Qo'llaniladigan optik nurlanish manbalari optoelektronika, umuman olganda, juda xilma-xildir. Biroq, ularning aksariyati (subminiatyurali cho'g'lanma va gaz razryadli lampochkalar, chang va plyonkali elektrolyuminessent emitentlar, vakuumli katodolyuminesans emitentlar va boshqa ko'plab turdagi) butun to'plamni qoniqtirmaydi. zamonaviy talablar va faqat ma'lum qurilmalarda, asosan indikator qurilmalarida va qisman optokupllarda qo'llaniladi.
Muayyan manbaning istiqbollarini baholashda hal qiluvchi rolni faol nurli moddaning (yoki ish hajmini to'ldiruvchi moddaning) yig'ilish holati o'ynaydi. Barcha mumkin bo'lgan variantlardan (vakuum, gaz, suyuqlik, qattiq) qattiq moddaga ustunlik beriladi va uning "ichida" monokristalli moddaga beriladi, chunki u qurilmalarning eng katta chidamliligi va ishonchliligini ta'minlaydi.
Optoelektronikaning asosini ikki guruh emitentlar tashkil qiladi:
1) kogerent nurlanishning optik generatorlari (lazerlar), ular orasida yarimo'tkazgichli lazerlarni ajratib ko'rsatish kerak;
1) o'z-o'zidan in'ektsion elektroluminesans printsipiga asoslangan yorug'lik chiqaradigan yarim o'tkazgichli diodlar.
Optoelektron yarimo'tkazgichli qurilma yarimo'tkazgichli qurilmadirspektrning ko'rinadigan, infraqizil va (yoki) ultrabinafsha hududlarida ushbu nurlanishga sezgir bo'lgan elektromagnit nurlanishni chiqaradigan yoki aylantiruvchi yoki bunday nurlanishdan uning elementlarining ichki o'zaro ta'siri uchun foydalanish.
Optoelektron yarimo'tkazgichli qurilmalarni yarimo'tkazgichli emitentlar, radiatsiya qabul qiluvchilar, optokuplerlar va optoelektronik integral sxemalarga bo'lish mumkin (2.1-rasm).
Yarimo'tkazgichli emitent - bu spektrning ko'rinadigan, infraqizil va ultrabinafsha hududlarida elektr energiyasini elektromagnit nurlanish energiyasiga aylantiradigan optoelektronik yarimo'tkazgichli qurilma.
Ko'pgina yarimo'tkazgichli emitentlar faqat kogerent bo'lmagan elektromagnit to'lqinlarni chiqarishi mumkin. Bularga spektrning ko'rinadigan mintaqasidagi yarim o'tkazgichli emitentlar - yarim o'tkazgichli ma'lumotni ko'rsatadigan qurilmalar (yorug'lik diodlari, yarim o'tkazgichlar belgisi indikatorlari, shkalalar va ekranlar), shuningdek, spektrning infraqizil mintaqasidagi yarim o'tkazgichli emitentlar - infraqizil diodlar kiradi.
Kogerent yarimo'tkazgichli emitentlar- bu har xil turdagi qo'zg'aluvchan yarimo'tkazgichli lazerlar. Ular ma'lum bir amplituda, chastota, faza, tarqalish yo'nalishi va qutblanishga ega bo'lgan elektromagnit to'lqinlarni chiqarishi mumkin, bu kogerentlik tushunchasiga mos keladi.
Ishning maqsadi - fotosensitiv va yorug'lik chiqaradigan qurilmalarning xususiyatlarini eksperimental o'rganishdir.
Qisqacha nazariy ma'lumotlar.
Optoelektronik yarimo'tkazgichli qurilmalarni ikki guruhga bo'lish mumkin: nurlantiruvchi va fotosensitiv (fotoqabul qiluvchi). Birinchi guruhga LEDlar va yarim o'tkazgichli lazer emitentlari kiradi, ikkinchi guruhga esa fotodiodlar, fototransistorlar, fototiristorlar, fotorezistorlar va boshqa bir qator kiradi.
