī tā parametru maksimālā nestabilitāte. Lai palielinātu stabilitāti, bāzes izvadi var savienot ar emitera kontaktu caur rezistoru.
Fototiristori ir komutācijas pusvadītāju ierīces, kuru pārslēgšanas spriegums var mainīties gaismas plūsmas ietekmē uz atbilstošajiem p-n krustojumiem. Tiristora ieslēgšanas nosacījumi ir šādi:
, Kur 
Un 
– ekvivalentu tranzistoru pārraides koeficienti. Ja nav apgaismojuma, fototiristora strāvas-sprieguma raksturlielums ir līdzīgs parastās komutācijas ierīces raksturlielumiem (dinistoru vai tiristoru ar
). Fototiristoru savienojumu apgaismojums izraisa attiecīgo tranzistoru strāvu un to pārraides koeficientu pieaugumu. Tas novedīs pie konstrukcijas ieslēgšanas sprieguma samazināšanās, kā parādīts attēlā. 5.8. Pietiekami intensīva apgaismojuma gadījumā fototiristors tiks ieslēgts jebkurā tiešā sprieguma vērtībā, tāpat kā tiristors, ja vadības strāva ir lielāka par taisnošanas strāvu.
Rīsi. 5.8. Strāvas-sprieguma raksturlielumi un fototiristora apzīmējums.
Tādējādi, pieliekot aptumšotajam fototiristoram zināmu spriegumu un pēc tam īslaicīgi apgaismojot p-n savienojumu, ierīci var pārslēgt ieslēgtā stāvoklī. Fototiristoru, tāpat kā parasto komutācijas ierīci, ir iespējams izslēgt tikai tad, ja anoda strāva ir samazināta līdz vērtībai, kas ir mazāka par turēšanas strāvu. Fototiristoram var būt arī papildu izeja - vadības elektrods, kas ļauj to ieslēgt, kad tiek piegādāts gan elektriskais, gan gaismas signāls.
Fotorezistors ir divu elektrodu pusvadītāju ierīce, kuras pretestība ir atkarīga no ārējā apgaismojuma. Atšķirībā no iepriekš apspriestajām ierīcēm fotorezistors nesatur taisngriežus un ir lineārs elements, t.i. tā strāvas-sprieguma raksturlielums ir aprakstīts jebkurai sprieguma polaritātei 
attiecība:
, Kur 
- strāva, kas plūst caur fotorezistoru, 
- pretestība noteiktā apgaismojumā. Fotorezistora strāvas-sprieguma raksturlielumi un tā apzīmējums elektriskajās shēmās ir parādīti attēlā. 5.9.
Rīsi. 5.9. Strāvas-sprieguma raksturlielumi un fotorezistoru apzīmējumi elektriskajās ķēdēs.
Galvenie fotorezistora parametri ir: tumšā pretestība 
(pretestība pie gaismas plūsmas
), pretestības izmaiņu faktors 
, vienāds ar tumšās pretestības attiecību pret pretestību noteiktā apgaismojumā. Fotorezistori, tāpat kā fotodiodes, atšķirīgi reaģē uz dažāda viļņa garuma gaismas plūsmām. Visjutīgākie pret infrasarkano starojumu ir fotorezistori no selenīda un svina sulfīda, un, darbojoties redzamajā diapazonā, tiek izmantoti fotorezistori no selenīda un kadmija sulfīda.
Gaismas emitētāju un fotodetektoru var ievietot vienā korpusā, veidojot ierīci, ko sauc par optronu vai optronu. Atkarībā no gaismas izstarotāju un uztvērēju kombinācijas ir dažādi optoelementu veidi. Dažu no tiem shēmas struktūra un apzīmējumi ir parādīti attēlā. 5.10.
Rīsi. 5.10. Apzīmējums uz dažāda veida optronu elektriskajām shēmām.
Laboratorijas iekārtojuma apraksts.
Instalācija laboratorijas darbam Nr.5 “Optoelektronisko ierīču izpēte” sastāv no laboratorijas un mērīšanas stendiem, izskats kuru priekšējie paneļi ir parādīti 1.8. un 5.11. attēlā.
Laboratorijas stendā ir regulējams barošanas avots ar izejas sprieguma diapazonu 0 
15V un slodzes strāvas ierobežotājs pie 60mA. Strāvas padeves slēdzis, sprieguma regulēšanas poga un izejas ligzdas atrodas laboratorijas stenda paneļa labajā pusē. Ir arī poga ar nosaukumu “Izslēgts”. E”, nospiežot, izejas spriegums tiek atvienots no kontaktligzdas, kas apzīmēta ar “+”.
Turklāt ir divi strāvas avoti, kuru vērtības nosaka atbilstošie slēdži. Bāzes strāva 
var iestatīt uz nulli, 0,1 µA, 1 µA, 10 µA un otrā avota strāvu – 0, 0,5 mA, 10 mA, 20 mA un 30 mA.
Šajā laboratorijas darbā tiek pētītas gaismas diožu AL336B (VD1) ar sarkanu, AL336G (VD2) ar zaļās gaismas komplektu un infrasarkanās gaismas diodes AL107A (VD3) raksturlielumi.
Rezistors 
nominālais spriegums ir 680 omi, lai ierobežotu tiešās strāvas daudzumu caur gaismas diodēm. Turklāt tiek veikts pētījums par dažāda veida fotodetektoriem, kas ir daļa no diodes AOD101A (U1), tranzistora AOT128A (U2), tiristora AOU103B (U3) un rezistora OEP10 (U4) opto savienotājiem. Rezistori
(vērtība 1 kOhm) un
(10 kOhm vērtība) tiek izmantoti, pētot optronu analogā signāla pārraides režīmā, kas veikts darbā Nr.6.
Laboratorijas statīvs tiek ieslēgts, izmantojot pārslēgšanas slēdzi “Ieslēgts”. Par barošanas avota darbību norāda zaļās gaismas diodes iedegšanās, kas atrodas pie šī pārslēgšanas slēdža.
Laboratorijas darbu veikšanas kārtība.
1. Mājas sagatavošana.
Mājas sagatavošanas laikā, izmantojot uzziņu literatūru, ir nepieciešams noteikt un pierakstīt darbgrāmatā šajā darbā pētīto pusvadītāju ierīču galvenos parametrus. Papildus nepieciešams uzzīmēt diagrammas mērījumu veikšanai un tabulas pētījumu rezultātu fiksēšanai.
2. Laboratorijas darbu veikšana.
2.1. Gaismas diožu strāvas-sprieguma raksturlielumu izpēte.
Izmantojot diodi VD1, salieciet ķēdi, kas parādīta attēlā. 5.12.
Rīsi. 5.12. Shēma gaismas diožu strāvas-sprieguma raksturlieluma tiešās atzaras izpētei.
Iestatiet sprieguma regulatora pogu galējā kreisajā pozīcijā (
); mērījumu robeža PV1 – 1,5V, mērījumu robeža PA1 – 10mA. Ieslēdziet barošanas avotu laboratorijas stendam.
Pagriežot vadības pogu pa labi, palieliniet strāvas avota spriegumu un izmēra diodes sprieguma krituma atkarību no tiešās strāvas, iestatot tās vērtības vienādas ar: 0mA, 1mA, 3mA, 5mA, 10mA, 20mA, 30mA, 40mA, 50mA. Aizpildiet tabulas pirmo rindu ar saņemtajiem datiem:
|
| ||||||||||
|
| ||||||||||
|
| ||||||||||
|
|
(mA)
(IN)Veikt līdzīgus mērījumus diodēm VD2, VD3. To pieslēgšana jāveic ar atslēgtu laboratorijas stendu.
Izmantojot diodi VD1, salieciet ķēdi, kas parādīta attēlā. 5.13.
Rīsi. 5.13. Shēma gaismas diožu strāvas-sprieguma raksturlieluma reversās atzaras izpētei.
Iestatiet mērījumu robežu PA1 – 0,1 mA, PV1 – 15V. Izmantojot regulatoru, lai mainītu diodes bloķēšanas spriegumu, izmēra reverso strāvu un aizpildiet tabulas pirmo rindu:
|
| ||||||||
|
| ||||||||
|
| ||||||||
|
|
(IN)
(mA)Veikt līdzīgus mērījumus diodēm VD2, VD3.
2.2. Fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlielumu izpēte.
Šo pētījumu ciklā tiek izmantota gallija arsenīda fotodiode, kas ir daļa no diodes optrona U1.
2.2.1. Fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlieluma tiešās atzaras izpēte.
Samontējiet ķēdi, kas parādīta attēlā. 5.14.
Rīsi. 5.14. Shēma fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlieluma tiešās atzaras izpētei.
Iestatiet sprieguma regulatoru galējā kreisajā pozīcijā (
), slēdža iestatīšanas strāva - V nulles stāvoklis, PV1 voltmetra mērījumu robeža ir 0,75 V, PA1 miliammeter ir 10 mA.
Palielinot strāvas avota izejas spriegumu, iestatiet fotodiodes tiešās strāvas vienādas ar tām, kas norādītas tabulā attēlā. 5.15, izmēra sprieguma kritumu uz tā un aizpilda tabulas pirmo rindu ar iegūtajiem datiem.