Kirish. Optoelektronikaning zamonaviy sohasi juda keng bo'lib, ishlashi optik va elektr hodisalari bilan bog'liq bo'lgan qurilmalarni o'rganishni o'z ichiga oladi, masalan, har xil turdagi fotosensitiv hujayralar, yorug'lik generatorlari, modulyatorlar, displeylar va boshqalar. Biz yorug'lik chiqaradigan qurilmalar va detektorlarni o'rganish bilan cheklanamiz.
Ta'rif Optoelektronika - bu yorug'likni ta'minlaydigan, aniqlaydigan va boshqaradigan elektron jihozlarni o'rganish va qo'llash. Optoelektronik qurilmalar - bu optik yoki optikdan elektrga elektr konvertorlari yoki o'z ishlarida bunday qurilmalardan foydalanadigan qurilmalar.
LED - bu uning tarkibiga kiritilgan yarimo'tkazgichli materiallar qatlamlari orasidagi p-n o'tishlari bo'lgan qurilma. U orqali o'tadigan oqim energiyasini elektromagnit inkogerent nurlanishga aylantiradi.
P-n o'tish zonasida diod orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tganda, elektronlar va teshiklarning rekombinatsiyasi sodir bo'ladi. Ushbu jarayon quyidagi munosabatlar bilan belgilanadigan chastotali elektromagnit nurlanish bilan birga bo'lishi mumkin:
Ushbu qurilmalar elektr energiyasini yorug'lik energiyasiga aylantiradi. Ular elektr energiyasi bilan faollashtirilganda yorug'lik chiqaradilar. Ushbu qurilmalar yoritilganda kichik elektr signalini hosil qiladi va shu bilan yorug'lik energiyasini elektr energiyasiga aylantiradi.
LEDlar - bu optoelektronik qurilmalar, maishiy texnika, o'yinchoqlar va boshqa ko'plab joylarda sotiladigan rangli lampochkalar shaklida mavjud bo'lganlar. Yorug'lik chiqaradigan diodlar - ular orqali elektr toki o'tganda yorug'lik ishlab chiqarishga ta'sir qiluvchi diodlar. Diyotlar oqimning faqat bir yo'nalishda o'tishiga imkon beruvchi xususiyatga ega, ikkinchisiga emas.
- yarimo'tkazgichning tarmoqli bo'shlig'iga mos keladigan qiymat; 
- Plank doimiysi. Biroq, bu (radiatsion) rekombinatsiya mexanizmi bilan bir vaqtda, radiatsiyaviy bo'lmagan mexanizm ham ishlaydi, xususan, kristall panjara tomonidan energiyani yutish bilan bog'liq. LEDlarni ishlab chiqarishda ular uning ta'sirini kamaytirishga intilishadi. Elektr energiyasini yorug'likka aylantirish samaradorligi qiymat bilan baholanadi 
, ichki kvant samaradorligi deb ataladi. U chiqarilgan fotonlar sonining rekombinatsiyalangan juft tashuvchilar soniga nisbati bilan aniqlanadi.
Yorug'lik chiqaradigan diodlar. Ushbu aralashmalar donor atomlar deb ataladi, chunki ular strukturaga nisbatan "erkin" elektron hissa qo'shadilar. Ushbu aralashmalar qabul qiluvchi atomlar deb ataladi, chunki elektronlar soni panjaraning kovalent bog'lanishlarini yakunlash uchun etarli emas, natijada elektronni tezda qabul qiladigan teshik paydo bo'ladi. Elektronlar va teshiklar ta'siri ostida harakatlanishi mumkin elektr maydoni, va ular qayta birlashganda, foton yoki yorug'lik zarrasi hosil bo'ladi. Ushbu rekombinatsiya bog'lanmagan erkin elektronning energiyasini boshqa holatga o'tkazishni talab qiladi.
(5.1) dan kelib chiqqan holda, LED nurlanishining to'lqin uzunligi
yarimo'tkazgichning tarmoqli bo'shlig'iga teskari proportsionaldir. Germaniy, kremniy va galliy arsenididan tayyorlangan diodlar uchun maksimal chiqarilgan energiya infraqizil mintaqada sodir bo'ladi va qo'shimcha ravishda germaniy va kremniy diodlari uchun radiatsiyaviy bo'lmagan rekombinatsiyaning yuqori ehtimoli mavjud.
Ushbu matnlar ham qiziqarli bo'lishi mumkin
Kremniy va germaniyda ko'pchilik issiqlik shaklida bo'lib, chiqarilgan yorug'lik ahamiyatsiz. Ushbu xatolar tarmoqdagi harmoniklarning mavjudligi, shuningdek, sinov uskunasining o'lchov aniqligi tufayli yuzaga keladi. Sudya nafaqat taraflar tomonidan ilgari surilgan, balki boshqa yo'l bilan olingan bo'lishi kerak bo'lgan dastlabki faktlarga tayanishi mumkinmi yoki u o'z qarorini faqat taraflar da'vo qilgan faktlarga asoslashi mumkinmi? Nima uchun loyiha boshqaruvida bilimlar to'plamidan foydalanish kerak? . Plazma optoelektronika loyihasi qurilmalarni amalga oshirishdan, ularning optoelektronik tavsifidan tortib, fizik xususiyatlarini modellashtirishgacha bo'lgan organik elektronikada eksperimental va pastdan yuqoriga tadqiqotlar bilan shug'ullanadi.
Ko'rinadigan diapazonda chiqaradigan LEDlarni ishlab chiqarish uchun maxsus yarimo'tkazgichli materiallar - galliy fosfidi, galliy nitridi, kremniy karbid va boshqalar katta tarmoqli bo'shlig'iga ega. Zamonaviy LEDlar heterounctions, ya'ni turli tarmoqli bo'shliqlari bo'lgan materiallarga asoslangan yarimo'tkazgichli tuzilmalardan foydalanadi.
Organik elektronika sohasi asosiy qurilmalardan foydalangan holda turli texnologiyalarni o'z ichiga oladi. Yassi panelli displeylar va kam energiyali yoritish sohasidagi yorug'lik chiqaradigan diodlar Mantiqiy sxemalarda dala effektli tranzistorlar - ko'chmanchi yoki tarmoqdan tashqari elektr simlarini qo'llab-quvvatlash uchun xotira. Guruh faoliyati akademik dunyo hamkorlari, shuningdek, mintaqaviy va milliy sanoat tuzilmalari bilan mahalliy, milliy va xalqaro hamkorlik orqali rivojlanadi.
Ion nurlari bilan bug'larning cho'kishi
Ko'pgina optoelektronik komponentlar vakuumli bug'lanish natijasida hosil bo'lgan katodlardan foydalanadi. Ion nurlari bug'ining cho'kishi substratga bug'lanish orqali cho'kishni va bir vaqtning o'zida substratni energetik ionlar nuriga ta'sir qilishni o'z ichiga oladi. Bu usul optik, elektr, mexanik va o'zgarishlarga olib keladi kimyoviy xossalari yotqizilgan qatlam. Bu usul, xususan, tarkibiy qismlar ichida kislorod va suvning tarqalishini cheklash uchun yotqizilgan qatlamlarni siqish imkonini beradi. Bu komponentlarning ishlash muddatini yaxshilaydi.
Shaklda. 5.1-rasmda turli xil materiallardan tayyorlangan LEDlarning nurlanish intensivligining to'lqin uzunligiga bog'liqligi ko'rsatilgan (elektr zanjirlarida LEDning belgisi ham ko'rsatilgan);
Guruch. 5.1. Spektral xarakteristikalar va elektr diagrammalarida LEDlarning belgilanishi.
Nanostrukturali noorganik yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqish
Shu nuqtai nazardan, laboratoriyada yumshoq ion nurlarini sochish usullari ishlab chiqilgan. Organik va xususiyatlaridan foydalangan holda gibrid optoelektronik komponentlar noorganik moddalar Xuddi shu qurilmada raqobatbardosh arzon narxlardagi echimlarni ishlab chiqish uchun muhim salohiyatni namoyish etdi. Shu nuqtai nazardan, biz qurilmalarimizning faol qatlamlarida qo'llaniladigan yaxshi boshqariladigan morfologiyaga ega noorganik metall oksidi nanokristallarining sintezi, shuningdek shaffof o'tkazuvchan elektrodlar, blokirovka qiluvchi qatlamlar sifatida ishlatiladigan aerozol piroliz orqali noorganik yupqa qatlamlarni cho'ktirish bilan qiziqamiz. laboratoriyada ishlab chiqilgan komponentlarda bufer qatlamlari.