Izmantojot slēdzi ar apzīmējumu “I”, lai iestatītu LED strāvas vērtības uz 5, 10, 20 un 30 mA un tādējādi palielinātu fotodiodes apgaismojumu, veiciet līdzīgus mērījumus.
|
| |||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
mA
mA
mA
mA
mARīsi. 5.15. Tabula fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlieluma tiešās filiāles pētījumu rezultātu reģistrēšanai.
2.2.2. Fotodiodes atvērtās ķēdes sprieguma un īssavienojuma strāvas izpēte.
Atvienojiet strāvas avotu no ķēdes (5.14. att.) un, iestatot strāvu caur LED uz 0,5, 10, 20 un 30 mA, izmēra fotodiodes atvērtās ķēdes spriegumu, kad tā darbojas vārsta režīmā. Ierakstiet rezultātus tabulā:
|
| |||||
|
| |||||
|
|
Lai izmērītu īssavienojuma strāvu, salieciet ķēdi, kas parādīta attēlā. 5.16. Iestatot strāvu caur LED atbilstoši iepriekš tabulā norādītajām, izmēra fotodiodes īssavienojuma strāvu vērtības un ievadiet rezultātus tabulas apakšējā rindā.
Rīsi. 5.16. Shēma fotodiodes īssavienojuma strāvas mērīšanai, kad tā darbojas vārsta režīmā.
2.2.3. Fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlieluma starpzaru izpēte, darbojoties vārsta režīmā.
Samontējiet ķēdi, kas parādīta attēlā. 5.17.
Rīsi. 5.17. Shēma fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlielumu izpētei.
Iestatiet LED strāvu uz 5 mA. Mainot spriegumu pie strāvas avota izejas, iestatiet strāvu caur fotodiodu uz nulli. Šim spriegumam jābūt tuvu iepriekš izmērītajai vērtībai
pie atbilstošas LED strāvas. Samazinot spriegumu līdz nullei, izmēra fotodiodes strāvas trīs līdz piecām tā vērtībām un ievadiet rezultātus tabulā:
|
| ||||||||
|
|
(IN)Tiešās strāvas lielumam pie nulles barošanas sprieguma jābūt tuvu attiecīgajai vērtībai
. Veiciet līdzīgu mērījumu ciklu strāvām caur LED, kas vienādas ar 10, 20 un 30 mA.
2.2.4. Fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlieluma reversās atzaras izpēte.
Samontējiet ķēdi, kas parādīta attēlā. 5.18.
Rīsi. 5.18. Shēma fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlieluma reversās atzaras izpētei.
Iestatiet strāvu caur LED uz nulli, barošanas spriegumu tuvu nullei, mērījumu robežu PV1 līdz 15 V, mērījumu robežu PA1 uz 0,1 mA.
Izmēra fotodiodes reversās strāvas atkarību no bloķējošā sprieguma vērtības un aizpilda attēlā redzamās tabulas pirmo rindu ar atbilstošajiem datiem. 5.19. Iestatot strāvu caur LED uz 5, 10, 20 un 30 mA, veiciet līdzīgus mērījumus un ievadiet rezultātus tajā pašā tabulā.
|
| ||||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
Rīsi. 5.19. Tabula rezultātu ierakstīšanai, pētot fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlieluma reverso atzaru.
2.3. Fototranzistora izejas raksturlielumu izpēte.
Šo pētījumu laikā tiek izmantots fototranzistors, kas ir daļa no tranzistora optrona
.
Samontējiet ķēdi, kas parādīta attēlā. 5.20.
Rīsi. 5.20. Shēma fototranzistora izejas raksturlielumu izpētei.
Iestatiet strāvas Un vienāds ar nulli, sprieguma regulatora poga atrodas galējā kreisajā pozīcijā, mērījumu robeža PA1 ir 0,1 mA, mērījumu robeža PV1 ir 15 V.
Izmēriet tranzistora kolektora strāvu pie strāvas avota sprieguma 0, 1, 3, 6, 9, 12 un 15 V un ievadiet rezultātus atbilstošajā tabulas rindā, kas parādīta attēlā. 5.21. Iestatot bāzes strāvas uz 1, 5 un 10 μA, veiciet līdzīgus mērījumus neiedegtam tranzistoram (ar
= 0). Iegūtos rezultātus ierakstiet atbilstošajās tabulas rindās.
Iestatiet LED strāvu uz 20 mA un veiciet līdzīgu mērījumu ciklu.
|
| |||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
(IN)
(mA)
µA
µA
µARīsi. 5.21. Tabula fototranzistora izejas raksturlielumu izpētes rezultātu reģistrēšanai.
2.4. Fototiristoru izpēte.
Veicot šo vienumu, tiek izmantots fototiristors, kas ir daļa no tiristora optrona.
.
Samontējiet ķēdi, kas parādīta attēlā. 5.22.
Rīsi. 5.22. Shēma fototiristora izpētei.
Iestatiet strāvu caur fotodiodi vienādu ar nulli, izejas sprieguma regulatora pogu galējā kreisajā pozīcijā, mērījumu robeža PV1 ir 15 V.
Palielinot strāvas avota spriegumu, mēģiniet ieslēgt tiristoru. Ja tas ir ieslēgts, iedegsies VD2 gaismas diode. Izmēra vērtību
. Samaziniet barošanas spriegumu līdz nullei un nospiediet pogu “Izslēgt”. E", lai atgrieztu tiristoru tā sākotnējā stāvoklī. Iestatot LED strāvu uz 2, 5, 10 un 20 mA, veiciet līdzīgus mērījumus un ievadiet rezultātus tabulā:
|
| |||||
|
|
Iestatiet LED strāvu uz nulli. Izslēdziet tiristoru. Iestatiet strāvas avota maksimālo spriegumu un, secīgi palielinot strāvu caur LED, ieslēdziet tiristoru. Mēģiniet to izslēgt, samazinot LED strāvu līdz nullei.
2.5. Fotorezistoru izpēte.
Veicot šo laboratorijas darbu punktu, tiek pārbaudīti optrona savienotājā iekļautā fotorezistora raksturlielumi.
.
Samontējiet ķēdi, kas parādīta attēlā. 5.23.
Rīsi. 5.23. Shēma fotorezistora izpētei.
Iestatiet strāvu vienāds ar nulli, sprieguma regulatora pogu galējā kreisajā pozīcijā (
), mērījumu robeža PV1 – 15V, PA1 – 0,1mA.
Mainot spriegumu uz fotorezistora, izmēra caur to plūstošo strāvu un ievadiet rezultātus tabulas pirmajā rindā, kas parādīta attēlā. 5.24. Konsekventi palielinot strāvu vērtības caur kvēlspuldzi, veiciet līdzīgus mērījumus un ierakstiet rezultātus atbilstošajās tabulas rindās.
|
| |||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
(mA)Rīsi. 5.24. Tabula fotorezistora strāvas-sprieguma raksturlielumu pētījumu rezultātu reģistrēšanai.
Mainiet barošanas avota un mērinstrumentu sprieguma polaritāti (salieciet ķēdi, kas parādīta 5.25. att.). Veiciet līdzīgu mērījumu ciklu un ierakstiet rezultātus tabulā.
Rīsi. 5.25. Shēma fotorezistora ar apgrieztu sprieguma polaritāti strāvas-sprieguma raksturlielumu izpētei.
3. Eksperimentu rezultātu apstrāde.
3.1. Apstrādājot iegūtos rezultātus, veicot 2.1.
Uz vienas milimetru papīra lapas izveidojiet pētāmo diožu strāvas-sprieguma raksturlielumu priekšējo un apgriezto zaru, ņemot skalu pa strāvu un spriegumu asi priekšējam atzaram 5 mA/cm, 0,5 V/cm un attiecīgi reversajam atzaram 0,1 mA/cm un 1,5 V/ cm.
3.2. 2.2.1. punktā minēto rezultātu apstrāde 2.2.4 laboratorijas darbi.
Izveidojiet uz vienas milimetru papīra loksnes pilnu fotodiodes strāvas-sprieguma raksturlielumu saimi dažādos apgaismojuma līmeņos, ko nosaka LED strāva. Skala gar strāvas asi strāvas-sprieguma raksturlīknes tiešajai atzarai jāizvēlas vienāda ar 5 mA/cm, gar sprieguma asi 0,1 V/cm. Veidojot reverso atzaru, ņemiet skalas, kas vienādas ar 0,1 mA/cm un 1,5 V/cm. Uz raksturlielumiem atzīmējiet tukšgaitas sprieguma un īssavienojuma strāvas vērtības.
Pamatojoties uz 2.2.2. punktā iegūtajiem datiem, konstruē atkarības
Un
, Kur - strāva caur LED. Svari gar asīm, uz kurām ir attēlotas atbilstošo lielumu vērtības, jāizvēlas vienādas ar 5 mA/cm - pa strāvas asi ; 0,1V/cm – pa asi
un 0,2 mA/cm – pa asi
.