LEDning joriy kuchlanish xarakteristikasi (5.2-rasm) an'anaviy yarimo'tkazgichli diodaga o'xshaydi. Uning o'ziga xosligi shundaki, to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishlar bir necha voltga yetishi mumkin (katta tarmoqli bo'shliq tufayli), teskari kuchlanishlar esa pn birikmasining kichik qalinligi tufayli kichikdir. LEDning elektr uzilishida, p-n o'tish hajmidagi ta'sir ionlashuvi tufayli elektromagnit energiyaning nurlanishi ham paydo bo'lishi mumkin. Biroq, bu rejimda radiatsiya intensivligi past va u amaliy qo'llanilishini topa olmaydi.
Yangi texnologiyalar ishlab chiqilmoqda
Lazerli ablasyon yordamida organik materiallarni joylashtirish. . Lazer ablasyon fenomeni nozik organik qatlamlarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin: u boshqariladigan qalinlikdagi qatlamlarni va haroratda yaxshi kristal sifatini ishlab chiqarishning afzalligiga ega. muhit. Murakkabning molekulyar tuzilishining buzilishiga yo'l qo'ymaslik uchun oqim oqimining chegara darajasiga yaqin past oqim zichligida ishlash kerak. Lazerli ablasyon, shuningdek, niqob orqali avval qo'yilgan qatlamlarni tanlab chizish imkonini beradi.
Guruch. 5.2. LEDlarning joriy kuchlanish xususiyatlari.
LEDning muhim xarakteristikasi - bu yorqinlik, ya'ni nurlanishning yorqinligiga bog'liqligi 
to'g'ridan-to'g'ri oqimning kattaligi bo'yicha. Yorqinlik yorug'lik intensivligining yorug'lik yuzasining maydoniga nisbati bilan belgilanadi. Bunday xarakteristikaning taxminiy ko'rinishi rasmda ko'rsatilgan. 5.3. Uning boshlang'ich va oxirgi bo'limlaridagi egilishlari past va yuqori oqimlarda radiatsiyaviy bo'lmagan rekombinatsiya ehtimoli oshishi bilan izohlanadi.
Uglerod nanotubalari asosida elektrodlarni ishlab chiqish. . Elektr nuqtai nazaridan, nanotubalar geometriyasiga qarab metall yoki yarim o'tkazgich bo'lish xususiyatiga ega. Yechim yondashuvlari orqali biz uglerod nanotuba asosidagi elektrodlarni ishlab chiqish va optimallashtirishni maqsad qilganmiz.
Gibrid komponentlarni birgalikda cho'ktirish orqali ishlab chiqish. . Gibrid komponentlarni birgalikda cho'ktirish printsipi. Yangi yondashuv sifatida biz organik moddalarni bug'lanish yo'li bilan va noorganik moddalarni ionlarni chayqatish orqali birgalikda cho'ktirishni taklif qilamiz. Bunday gibrid qatlamlar, shuningdek, komponentlarni qamrab olish uchun to'siq qatlamlari sifatida ham ishlatilishi mumkin.
Guruch. 5.3. LEDning yorqinligi xususiyatlari.
LEDlar, boshqa chiqaradigan qurilmalardan (akkor lampalar va boshqalar) farqli o'laroq, juda tez ta'sir qiladi (inertsiyasiz). To'g'ridan-to'g'ri to'g'ridan-to'g'ri to'g'ridan-to'g'ri tok impulsini qo'llashda LED tomonidan yaratilgan yorug'lik oqimi bir necha mikrosekunddan o'nlab nanosekundlargacha bo'lgan maksimal diapazonga yetadigan vaqt.
Optoelektron qurilmalar
Organik va gibrid fotovoltaik hujayralar
Fotovoltaik hujayralar fotonlarni yutish orqali yorug'lik energiyasini elektr energiyasiga aylantirishga imkon beradi, so'ngra elektronni beruvchi va elektron qabul qiluvchi materiallardan tashkil topgan faol qatlamda erkin zaryadlarni hosil qiladi va nihoyat o'tkazadi. Kichik konjugatsiyalangan molekulalar yoki yarim o'tkazgich polimerlarga asoslangan organik hujayralar moslashuvchan substratlarda arzon narxlarda ishlab chiqilishining afzalliklariga ega.Organik quyosh xujayralari uchun asosiy maqsadlar. Bug'langan kichik molekulalar va konjugatsiyalangan polimerlar va eruvchan molekulyar qabul qiluvchilar asosidagi hujayralar asosida ikkala komponent uchun nanometr shkalasida morfologiyani nazorat qilish.
LEDlar quyidagi asosiy parametrlar bilan tavsiflanadi: maksimal nurlanishning to'lqin uzunligi yoki porlash rangi; berilgan to'g'ridan-to'g'ri oqimdagi yorqinlik yoki yorug'lik intensivligi; berilgan to'g'ridan-to'g'ri oqimda oldinga kuchlanishning pasayishi va maksimal ruxsat etilgan to'g'ridan-to'g'ri oqim, teskari kuchlanish va LED tomonidan tarqaladigan quvvat.
Fotodiod yarimo'tkazgichli qurilma bo'lib, uning p-n o'tish joyi tashqi nurlanish uchun ochiq. Agar tashqi kuchlanish manbalari yarimo'tkazgichli diyotning terminallariga ulanmagan bo'lsa, u holda p-n birikmasi muvozanat holatidadir. Bunday holda, diod terminallaridagi potentsial farq nolga teng va yarimo'tkazgich qatlamlari orasidagi interfeysda ko'pchilik tashuvchilarning p-n birikmasi orqali harakatlanishiga to'sqinlik qiluvchi ichki elektr maydoni mavjud.
Ion nurlari usullari yordamida elektrodlarni optimallashtirish. Hujayralarning faol zonalarini modellashtirish, ularning xususiyatlarini va umrini yaxshilash. Bug'langan kichik molekulalar asosida quyosh batareyalarining elektrod tuzilmalarini optimallashtirish. Organik komponentlar bilan parallel ravishda biz yaqinda nanostrukturali metall oksidlari asosida gibrid fotovoltaik hujayralarni ishlab chiqarish va optoelektronik tavsiflashni boshladik. Bizni asosan qattiq holatdagi bo'yoqlarga sezgir bo'lgan hujayralar qiziqtiradi, ularning potentsial ishlashi mumkin Sensibilizatsiyalangan hujayralarga qo'shimcha ravishda biz an'anaviy gibrid komponentlarni ishlab chiqishni davom ettirmoqdamiz.
Elektromagnit nurlanish ta'sirida (yorug'lik ostida) elektronlarning atomlar bilan aloqalari o'tish hajmida - elektron teshik juftlarini hosil qilishda buziladi. Bu hodisa ichki fotoelektr effekti deb ataladi. Pn birlashma maydoni hosil bo'lgan teshiklarni mintaqaga o'tkazadi p-mos ravishda yarimo'tkazgich va elektronlar n-yarim o'tkazgich, hosil bo'lgan tashuvchilarni ajratuvchi. Bunday holda, yarimo'tkazgich qatlamlarining tashqi qirralarida ma'lum bir potentsial farq paydo bo'ladi ("diodning anodida +", uning katodida "-") va bir vaqtning o'zida pn ning potentsial to'sig'ining balandligi. birlashma bu farq miqdoriga kamayadi.
Katta sa'y-harakatlar nano gözenekli metal oksidi qatlamlarini arzon narxlarda ishlab chiqish orqali nano-miqyosdagi arxitekturani aniq nazorat qilishga qaratilgan. Qattiq holatda sensibilizatsiyalangan bo'yoq hujayralari printsipi. Aloqa uchun: Thierry Trigot, Bruno Lukas. Jamoa organik tranzistorlar asosida elektron sxemalar ishlab chiqarishning yangi texnologiyalarini ishlab chiqmoqda. Maqsad - ishlatilgan materiallar va ishlab chiqarish usullari tufayli arzon mahsulotlarni olish. tadqiqotning ikkita sohasi asosan laboratoriyada ishlab chiqilgan.
Shaffof organik tranzistorlar. Bosib chiqarish usullari bilan ishlab chiqarilgan moslashuvchan sxemalar. Nazariy nuqtai nazardan o‘rganilgan. Organik yarim o'tkazgichlar fizikasi. Bosib chiqarish texnologiyasi yechimlari. Interfeyslar holati: cho'kma usullari va cho'ktirilgan materiallar bo'yicha.