3.3. Apstrādājot iegūtos rezultātus, veicot 2.3.apakšpunktu.
Izveidojiet uz vienas milimetru papīra loksnes fototranzistora izejas raksturlielumu saimi ar dažādām LED strāvas vērtībām. Uz sprieguma ass izvēlieties skalu, kas vienāda ar 1V/cm, bet uz strāvas ass — 2mA/cm.
3.4. Laboratorijas darbu 2.4.apakšpunkta rezultātu apstrāde.
Uzzīmējiet fototiristora ieslēgšanas sprieguma atkarību no LED strāvas, izvēloties skalu pa strāvas asi 2 mA/cm un gar sprieguma asi 3 V/cm. Izskaidrojiet rezultātus, kas iegūti, veicot šo vienumu.
3.5. 2.5. punkta rezultātu apstrāde.
Uz vienas milimetru papīra lapas izveidojiet fotorezistora strāvas-sprieguma raksturlielumu saimi abām pielietotā sprieguma polaritātēm, izvēloties skalu gar strāvas asi 5 mA/cm un gar sprieguma asi 3V/cm.
Pamatojoties uz šiem raksturlielumiem, nosakiet fotorezistora pretestību nulles sprieguma vērtību apgabalā pie dažāda apgaismojuma, izveidojiet fotorezistora pretestības atkarības grafiku no strāvas daudzuma, kas plūst caur starojuma avotu.
n1.doc
4.1. tēma Optoelektronikas pamati. Optoelektronisko ierīču klasifikācija.Optoelektronika ir svarīga neatkarīga funkcionālās elektronikas un mikroelektronikas joma. Optoelektroniskā ierīce ir ierīce, kurā, apstrādājot informāciju, elektriskie signāli tiek pārvērsti optiskajos signālos un otrādi.
Optoelektronisko ierīču būtiska iezīme ir tā, ka tajās esošie elementi ir optiski savienoti un elektriski izolēti viens no otra.
Optoelektronika aptver divas galvenās neatkarīgās jomas – optisko un elektronoptisko. Optiskais virziens ir balstīts uz cietas vielas mijiedarbības ietekmi ar elektromagnētisko starojumu. Tas balstās uz hologrāfiju, fotoķīmiju, elektrooptiku un citām parādībām. Optisko virzienu dažreiz sauc par lāzeru.
Elektronu optiskais virziens izmanto fotoelektriskās konversijas principu, kas tiek realizēts cietā ķermenī, izmantojot iekšējo fotoelektrisko efektu, no vienas puses, un elektroluminiscenci, no otras puses. Šis virziens ir balstīts uz galvanisko un magnētisko savienojumu aizstāšanu tradicionālajās elektroniskajās shēmās ar optiskām. Tas ļauj palielināt informācijas blīvumu sakaru kanālā, tā ātrumu un trokšņu noturību.
Optoelektronikas galvenais elements ir opto savienotājs Ir opto savienotāji ar iekšējo (9.4. att., A) un ārējais (9.4. att., b) fotoniskās saites. Vienkāršākais optiskais savienotājs ir četru termināļu tīkls (9.4. att., A), kas sastāv no trim elementiem: foto emitētājs 1 , gaismas ceļvedis 2 un gaismas uztvērējs 3, ielikts noslēgtā, gaismas necaurlaidīgā korpusā. Kad ieejai tiek pievadīts elektrisks signāls impulsa vai ieejas strāvas krituma veidā, fotoemiters tiek ierosināts. Gaismas plūsma caur gaismas vadu nonāk fotodetektorā, pie kura izejas veidojas elektriskā impulsa jeb izejas strāvas kritums. Šāda veida optrona ir elektrisko signālu pastiprinātājs, kurā iekšējais savienojums ir fotonisks un ārējais savienojums ir elektrisks. .
Cits optronu veids ir ar elektrisko iekšējo savienojumu un fotonisko ārējo savienojumu (9.4. att., b) - ir gaismas signālu pastiprinātājs, kā arī vienas frekvences signālu pārveidotājs citas frekvences signālos, piemēram, infrasarkanā starojuma signālus redzamā spektra signālos. Gaismas uztvērējs 4 pārvērš ieejas gaismas signālu elektriskajā signālā. Pēdējais tiek pastiprināts ar pastiprinātāju 5 un uzbudina gaismas avotu 6.
Šobrīd ir izstrādāts liels skaits optoelektronisko ierīču
Personīgais mērķis. Mikroelektronikā parasti tiek izmantoti tikai tie optoelektroniskie funkcionālie elementi, kuriem ir integrācijas iespēja, kā arī to ražošanas tehnoloģijas savietojamība ar atbilstošo integrālo shēmu ražošanas tehnoloģiju.
Foto izstarotāji. Uz optoelektroniskajiem gaismas avotiem attiecas tādas prasības kā miniaturizācija, zems enerģijas patēriņš, augsta efektivitāte un uzticamība, ilgs kalpošanas laiks un izgatavojamība. Tiem jābūt ar augstu veiktspēju, un tos var ražot kā integrētas ierīces.
Visplašāk izmantotie elektroluminiscējošie avoti ir injekcijas gaismas diodes, kurā gaismas emisiju nosaka elektronu un caurumu starpjoslu rekombinācijas mehānisms. Ja izlaižat pietiekami lielu injekcijas strāvu
| Rīsi. 9.5. Izskaidrot iesmidzināšanas LED darbības principu |
cauri lpp- n-pāreja (virzienā uz priekšu), tad daži elektroni no valences joslas virzīsies uz vadīšanas joslu (9.5. att.). Valences joslas augšējā daļā veidojas brīvie stāvokļi (caurumi), bet vadīšanas joslas apakšējā daļā stāvokļi ir aizpildīti.
Niya (vadības elektroni). Šāda apgrieztā populācija nav līdzsvarota un izraisa haotisku fotonu emisiju apgriezto elektronu pāreju laikā. Rezultātā R-n-pārejas nesakarīgais spīdums ir elektroluminiscence. Fotons, kas izstarots luminiscences pārejas laikā no vadītspējas joslas piepildītās daļas uz valences joslas brīvo daļu, izraisa identiska fotona stimulētu emisiju, izraisot cita elektrona pārvietošanos uz valences joslu. Tomēr tādas pašas enerģijas fotons (no ∆ E= E 2 - E 1 pirms tam ∆ E=2? E) nevar absorbēt, jo apakšējais stāvoklis ir brīvs (tajā nav elektronu), un augšējais stāvoklis jau ir piepildīts. Tas nozīmē, ka lpp- n-pāreja ir caurspīdīga šādas enerģijas fotoniem, t.i., atbilstošajai frekvencei. Gluži pretēji, fotoni ar lielāku enerģiju ∆ E+2? E, var absorbēt, pārnesot elektronus no valences joslas uz vadīšanas joslu. Tajā pašā laikā šādām enerģijām inducētā fotonu emisija nav iespējama, jo augšējais sākuma stāvoklis nav piepildīts, bet apakšējais stāvoklis ir piepildīts. Tādējādi stimulētā emisija ir iespējama šaurā diapazonā ap frekvenci, kas atbilst joslas spraugas enerģijai ∆E ar spektra platumu ? E.
Labākie materiāli gaismas diodēm ir gallija arsenīds, gallija fosfīds, silīcija fosfīds, silīcija karbīds utt. Gaismas diodēm ir liels ātrums (apmēram 0,5 μs), bet tās patērē lielu strāvu (apmēram 30 A/cm2). Nesen tika izstrādātas gaismas diodes, kuru pamatā ir gallija arsenīds - alumīnijs, kura jauda svārstās no frakcijām līdz vairākiem milivatiem ar priekšējo strāvu desmitiem miliampēru. Gaismas diožu efektivitāte nepārsniedz 1 - 3%.
Daudzsološi gaismas avoti ir injekcijas lāzeri, kas ļauj koncentrēt augstas enerģijas šaurā spektra apgabalā ar augstu efektivitāti un ātrumu (desmitiem pikosekundēm). Šos lāzerus var izgatavot kā masīvus uz vienas bāzes mikroshēmas, izmantojot to pašu tehnoloģiju kā integrētās shēmas. Vienkāršu iesmidzināšanas lāzeru trūkums ir tāds, ka tiem ir pieņemama veiktspēja tikai tad, ja tie ir atdzesēti līdz ļoti zemai temperatūrai. Plkst normāla temperatūra Gallija-arsenīda lāzeram ir zema vidējā jauda, zema efektivitāte (apmēram 1%), zema darbības stabilitāte un kalpošanas laiks. Injekcijas lāzera turpmāka uzlabošana, izveidojot sarežģītas struktūras pāreju, izmantojot heterosavienojumus (heterojunkcija ir robeža starp slāņiem ar vienāda veida elektrovadītspēju, bet ar dažādām joslu spraugām), ļāva iegūt maza izmēra gaismas avotu, kas darbojas. normālā temperatūrā ar efektivitāti 10 - 20 % un pieņemamām īpašībām.
Fotodetektori. Lai pārveidotu gaismas signālus elektriskos signālos, tiek izmantotas fotodiodes, fototranzistori, fotorezistori, fototiristori un citas ierīces.