Yorug'lik ta'sirida fotodiod tomonidan yaratilgan potentsial farqga foto emf deyiladi.
. Uning qiymati yorug'lik oqimiga bog'liq (5.4-rasm), lekin emfning fotosurati. kontakt potentsial farqidan oshmasligi kerak 
. Bu tashqi va ichki maydonlarning yo'nalishlari qarama-qarshi va ortib borishi bilan izohlanadi 
zaryad tashuvchilarning harakatini keltirib chiqaradigan umumiy elektr maydoni kamayadi. Agar foto emf teng bo'lsa. Va tashuvchilarning harakatiga sabab bo'lgan kuch yo'qoladi. Tashqi kontaktlarning zanglashiga olib ochilganda fotodiodning terminallarida hosil bo'ladigan potentsiallar farqining kattaligi ochiq elektron kuchlanish deb ataladi.
Organik zanjirlar arxitekturasi. Moslashuvchan substratga yotqizilgan organik tranzistorning tipik xususiyatlari. Bundan tashqari, biz fotovoltaik hujayralar kabi organik tranzistorlar asosida boshqa ilg'or komponentlarni ishlab chiqmoqdamiz. Haqiqatan ham, turli effektlar transport mexanizmlari bilan bevosita bog'liq bo'lgan foto o'tkazuvchanlik yoki fotovoltaik effekt kabi material tomonidan fotonni yutish yoki chiqarish orqali qattiq jismlarda ishlab chiqarilishi mumkin. Transistorning faol qatlamining fotoo'tkazuvchanlik xususiyatlaridan foydalanadigan fototranzistor yorug'likdan olinadigan kalit sifatida, optik panjara kuchaytirgichi, aniqlash davri yoki sensor sifatida ishlatilishi mumkin.
Guruch. 5.4. Fotosuratning emfga bog'liqligi. va yorug'lik oqimining kattaligidan p-n o'tishning qisqa tutashuv oqimi.
Agar yoritilgan p-n o'tish joyi bo'lgan diodaning simlari qisqa tutashgan bo'lsa, o'tkazgich orqali fototok deb ataladigan elektr toki o'tadi. 
, o'tish zonasida hosil bo'lgan erkin tashuvchilarning yo'naltirilgan harakati natijasida yuzaga keladi. Ularning harakati o'tishning ichki elektr maydoni ta'siri ostida sodir bo'ladi. Fotodiod yoritilganda, bu oqim yorug'lik nurlanishining energiyasi bilan saqlanib qoladi va elektron teshik juftlarini hosil qiladi. Nol tashqi tutashuv qarshiligi bilan bu oqim qisqa tutashuv oqimi deb ataladi.
Organik LEDlar
Yengil qo'zg'alish ostida moslashuvchan substratda organik tranzistor. Transistor uchun vaqt javob turli kuchlanishlar drenaj va yoritishga qarab. Aloqa uchun shaxs: Remi Entoni, Bruno Lukas. Organik yorug'lik chiqaradigan diodlar elektr energiyasini yorug'lik energiyasiga aylantiradi. Tuzilmalar sendvich tipidagi bo'lib, ikkita elektrod orasiga bir yoki bir nechta organik qatlamlar biriktirilgan bo'lib, ulardan biri chiqarilgan to'lqin uzunligi uchun shaffofdir. Komponentning terminallariga elektr maydonini qo'llash organik qatlamlarga o'tadigan yuk tashuvchilarni kiritish imkonini beradi va bu tashuvchilarning rekombinatsiyasi eksiton deb ataladigan kvazizarni hosil qiladi.
Fototokning kattaligi , foto-emf qiymati kabi, yorug'lik oqimiga proportsionaldir (5.4-rasm), lekin mos keladigan bog'liqlik
aniq to'yinganlik qismiga ega emas, chunki hosil bo'lgan tashuvchilarning har qanday soni uchun ularga ta'sir qiluvchi elektr maydoni kontakt potentsial farqi maydoniga teng bo'ladi.