Fotodiode ir apgriezta nobīde lpp- n- pāreja, kuras apgrieztā piesātinājuma strāvu nosaka lādiņnesēju skaits, kas tajā rodas krītošas gaismas iedarbībā (9.6. att.). Fotodiodes parametri tiek izteikti ar tās ķēdē plūstošās strāvas vērtībām. Fotodiodes jutība, ko parasti sauc par integrālo, tiek definēta kā fotostrāvas attiecība pret gaismas plūsmu, kas to izraisīja. F ? . Fotodiožu jutības slieksnis tiek novērtēts ar zināmās vērtības integrālā (strāvas) jutība un tumšā strāva es d, t.i., strāva, kas plūst ķēdē, ja nav jutīgā slāņa apstarošanas.
Galvenie fotodiožu materiāli ir germānija un silīcijs. Silīcija fotodiodes parasti ir jutīgas šaurā spektra apgabalā (no? = 0,6 – 0,8 mikroni līdz? = 1,1 µm) ar maksimumu pie? = 0,85 mikroni, un vai germānija fotodiodēm ir jutības robežas? = 0,4 - 1,8 µm ar maksimālo at? ? 1,5 mikroni. Fotodiodes režīmā ar barošanas spriegumu 20 V silīcija fotodiožu tumšā strāva parasti nepārsniedz 3 μA, savukārt germānijam; fotodiodes pie barošanas sprieguma 10 V tas sasniedz 15-20 μA.
Fototranzistori ir starojuma enerģijas uztvērēji ar diviem vai vairākiem p-p- pārejas, kurām ir īpašība uzlabot fotostrāvu, kad jutīgais slānis tiek apstarots. Fototranzistors apvieno fotodiodes īpašības un tranzistora pastiprinošās īpašības (9.7. att.). Optisko un elektrisko ieeju klātbūtne pie fototranzistora vienlaikus ļauj izveidot nobīdi, kas nepieciešama darbībai enerģijas raksturlieluma lineārajā daļā, kā arī kompensēt ārējām ietekmēm. Lai noteiktu mazus signālus, ir jāpastiprina spriegums, kas ņemts no fototranzistora. Šajā gadījumā izejas maiņstrāvas pretestība jāpalielina ar minimālu tumšo strāvu kolektora ķēdē, radot pozitīvu novirzi pie pamatnes.
Gaismas ceļveži. Starp gaismas avotu un gaismas uztvērēju optronā ir gaismas vadotne. Lai samazinātu zudumus atstarošanas laikā no saskarnes starp LED un vadošo vidi (šķiedru), pēdējai jābūt ar augstu refrakcijas koeficientu. Šādas vides sauc par iegremdēšanu. Iegremdējamajam materiālam vajadzētu ir arī laba saķere ar avota un uztvērēja materiāliem, nodrošina pietiekamu izplešanās koeficientu sakritību, ir caurspīdīga darba zonā utt. Visperspektīvākās ir svina stikli ar laušanas koeficientu 1,8-1,9 un selēna stikli ar refrakcijas koeficientu no 2, 4-2.6. Attēlā 9.8. attēlā parādīts cietvielu optrona šķērsgriezums ar iegremdējamu gaismas vadu.
Optoelektronikā kā gaismas vadotnes tiek izmantoti plāni stikla vai caurspīdīgas plastmasas pavedieni. Šo virzienu sauc par optisko šķiedru. Šķiedras ir pārklātas ar gaismu izolējošiem materiāliem un savienotas daudzdzīslu gaismas kabeļos. Tie veic tādas pašas funkcijas attiecībā uz gaismu kā metāla stieples attiecībā uz strāvu. Izmantojot optisko šķiedru, jūs varat: veikt attēla pārraidi pa elementiem ar izšķirtspēju, ko nosaka optiskās šķiedras diametrs (apmēram 1 mikrons); radīt attēla telpiskās transformācijas, pateicoties spējai saliekt un pagriezt gaismas virzītāja šķiedras; pārraidīt attēlus ievērojamos attālumos utt. Attēlā. 9.9. attēlā parādīts gaismas vads kabeļa formā, kas izgatavots no gaismu vadošām šķiedrām.
Integrāls optika. Viena no perspektīvām funkcionālās mikroelektronikas jomām ir integrētā optika, kas nodrošina augstas veiktspējas sistēmu izveidi optiskās informācijas pārraidei un apstrādei. Integrētās optikas pētījumu joma ietver elektromagnētiskā starojuma izplatīšanos, pārveidošanu un pastiprināšanu optiskajā diapazonā dielektriskos plānslāņa viļņvados un optiskajās šķiedrās. Integrētās optikas galvenais elements ir lielapjoma vai virsmas optiskā mikroviļņu vadotne. Vienkāršākais simetrisks tilpuma optiskais mikroviļņu virzītājspēks ir apgabals, kas lokalizēts vienā vai divās telpiskās dimensijās ar refrakcijas koeficientu, kas pārsniedz apkārtējās optiskās vides refrakcijas indeksu. Šis optiski blīvākais apgabals ir nekas cits kā dielektriskā viļņvada kanāls vai nesējslānis.
P 
Asimetriskas virsmas dielektriskā viļņvada piemērs ir plāna optiski caurspīdīga dielektriķa vai pusvadītāja plēve, kuras laušanas koeficients pārsniedz optiski caurspīdīgā substrāta laušanas koeficientu. Elektromagnētiskā lauka lokalizācijas pakāpi, kā arī gar nesējslāni un substrātu pārnesto enerģijas plūsmu attiecību nosaka nesējslāņa efektīvais šķērseniskais izmērs un nesējslāņa un nesējslāņa laušanas koeficientu atšķirības. substrāts noteiktā starojuma frekvencē. Salīdzinoši vienkāršs un vispiemērotākais cietvielu optiskajām ierīcēm ir optiskās lentes mikroviļņu vadotne, kas izgatavota plānas dielektriskas plēves veidā (9.10. att.), kas uzklāta uz substrāta, izmantojot mikroelektronikas metodes (piemēram, vakuuma pārklāšana). Izmantojot masku, visas optiskās shēmas var uzklāt uz dielektriskā substrāta ar augstu precizitātes pakāpi. Elektronu staru litogrāfijas izmantošana ir nodrošinājusi progresu gan atsevišķu optisko joslu viļņvadu, gan optiski savienotu viļņvadu izveidē noteiktā garumā un pēc tam atšķirīgu viļņvadu izveidē, kas ir būtiski virziena savienotāju un frekvences selektīvu filtru izveidei integrētās optikas sistēmās. .
Optoelektroniskās mikroshēmas. Ieslēgts
Ir izstrādāts liels skaits mikroshēmu, kuru pamatā ir optoelektronika. Apskatīsim dažas optoelektroniskās mikroshēmas, ko ražo vietējā rūpniecība. Mikroelektronikā visplašāk tiek izmantotas optoelektroniskās galvaniskās izolācijas mikroshēmas. Tie ietver ātrgaitas slēdžus, analogo signālu slēdžus, slēdžus un analogās optoelektroniskās ierīces, kas paredzētas lietošanai funkcionālās analogās signālu apstrādes sistēmās.
Jebkuras optoelektroniskās mikroshēmas galvenais elements ir optopāris (9.11. att., A, b), kas sastāv no gaismas avota 1 , ko kontrolē ieejas signāls, iegremdēšanas vide 2, optiski savienots ar gaismas avotu un fotodetektoru 3. Optocoupler pāra parametri ir līdzstrāvas atsaistes pretestība, strāvas pārneses koeficients (uztvērēja fotostrāvas attiecība pret emitētāja strāvu), pārslēgšanas laiks un caurlaides kapacitāte.
Uz optoelektronisko pāru bāzes tiek veidotas dažādu mērķu optoelektroniskās mikroshēmas.
Rīsi. 9.11. Optocoupler pāra shēma un tehnoloģiskā ieviešana:
1 – gaismas avots; 2 – iegremdēšanas vide; 3 – fotodetektors.
4.2. tēma OPTOELEKTRONISKO IERĪČU ELEMENTI
1. Optoelektroniskais slēdzis ir hibrīda mikroshēma, kas satur optoelektronisko pāri un pastiprinātāju. Slēdzis izmanto augstas efektivitātes ar silīciju leģētas gallija apcenīda gaismas diodes un ātrgaitas silīciju lpp-
i-
n- fotodiodes. Iegremdēšanas vide ir halkogenīda stikls ar refrakcijas koeficientu 2,7. Strāvas pārvades koeficients optoelektroniskajā pārī normālā temperatūrā ir 3-5, ieslēgšanās laiki (aiztures un pieauguma laika summa) ir 100-250 ps, LED un fotodetektora ķēdes galvaniskā izolācija tiešai. strāva ir 109 omi. Mikroshēma ir izgatavota apaļā TO-5 tipa metāla-stikla korpusā.
2. Optoelektroniskā atslēga paredzēts maiņstrāvas un līdzstrāvas augstsprieguma ķēžu pārslēgšanai. Tam ir četri neatkarīgi kanāli, no kuriem katrs satur divus optoelektroniskos pārus, kas sastāv no LED un augstsprieguma lpp- i- n- fotodiode. Fotodiodes ir savienotas virknē, tāpēc slēdža pretestību bloķētā stāvoklī (ja nav strāvas caur gaismas diodēm) neatkarīgi no pielietotā sprieguma polaritātes nosaka apgrieztā nobīdes tumšā pretestība. lpp- i- n-fotodiode; tā vērtība ir aptuveni 10 9 omi.
3. Tranzistora slēdzis paredzēts līdzstrāvas sprieguma pārslēgšanai līdz 50 V. Ierīcei ir divi neatkarīgi kanāli, no kuriem katrs satur optoelektronisko pāri, kas sastāv no gallija arsenīda gaismas diodes un silīcija n- lpp- i- n- fototranzistors. Optoelektroniskā pāra strāvas pārneses koeficients ir 2, nominālā darba strāva 10 mA un ātrums pastiprināšanas režīmā 100-300 ns.
4.Analogais slēdzis Paredzēts lietošanai sistēmās analogo signālu selektīvai apstrādei. Viena slēdža kanāla elektriskā shēma ir parādīta attēlā. 9.12. Kanāls satur optoelektronisko pāri, kas sastāv no gallija arsenīda gaismas diodes un diviem savstarpēji savienotiem n- i- n-fotodiodes, kas izgatavotas vienā monokristālā.
Attēlā 9.13. attēlā parādītas dažu citu optoelektronisko ķēžu veidu elektriskās ķēdes. Atslēgas mikroshēma (9.13. att., A) ietver ātrgaitas diodes optoelektronisko pāri, kas saskaņots ar monolītu silīcija pastiprinātāju. Paredzēts nomainīt transformatoru un releju savienojumus datoru un diskrētās automatizācijas loģiskajās ierīcēs. Analogā atslēga (9.13. att., b) attiecas uz
Lineāras shēmas ar optoelektronisko vadību. Ar vadības signāla jaudu 60-80 mW smalcinātāja parametri sasniedz standarta pusvadītāju mikroshēmām nepieciešamās vērtības. Optoelektroniskie mazjaudas līdzstrāvas releji (9.13. att., V) paredzēts analogo aizstāšanai
elektromehāniskie releji ar ātrumu milisekundes diapazonā un garantētu darbību skaitu 10 4 -10 7.
Interesantas ir 249 sērijas optoelektroniskās mikroshēmas, kas ietver četras ierīču grupas, kas ir elektroniski slēdži, kuru pamatā ir elektroluminiscences diodes un tranzistori. Visu grupu elektriskā shēma
Ierīces ir vienādas (9.14. att.). Strukturāli mikroshēmas ir veidotas taisnstūrveida plakanā integrālo shēmu paketē ar 14 tapām un ar diviem izolētiem kanāliem, kas samazina iekārtas izmēru un svaru, kā arī paplašina mikroshēmu funkcionalitāti. Gaismas diodes ir uz silīcija bāzes un ir P + - lpp- n i - n + - struktūra. Divu kanālu klātbūtne dongle ļauj to izmantot kā integrētu analogo signālu smalcinātāju un iegūst augstu signāla pārraides koeficientu (10-100), savienojot fototranzistorus saskaņā ar salikto tranzistoru ķēdi.
Optoelektroniskās ierīces
Optoelektronisko ierīču darbības pamatā ir informācijas saņemšanas, pārraidīšanas un uzglabāšanas elektronfotoniskie procesi.
Vienkāršākā optoelektroniskā ierīce ir optoelektroniskais pāris jeb optocoupler. Optronizētā savienojuma darbības princips, kas sastāv no starojuma avota, iegremdēšanas vides (gaismas vada) un fotodetektora, ir balstīts uz elektriskā signāla pārvēršanu optiskā un pēc tam atpakaļ elektriskajā.
Optocouplers kā funkcionālās ierīces ir šādas priekšrocības pirms parastajiem radioelementiem:
Pilna galvaniskā izolācija “ieeja – izeja” (izolācijas pretestība pārsniedz 10 12 – 10 14 omi);
Absolūtā trokšņu imunitāte informācijas pārraides kanālā (informācijas nesēji ir elektriski neitrālas daļiņas – fotoni);
Vienvirziena informācijas plūsma, kas saistīta ar gaismas izplatīšanās īpašībām;
Platjoslas savienojums augstās optisko vibrāciju frekvences dēļ,
Pietiekama veiktspēja (vairākas nanosekundes);
Augsts pārrāvuma spriegums (desmitiem kilovoltu);
Zems trokšņa līmenis;
Laba mehāniskā izturība.
Pamatojoties uz funkcijām, ko tas veic, optronu var salīdzināt ar transformatoru (savienojuma elementu) ar releju (atslēgu).
Optocoupler ierīcēs tiek izmantoti pusvadītāju starojuma avoti - gaismas diodes, kas izgatavotas no grupas savienojumu materiāliem A III B V , starp kuriem visdaudzsološākie ir gallija fosfīds un arsenīds. To starojuma spektrs atrodas redzamā un tuvā infrasarkanā starojuma apgabalā (0,5 - 0,98 mikroni). Gallija fosfīda gaismas diodēm ir sarkanas un zaļa krāsa spīdēt. No silīcija karbīda izgatavotas gaismas diodes ir daudzsološas, tām ir dzeltens spīdums un tās darbojas paaugstinātas temperatūras, mitrumā un agresīvā vidē.
Tiek izmantotas gaismas diodes, kas izstaro gaismu redzamā spektra diapazonā elektroniskais pulkstenis un mikrokalkulatori.
Gaismas diodēm ir raksturīgs diezgan plašs starojuma spektrālais sastāvs, virziena modelis; kvantu efektivitāte, ko nosaka izstarotās gaismas kvantu skaita attiecība pret to skaitu, kas iziet cauri lpp-n-elektronu pāreja; jauda (ar neredzamu starojumu) un spilgtums (ar redzamu starojumu); volt-ampēru, lūmenu-ampēru un vatu-ampēru raksturlielumi; ātrums (elektroluminiscences palielināšanās un samazināšanās impulsa ierosmes laikā), darba temperatūras diapazons. Palielinoties darba temperatūrai, gaismas diodes spilgtums samazinās un emisijas jauda samazinās.
Gaismas diožu galvenie raksturlielumi redzamajā diapazonā ir norādīti tabulā. 32, un infrasarkanais diapazons - tabulā. 33.
32. tabula Redzamo gaismas diožu galvenie raksturlielumi
33. tabula. Infrasarkano staru diožu galvenie raksturlielumi
| Diodes tips | Kopējā starojuma jauda, mW | Pastāvīgs priekšējais spriegums, V | Radiācijas viļņa garums, mikroni | Radiācijas impulsa pieauguma laiks, ns | Radiācijas impulsa samazināšanās laiks, ns | Svars, g |
| AL103 A, B AL106 A–D | 0,6–1 (pie strāvas 50 mA) 0,2–1,5 (pie strāvas 100 mA) 6–10 (pie strāvas 100 mA) 1,5 (pie 100 mA strāvas) 0,2 (pie 20 mA strāvas) 10 (pie strāvas 50 mA) | 1,6 | 0,95 | 200 – 300 | 500 | 0,1 |
Gaismas diodes optoelektroniskajās ierīcēs ir savienotas ar fotodetektoriem ar iegremdēšanas vidi, kuras galvenā prasība ir signāla pārraide ar minimāliem zudumiem un kropļojumiem. Optoelektroniskajās ierīcēs tiek izmantoti cietie iegremdēšanas līdzekļi – polimēri. organiskie savienojumi(optiskās līmes un lakas), halkogenīda vides un optiskās šķiedras. Atkarībā no optiskā kanāla garuma starp emitētāju un fotodetektoru, optoelektroniskās ierīces var iedalīt opto savienotājos (kanāla garums 100 - 300 mikroni), optoizolatoros (līdz 1 m) un optisko šķiedru sakaru līnijās - optisko šķiedru līnijās ( līdz desmitiem kilometru).
Uz fotodetektoriem, ko izmanto optrona ierīcēs, attiecas prasības par spektrālo raksturlielumu saskaņošanu ar emitētāju, līdz minimumam samazinot zudumus, pārveidojot gaismas signālu elektriskajā signālā, fotosensitivitāti, ātrumu, gaismjutīgās zonas lielumu, uzticamību un trokšņu līmeni.
Optroniem visperspektīvākie ir fotodetektori ar iekšējo fotoelektrisko efektu, kad fotonu mijiedarbība ar elektroniem materiālos ar noteiktiem fizikālās īpašības noved pie elektronu pārejām šo materiālu kristāliskā režģa lielākajā daļā.
Iekšējais fotoelektriskais efekts izpaužas divējādi: fotodetektora pretestības izmaiņās gaismas ietekmē (fotorezistori) vai foto-emf izskatā divu materiālu saskarnē - pusvadītājs-pusvadītājs, metāls-pusvadītājs. (pārslēdzamie fotoelementi, fotodiodes, fototranzistori).
Fotodetektori ar iekšējo fotoelektrisko efektu tiek sadalīti fotodiodēs (ar lpp-n-savienojums, MIS struktūra, Šotkija barjera), fotorezistori, fotodetektori ar iekšējo pastiprinājumu (fototranzistori, salikti fototranzistori, fototiristori, lauka efekta fototranzistori).