Chiqarilayotgan yorug'likning to'lqin uzunligi va boshqa optoelektronik xususiyatlar chiqaradigan qatlamning tabiatiga bog'liq. Qorong'u va yorug'lik ostida fotoselning xususiyatlari. Ushbu komponentlar, masalan, elektr izolyatsiyasini saqlab qolish orqali ma'lumot uzatish imkonini beradi, bu ularning ishlash muddati yoki issiqlik barqarorligi nuqtai nazaridan baholash uchun ham ishlatilishi mumkin.
Xarakterlashning ilg'or usullari
Yuklarning harakatchanligini va tashish hodisalarini o'lchash
Shunday qilib, organik komponentlarning xususiyatlari tashuvchining harakatchanligi va transport mexanizmlariga juda bog'liq. Shuning uchun, o'lchash kerak bo'lgan ushbu nozik parametrlarni baholash uchun biz dielektrik o'lchovlarga asoslangan harakatchanlikni o'lchash usulini ishlab chiqdik: chastota funktsiyasi sifatida dielektrik yo'qotishlarni ifodalashda juda past chastotada ekstrapolyatsiya qilish o'tkazuvchanlikni olish imkonini beradi. Keyinchalik, oqim zichligi va kuchlanish xarakteristikasiga asoslanib, ularning harakatchanligini nihoyat aniqlash uchun tashuvchining zichligi aniqlanadi.Shunday qilib, tashqi yorug'lik manbalari mavjud bo'lganda, fotodiod emf generatori bo'lib xizmat qilishi mumkin. yoki joriy, ya'ni. yorug'lik energiyasini elektr energiyasiga aylantiruvchi funktsiyalarni bajarish. Quyosh konvertorlarining (batareyalarning) ishlashi ushbu printsipga asoslanadi. Fotodiodning tavsiflangan ishlash tartibi (tashqi manbalarsiz) valf rejimi deb ataladi.
Fotodiodning joriy kuchlanish xarakteristikasi, ya'ni. u orqali o'tadigan oqimning tashqi qo'llaniladigan kuchlanishning kattaligiga bog'liqligi ma'lum darajada yorug'lik bilan bog'liq. Shubhasiz, agar pn birikmasi yoritilmasa, u holda fotodiodning oqim kuchlanish xarakteristikasi an'anaviy diodaning mos keladigan xarakteristikasi bilan bir xil bo'ladi. Bu holat rasmdagi grafikga mos keladi. uchun 5,5
=0.
Guruch. 5.5. Fotodiodning joriy kuchlanish xarakteristikalari.
Qorong'i fotodiodga teskari kuchlanish qo'llanilganda, u orqali qorong'u oqim deb ataladigan oqim o'tadi. 
, an'anaviy diodga nisbatan quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:
(5.2)
Qayerda 
- to'yinganlik oqimi, 
- harorat potentsiali;
- qo'llaniladigan kuchlanish. Darvozali diodaning pn birikmasi yoritilganda, uning hajmida va qo'shni hududlarda juft tashuvchilar hosil bo'ladi. Ular tashqi elektr maydon tomonidan yarimo'tkazgich qatlamlarining chetlariga olib boriladi va diod orqali teskari oqim o'tadi.
(5.3)
Qayerda - qorong'u oqim, – elektromagnit nurlanish (fototok) tomonidan hosil qilingan tashuvchilar tomonidan yaratilgan oqim. Ushbu oqim shartli ravishda salbiy belgiga ega. Fototokning kattaligi yorug'lik oqimiga mutanosib bo'lgani uchun
, keyin ortib borayotgan yorug'lik bilan fotodiodning oqim kuchlanish xarakteristikasining teskari tarmog'i shaklda ko'rsatilganidek, deyarli parallel ravishda pastga siljiydi. 5.5. Fotodiodning bunday ishlash tartibi (p-n o'tishning teskari yo'nalishi bilan) fotodiod deb ataladi.
Agar fotodiodga nolga teng kuchlanish qo'llanilsa, bu uning qisqa tutashuviga to'g'ri keladi va yuqorida aytib o'tilganidek, qisqa tutashuv oqimi deb ataladigan tashqi tutashuv orqali bir oz oqim o'tadi.
.