Fotodiodes ir izgatavotas uz silīcija un germānijas bāzes. Silīcija maksimālā spektrālā jutība ir 0,8 mikroni, bet germānija - līdz 1,8 mikroniem. Tie darbojas ar apgrieztu novirzi lpp-n-pāreja, kas ļauj palielināt to veiktspēju, stabilitāti un raksturlielumu linearitāti.
Fotodiodes visbiežāk izmanto kā fotodetektorus dažādas sarežģītības optoelektroniskām ierīcēm. lpp- i-n-struktūras, kur i- noplicināts augsta elektriskā lauka apgabals. Mainot šī apgabala biezumu, ir iespējams iegūt labus veiktspējas un jutīguma raksturlielumus, pateicoties nesēju zemajai kapacitātei un lidojuma laikam.
Lavīnu fotodiodēm ir palielināta jutība un veiktspēja, izmantojot fotostrāvas pastiprināšanu, pavairojot lādiņu nesējus. Tomēr šīs fotodiodes nav pietiekami stabilas temperatūras diapazonā, un tām ir nepieciešami augstsprieguma barošanas avoti. Fotodiodes ar Šotkija barjeru un MIS struktūru ir daudzsološas izmantošanai noteiktos viļņu garuma diapazonos.
Fotorezistori ir izgatavoti galvenokārt no polikristāliskām pusvadītāju plēvēm, kuru pamatā ir savienojums (kadmijs ar sēru un selēnu). Fotorezistoru maksimālā spektrālā jutība ir 0,5 - 0,7 mikroni. Fotorezistorus parasti izmanto vāja apgaismojuma apstākļos; pēc jutības tie ir salīdzināmi ar fotopavairotājiem - ierīcēm ar ārēju fotoelektrisku efektu, bet nepieciešama zemsprieguma jauda. Fotorezistoru trūkumi ir zema veiktspēja un augsts trokšņu līmenis.
Visizplatītākie iekšēji pastiprinātie fotodetektori ir fototranzistori un fototiristori. Fototranzistori ir jutīgāki par fotodiodēm, bet lēnāki. Lai vēl vairāk palielinātu fotodetektora jutību, tiek izmantots salikts fototranzistors, kas ir foto un pastiprināšanas tranzistoru kombinācija, taču tam ir zema veiktspēja.
Optocoupleros fototiristors (pusvadītāju ierīce ar trim lpp- n-pārejas, pārslēgšana, kad tiek izgaismota), kam ir augsta jutība un izejas signāla līmenis, bet nepietiekams ātrums.
Optoelementu veidu dažādību nosaka galvenokārt fotodetektoru īpašības un raksturlielumi. Viens no galvenajiem opto savienotāju pielietojumiem ir digitālo un analogo signālu raidītāju un uztvērēju efektīva galvaniskā izolācija. Šajā gadījumā optronu var izmantot pārveidotāja vai signāla pārslēgšanas režīmā. Optomu raksturo pieļaujamais ieejas signāls (vadības strāva), strāvas pārvades koeficients, ātrums (pārslēgšanas laiks) un slodzes jauda.
PAR 
Strāvas pārvades koeficienta attiecību pret pārslēgšanas laiku sauc par optrona kvalitātes koeficientu un ir 10 5 – 10 6 fotodiožu un fototranzistoru optroniem. Plaši izmanto optiskos savienojumus, kuru pamatā ir fototiristori. Fotorezistoru optoelementi netiek plaši izmantoti zemās laika un temperatūras stabilitātes dēļ. Dažu optoelementu diagrammas ir parādītas attēlā. 130, a – d.
IN 
Kā koherenta starojuma avoti tiek izmantoti lāzeri ar augstu stabilitāti, labām enerģijas īpašībām un efektivitāti. Optoelektronikā kompaktu ierīču projektēšanai tiek izmantoti pusvadītāju lāzeri - lāzerdiodes, ko izmanto, piemēram, optisko šķiedru sakaru līnijās tradicionālo informācijas pārraides līniju - kabeļa un stieples vietā. Tiem ir augsta caurlaidspēja (gigahercu vienību joslas platums), izturība pret elektromagnētiskiem traucējumiem, mazs svars un izmēri, pilnīga elektriskā izolācija no ieejas līdz izejai, sprādzienbīstamība un ugunsdrošība. FOCL īpaša iezīme ir īpaša optiskās šķiedras kabeļa izmantošana, kura struktūra ir parādīta attēlā. 131. Šādu kabeļu rūpnieciskajiem paraugiem vājinājums ir 1 – 3 dB/km un mazāks. Optisko šķiedru sakaru līnijas tiek izmantotas telefona un datoru tīklu, kabeļtelevīzijas sistēmu izbūvei ar augstas kvalitātes pārraidītiem attēliem. Šīs līnijas ļauj vienlaikus pārraidīt desmitiem tūkstošu telefona sarunu un vairākas televīzijas programmas.
Pēdējā laikā intensīvi tiek attīstītas un plaši izplatītas optiskās integrālās shēmas (OIC), kuru visi elementi tiek veidoti, uz substrāta uzklājot nepieciešamos materiālus.
Ierīces, kuru pamatā ir šķidrie kristāli, ko plaši izmanto kā indikatorus elektroniskajos pulksteņos, ir daudzsološas optoelektronikā. Šķidrie kristāli ir organiska viela (šķidrums) ar kristāla īpašībām un atrodas pārejas stāvoklī starp kristālisko fāzi un šķidrumu.
Šķidro kristālu indikatoriem ir augsta izšķirtspēja, tie ir salīdzinoši lēti, patērē maz enerģijas un darbojas augstā apgaismojumā.
Gaismas indikatoros un optiskās atmiņas ierīcēs visbiežāk izmanto šķidros kristālus ar monokristāliem līdzīgām īpašībām (nemātiku).Izstrādāti un plaši tiek izmantoti šķidrie kristāli, kas karsējot maina krāsu (holesteriķi).Cita veida šķidrie kristāli (smektika) ir izmanto informācijas termooptiskajai ierakstīšanai.
Salīdzinoši nesen izstrādātās optoelektroniskās ierīces savu unikālo īpašību dēļ ir kļuvušas plaši izplatītas dažādās zinātnes un tehnikas jomās. Daudziem no tiem nav analogu vakuuma un pusvadītāju tehnoloģijās. Tomēr joprojām ir daudz neatrisinātas problēmas kas saistīti ar jaunu materiālu izstrādi, šo ierīču elektrisko un darbības raksturlielumu uzlabošanu un to izgatavošanas tehnoloģisko metožu izstrādi.
5. sadaļa. Uzlādes savienotas ierīces (CCD) ierīces.
Baltkrievijas Republikas Izglītības ministrija
Izglītības iestāde
“Baltkrievijas Valsts universitāte
datorzinātne un radioelektronika”
EMS departaments
"Optoelektronikas pamati. Optoelektronisko ierīču klasifikācija"
MINSKA, 2008. gads
Optoelektronika ir svarīga neatkarīga funkcionālās elektronikas un mikroelektronikas joma. Optoelektroniskā ierīce ir ierīce, kurā, apstrādājot informāciju, elektriskie signāli tiek pārvērsti optiskajos signālos un otrādi.
Optoelektronisko ierīču būtiska iezīme ir tā, ka tajās esošie elementi ir optiski savienoti un elektriski izolēti viens no otra.
Pateicoties tam, tiek viegli nodrošināta augstsprieguma un zemsprieguma, kā arī augstfrekvences un zemfrekvences ķēžu saskaņošana. Turklāt optoelektroniskajām ierīcēm ir arī citas priekšrocības: gaismas staru telpiskās modulācijas iespēja, kas kombinācijā ar izmaiņām laika gaitā dod trīs brīvības pakāpes (divas tīri elektroniskās shēmās); gaismas staru ievērojamas sazarošanās un krustošanās iespēja, ja starp kanāliem nav galvaniskā savienojuma; liela gaismas staru funkcionālā slodze, pateicoties iespējai mainīt daudzus to parametrus (amplitūdu, virzienu, frekvenci, fāzi, polarizāciju).
Optoelektronika aptver divas galvenās neatkarīgās jomas – optisko un elektronoptisko. Optiskais virziens ir balstīts uz cietas vielas mijiedarbības ietekmi ar elektromagnētisko starojumu. Tas balstās uz hologrāfiju, fotoķīmiju, elektrooptiku un citām parādībām. Optisko virzienu dažreiz sauc par lāzeru.
Elektronu optiskais virziens izmanto fotoelektriskās konversijas principu, kas tiek realizēts cietā ķermenī, izmantojot iekšējo fotoelektrisko efektu, no vienas puses, un elektroluminiscenci, no otras puses. Šis virziens ir balstīts uz galvanisko un magnētisko savienojumu aizstāšanu tradicionālajās elektroniskajās shēmās ar optiskām. Tas ļauj palielināt informācijas blīvumu sakaru kanālā, tā ātrumu un trokšņu noturību.
1. att. Optocoupler ar iekšējiem (a) un ārējiem (b) fotoniskajiem savienojumiem: 1, 6 – gaismas avoti; 2 – gaismas vads; 3, 4 – gaismas uztvērēji; 5 – pastiprinātājs.
Optoelektronikas galvenais elements ir optiskais savienojums. Ir optroni ar iekšējiem (1. att., a) un ārējiem (1. att., b) fotoniskajiem savienojumiem. Vienkāršākais optiskais savienojums ir četru termināļu tīkls (1. att., a), kas sastāv no trim elementiem: foto emitētāja 1, gaismas virzītāja 2 un gaismas uztvērēja 3, kas ir ievietots noslēgtā, gaismas necaurlaidīgā korpusā. Kad ieejai tiek pievadīts elektrisks signāls impulsa vai ieejas strāvas krituma veidā, fotoemiters tiek ierosināts. Gaismas plūsma caur gaismas vadu nonāk fotodetektorā, pie kura izejas veidojas elektriskā impulsa jeb izejas strāvas kritums. Šāda veida optrona ir elektrisko signālu pastiprinātājs, kurā iekšējais savienojums ir fotonisks un ārējais savienojums ir elektrisks.
Cits optosakaru veids - ar elektrisko iekšējo savienojumu un fotonisko ārējo savienojumu (1. att., b) - ir gaismas signālu pastiprinātājs, kā arī vienas frekvences signālu pārveidotājs citas frekvences signālos, piemēram, infrasarkano staru signālos. starojums redzamā spektra signālos. Gaismas uztvērējs 4 pārveido ieejas gaismas signālu elektriskajā. Pēdējo pastiprina pastiprinātājs 5 un ierosina gaismas avotu 6.
Šobrīd ir izstrādāts liels skaits optoelektronisko ierīču dažādiem mērķiem. Mikroelektronikā parasti tiek izmantoti tikai tie optoelektroniskie funkcionālie elementi, kuriem ir integrācijas iespēja, kā arī to ražošanas tehnoloģijas savietojamība ar atbilstošo integrālo shēmu ražošanas tehnoloģiju.
Foto izstarotāji. Uz optoelektroniskajiem gaismas avotiem attiecas tādas prasības kā miniaturizācija, zems enerģijas patēriņš, augsta efektivitāte un uzticamība, ilgs kalpošanas laiks un izgatavojamība. Tiem jābūt ar augstu veiktspēju, un tos var ražot kā integrētas ierīces.
Visplašāk izmantotie elektroluminiscējošie avoti ir injekcijas gaismas diodes, kurās gaismas emisiju nosaka elektronu un caurumu starpjoslu rekombinācijas mehānisms. Ja caur p-n krustojumu izlaižat pietiekami lielu injekcijas strāvu (virzienā uz priekšu), tad daļa elektronu no valences joslas pārvietosies uz vadīšanas joslu (2. att.). Valences joslas augšējā daļā veidojas brīvie stāvokļi (caurumi), bet vadīšanas joslas apakšējā daļā - piepildīts stāvoklis (vadīšanas elektroni).
Šāda apgrieztā populācija nav līdzsvarota un izraisa haotisku fotonu emisiju apgriezto elektronu pāreju laikā. Nesakarīgais spīdums, kas parādās pn krustojumā, ir elektroluminiscence.
2. att. Uz injekcijas LED darbības principa skaidrojumu.
Fotons, kas izstarots luminiscences pārejas laikā no vadītspējas joslas piepildītās daļas uz valences joslas brīvo daļu, izraisa identiska fotona stimulētu emisiju, izraisot cita elektrona pārvietošanos uz valences joslu. Tomēr fotonu ar tādu pašu enerģiju (no ∆E=E2-E1 līdz ∆E=2δE) nevar absorbēt, jo apakšējais stāvoklis ir brīvs (tajā nav elektronu), un augšējais stāvoklis jau ir piepildīts. Tas nozīmē, ka p-n savienojums ir caurspīdīgs šādas enerģijas fotoniem, t.i. atbilstošajai frekvencei. Gluži pretēji, fotoni, kuru enerģija ir lielāka par ∆E+2δE, var tikt absorbēti, pārnesot elektronus no valences joslas uz vadīšanas joslu. Tajā pašā laikā šādām enerģijām inducētā fotonu emisija nav iespējama, jo augšējais sākuma stāvoklis nav piepildīts, bet apakšējais stāvoklis ir piepildīts. Tādējādi stimulētā emisija ir iespējama šaurā diapazonā ap frekvenci, kas atbilst joslas spraugas enerģijai ∆E ar spektrālo platumu δE.
Labākie materiāli gaismas diodēm ir gallija arsenīds, gallija fosfīds, silīcija fosfīds, silīcija karbīds utt. Gaismas diodēm ir augsta veiktspēja (apmēram 0,5 μs), bet tās patērē lielu strāvu (apmēram 30 A/cm2). Pēdējā laikā uz gallija arsenīda – alumīnija bāzes tika izstrādātas gaismas diodes, kuru jauda svārstās no frakcijām līdz vairākiem milivatiem ar priekšējo strāvu desmitiem miliampēru.K. Gaismas diožu p.d. nepārsniedz 1 - 3%.
Perspektīvi gaismas avoti ir injekcijas lāzeri, kas ļauj koncentrēt augstas enerģijas šaurā spektra apgabalā ar augstu efektivitāti un ātrumu (desmitiem pikosekundēm). Šos lāzerus var izgatavot kā masīvus uz vienas bāzes mikroshēmas, izmantojot to pašu tehnoloģiju kā integrētās shēmas. Vienkāršu iesmidzināšanas lāzeru trūkums ir tāds, ka tiem ir pieņemama veiktspēja tikai tad, ja tie ir atdzesēti līdz ļoti zemai temperatūrai. Normālā temperatūrā gallija-arsenīda lāzeram ir zema vidējā jauda, zema efektivitāte (apmēram 1%), kā arī slikta darbības stabilitāte un kalpošanas laiks. Injekcijas lāzera turpmāka uzlabošana, izveidojot sarežģītas struktūras pāreju, izmantojot heterosavienojumus (heterojunkcija ir robeža starp slāņiem ar vienāda veida elektrovadītspēju, bet ar dažādām joslu spraugām), ļāva iegūt maza izmēra gaismas avotu, kas darbojas. normālā temperatūrā ar efektivitāti 10 - 20 % un pieņemamām īpašībām.
Fotodetektori. Lai pārveidotu gaismas signālus elektriskos signālos, tiek izmantotas fotodiodes, fototranzistori, fotorezistori, fototiristori un citas ierīces.
Fotodiode ir apgriezti nobīdīts p-n savienojums, kura reverso piesātinājuma strāvu nosaka lādiņnesēju skaits, kas tajā rodas krītošas gaismas iedarbībā (3. att.). Fotodiodes parametri tiek izteikti ar tās ķēdē plūstošās strāvas vērtībām. Fotodiodes jutība, ko parasti sauc par integrālu, tiek definēta kā fotostrāvas attiecība pret gaismas plūsmu Фυ, kas to izraisīja. Fotodiožu jutības slieksnis tiek aprēķināts, pamatojoties uz zināmajām integrālās (strāvas) jutības un tumšās strāvas Id vērtībām, t.i. strāva, kas plūst ķēdē, ja nav jutīgā slāņa apstarošanas.
Galvenie fotodiožu materiāli ir germānija un silīcijs. Silīcija fotodiodes parasti ir jutīgas šaurā spektra diapazonā (no λ = 0,6–0,8 μm līdz λ = 1,1 μm) ar maksimumu pie λ = 0,85 μm, un germānija fotodiodēm ir jutības robežas λ = 0,4 µm ar maksimālo a8 μm. pie λ ≈ 1,5 µm. Fotodiodes režīmā ar barošanas spriegumu 20 V silīcija fotodiožu tumšā strāva parasti nepārsniedz 3 μA, savukārt germānijam; fotodiodes pie barošanas sprieguma 10 V tas sasniedz 15-20 μA.
3. att. Fotodiodes ķēdes un strāvas-sprieguma raksturlielumi.
4. att. Fototranzistora ķēdes un strāvas-sprieguma raksturlielumi.
5. lapa no 14
Optocoupleri ir tās optoelektroniskās ierīces, kurās atrodas gaismas starojuma avots un uztvērējs (gaismas izstarotājs un fotodetektors) ar viena vai cita veida optisko un elektrisko savienojumu starp tiem un kas ir strukturāli savienoti viens ar otru.
Jebkāda veida optoelementu darbības princips ir balstīts uz to, ka emitētājā elektriskā signāla enerģija tiek pārvērsta gaismā; Gluži pretēji, fotodetektorā gaismas signāls izraisa elektrisko strāvu. Elektrisko signālu emitentam parasti piegādā no ārēja avota. Gaismas signāls uz fotodetektoru pienāk caur optisko sakaru ķēdi no emitētāja.
Enerģijas pārveidošanas procesi optronā balstās uz gaismas kvantu dabu, kas ir elektromagnētiskais starojums daļiņu plūsmas – kvantu – veidā.
Gaismas izstarotāji. Izmantošanai optronu savienojumos ir piemēroti vairāku veidu emiteri: miniatūras kvēlspuldzes, kurās tiek izmantots termiskais starojums no kvēldiega, kas uzkarsēts ar elektrisko strāvu līdz 1800-2000 °C; neona spuldzes, kas izmanto neona-argona gāzu maisījuma elektriskās izlādes mirdzumu utt. [sk. 1, 1.1. punkts].
Šāda veida izstarotājiem ir zema gaismas jauda, ierobežota izturība, lieli izmēri, zema starojuma virzība un tos ir grūti kontrolēt. Galvenais optoelementos izmantotais emitētāja veids ir pusvadītāju iesmidzināšanas gaismas diode - LED. Apskatīsim enerģijas pārveidošanas procesu šādā optronā (11. att., a).
Saskarnē starp pusvadītāju struktūras p- un reģioniem, kā parādīts iepriekš, parādās p-n krustojums, kurā koncentrējas caurumu un elektronu telpas lādiņš. Ja noteikta veida pusvadītāju (piemēram, gallija arsenīda un tā bāzes savienojumu) kristāla struktūrai aktīvajā apgabalā B tiek pielikts tiešspriegums 1/ip, brīvo lādiņnesēju pārmērīga koncentrācija tiek ievadīta ar p- tiek izveidots uz priekšu novirzīts krustojums. Iegūtā elektronu plūsma iet cauri telpas lādiņa apgabalam E, radot elektronu strāvu /p. Daži elektroni rekombinējas kristāla aktīvajā B un necaurspīdīgajā C apgabalā ar caurumiem. Katru galveno lādiņnesēju rekombinācijas aktu pavada gaismas kvanta emisija, t.i. notiek starojuma rekombinācija.
Tajā pašā laikā rodas caurumu strāvas komponents /p, ko izraisa caurumu ievadīšana n-apgabalā un atspoguļo faktu, ka nav p-n ieeju ar vienpusēju injekciju. Šīs strāvas īpatsvars ir mazāks, jo spēcīgāk /m-apgabals ir leģēts, salīdzinot ar kristāla struktūras p-apgabalu.
Daļa no iegūtā starojuma tiek absorbēta kristāla optiski „caurspīdīgajā” apgabalā A (11.6. att. 1. starojums), turklāt iekšējais atstarojums (2. starojums) notiek, kad gaismas stari nokrīt uz saskarnes starp pusvadītāju un gaisa vidi, kurai ir atšķirīgs optiskais blīvums, kas galu galā noved pie to zuduma pašabsorbcijas dēļ.
Rīsi. 11. Elektriskie (a) un optiskie (6) LED modeļi
Kvantu ģenerēšana pusvadītāja aktīvajā apgabalā ir spontāna, un to raksturo fakts, ka gaismas stari ir vienādi vērsti visos virzienos. Stari 3, kas izplatās uz pusvadītāja stipri leģēto apgabalu, tiek ātri absorbēti. Aktīvajam apgabalam B ir viļņvada efekts, un stari 4 vairāku atstarojumu dēļ tiek fokusēti pa šo apgabalu, tāpēc gala starojuma intensitāte ir daudz augstāka nekā citos gaismas izejas no kristāla virzienos.
Galvenie materiāli, no kuriem izgatavoti izstarotāji, ir gallija arsenīds un savienojumi uz tā bāzes, bet fotodetektoru materiāls ir silīcijs. Abiem materiālu veidiem ir gandrīz vienāds optiskais blīvums (refrakcijas indekss). Šis apstāklis nodrošina pilnīgu optiskā savienojuma ģeneratora un uztvērēja bloku optisko saskaņošanu.
Fotodetektori. Optoelementos izmantoto fotodetektoru darbības princips ir balstīts uz iekšējo fotoelektrisko efektu, kas sastāv no elektronu atdalīšanas no atomiem kristāliskā ķermeņa iekšienē elektromagnētiskā (optiskā) starojuma ietekmē. Brīvo elektronu veidošanās izraisa apstarotā ķermeņa elektrisko īpašību izmaiņas, un rezultātā radušās fotoelektriskās parādības tiek izmantotas praksē. Eksperimentāli noskaidrots, ka nozīmīgākās fotoelektriskās parādības rodas pusvadītājos, galvenokārt tīrajos. Tādējādi fotodetektorā gaismas kvanti tiek pārvērsti mobilo elektrisko lādiņu enerģijā, kuru ietekmē pn krustojumā rodas foto-EMF.
Izstrādājot optoelementus, fotodetektors ir optrona noteicošais elements, un emitētājs tiek izvēlēts "fotodetektoram". Vislabāk optronu līmeni raksturo diožu optoelementi, kuru industriālie tipi izceļas ar dizaina vienkāršību, lielo dažādību, funkcionalitātes plašumu un labu elektrisko parametru kombināciju.
Jaudas pusvadītāju ierīču projektēšana. Jebkuras pusvadītāju ierīces projektēšanas pamats ir pusvadītāju struktūra, kas nosaka tās elektriskos parametrus un raksturlielumus. Konstrukciju ar elementiem, kas nodrošina nepieciešamo mehānisko izturību, uzticamus elektriskos un termiskos kontaktus ar ierīces korpusu, sauc par vārsta konstrukcijas elementu. Vārsta elementam jābūt uzticama aizsardzība no vides ietekmes, tāpēc tiek ievietots korpusā, kas nodrošina visas konstrukcijas blīvējumu un mehānisko izturību.
Pamatojoties uz korpusa konstrukcijas veidu, visus jaudas pusvadītāju vārstus var iedalīt tapas tipa, plakanas pamatnes (atloka) un planšetdatora tipa.
Attēlā 12. attēlā parādīts tapu tiristora dizains, kura pamatne 2 ir izgatavota no vara kopā ar vītņotu skrūvi 1, lai nodrošinātu elektrisko un termisko kontaktu ar dzesētāju. Tiristoriem ar plakanu korpusa pamatni (12.c att.) ir vara atloks 1 ierīces pieskrūvēšanai pie dzesētāja. Abu veidu tiristoru korpusu vāki ir izgatavoti metāla-stikla vai metālkeramikas dizainā. Augšējo jaudas spaili 3 var izgatavot kā metāla (vara) pītas siksnas (elastīga spaile) vai doba vara stieņa veidā, kas pildīts ar svinu (stingrs spaile, 12.6. att.). 
Rīsi. 12. Jaudīgu tiristoru konstrukcijas:
a - tapu tiristors ar elastīgu un b - bez elastīgas izejas; c - tiristors ar atloku ar elastīgu vadu
Tabletes konstrukcijas tiristori (13. att., e) ir izgatavoti planšetdatora 1 formā gofrētā keramikas apvalkā, kas aizsargā vārsta elementu no piesārņojuma un mehāniskiem bojājumiem. Planšete ir novietota starp ierīces augšējiem 2 un apakšējiem 6 metāla pamatiem, kas saskaras ar dzesētājiem, veidojot elektriskos un termiskos kontaktus. Tiristora vadības elektrods 4 atrodas uz korpusa sānu virsmas. Ierīce ir savienota ar elektrisko ķēdi caur strāvu nesošām plāksnēm 3 un 5.
Tapu un atloku konstrukcijas tiek izmantotas jaudas vārstiem strāvai līdz 320 A, planšetdatoru konstrukcijas strāvai 250 A un lielākai. Ierīces ar plakanu korpusa pamatni ir izturīgākas pret cikliskām temperatūras izmaiņām. Tiristoru izstrādē pēdējos gadosšis dizains tiek izmantots biežāk.
Attēlā 13.6 kā piemērs parādīts jauna TK sērijas jaudas silīcija tranzistora dizains. Šādām ierīcēm ir masīvs tapas konstrukcijas korpuss ar vītņotu skrūvi uz pamatnes savienošanai ar radiatoru un stingru pamatni un emitera vadiem.
vispārīgās īpašības pusvadītāju ierīces. Vietējā rūpniecība ražo plašu jaudas pusvadītāju ierīču klāstu, kuru izmantošana ļauj izveidot dažādus ekonomiskus, maza izmēra un ļoti uzticamus elektriskās enerģijas pārveidotājus. Pusvadītāju ierīču izvēles ērtībai instalāciju projektēšanas un bojātu vārstu nomaiņas procesā to darbības laikā tiek izmantota burtu un ciparu simbolu sistēma jaudas diodēm, tiristoriem, tranzistoriem un optroniem (GOST 15543-70*).
Rīsi. 13. T500 tiristora planšetdatora dizains bez dzesētāja (a) un jaudas tranzistora kopējie un uzstādīšanas izmēri (b)
Lai vadītu fototiristoru, tā korpusā ir paredzēts īpašs logs gaismas plūsmas pārraidīšanai. Optocoupler tiristoros kā emitētājs tiek izmantota pusvadītāju gaismas diode - LED, kurai tiek piegādāts vadības signāls. Fotoattēlu un optisko savienojumu tiristoru būtiska priekšrocība salīdzinājumā ar tiristoriem, kurus kontrolē ar elektrisko signālu, ir galvaniskā savienojuma trūkums starp ierīces strāvas ķēdi un to vadības sistēmu.