Diyotdagi kuchlanishning polaritesi o'zgarganda, tashqi elektr maydoni fotoemf maydoniga qarshi ochiladi, bu pn birikmasi orqali tashuvchilar oqimining pasayishiga va shunga mos ravishda teskari oqimning pasayishiga olib keladi. Oldinga kuchlanish ma'lum bir qiymatga yetganda, diod oqimi to'xtaydi. Ushbu kuchlanishning qiymati bo'sh rejimga mos keladi va teng bo'ladi
, ma'lum bir yorug'lik va ochiq tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan diod tomonidan yaratilgan. Qulfni ochish potentsial farqining yanada oshishi diod orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tishiga olib keladi, uning kuchlanishga bog'liqligi (5.2) ga o'xshash munosabat bilan tavsiflanadi.
, va umumiy oqim teng bo'ladi
.
Fotodiodlar odatda yorug'lik sensori sifatida ishlatiladi va teskari yo'nalishda, ya'ni fotodiod rejimida ishlaydi. Ular quyidagi parametrlar bilan tavsiflanadi: – qorong‘u oqim (ma’lum harorat va teskari kuchlanishdagi qoraygan fotodiodning teskari oqimi);
- integral yoki
- differentsial fotosensitivlik. Ikkinchisi ko'pincha teskari oqimdagi o'zgarish nisbati sifatida aniqlanadi
unga sabab bo'lgan yorug'lik oqimining o'zgarishiga
.
Fotodiodning sezgirligi ta'minot nurining to'lqin uzunligiga bog'liq. Turli materiallardan tayyorlangan fotodiodlarning bu bog'liqligi va uning sxemalar bo'yicha belgilanishi 2-rasmda ko'rsatilgan. 5.6.
Guruch. 5.6. Fotodiodning spektral xarakteristikalari va uning elektr diagrammalarida belgilanishi.
Bipolyar tranzistor p-n o'tish joylarini o'z ichiga olgan struktura bo'lganligi sababli, undagi oqim faqat mos keladigan kuchlanishlarni o'zgartirish orqali emas, balki asosiy maydonni yoritish orqali ham nazorat qilinishi mumkin. Ushbu ish rejimi ta'minlangan tranzistorga fototransistor deyiladi. Yoritish bo'lmasa, uning oqim kuchlanish xususiyatlari an'anaviy tranzistor bilan bir xil bo'ladi.
Yorug'lik oqimi ta'sirida asosiy mintaqaning p-n o'tish joylarida elektron-teshik juftlari hosil bo'ladi. Qulflangan kollektor o'tish maydonida elektronlar (n-p-n tranzistor uchun) kollektor hududiga tortilib, uning oqimini oshiradi. Bu holat fotodiodning teskari yo'nalish rejimida ishlashiga o'xshaydi.
Fototranzistor (n-p-n turi) yoritilganda paydo bo'ladigan teshiklar bazada qolib, uning ijobiy potentsialini oshiradi, bu esa emitentdan elektron in'ektsiya intensivligini oshirishga olib keladi. Kollektor o'tish joyiga etib borgan qo'shimcha elektronlar uning maydoni tomonidan kollektor hududiga tortiladi va kollektor oqimining qo'shimcha kuchayishini yaratadi. Umumiy emitentli sxema bo'yicha yoqilganda fototranzistorning umumiy kollektor oqimi quyidagi munosabat bilan tavsiflanadi:
- kollektor oqimi orqali; 
- kattaligi tashqi yoritishga bog'liq bo'lgan kollektor birikmasining fotooqimi. (5.4) dan kelib chiqadiki, fototranzistorning kollektor oqimi ham asosiy sxema orqali, ham yorug'lik oqimining qiymatini o'zgartirish orqali boshqarilishi mumkin. Bunday tranzistorning fotosensitivligi taxminan
marta fotodiodning sezgirligi.
Fototranzistorning chiqish oqim kuchlanish xususiyatlarining oilasi shaklda ko'rsatilgan. 5.7. Fototransistorning ekvivalent sxemasi ham u erda an'anaviy tranzistor va fotodiodning kombinatsiyasi ko'rinishida taqdim etilgan.
Guruch. 5.7. Bipolyar fototransistorning joriy kuchlanish xususiyatlari, belgilanishi va ekvivalent ko'rinishi.
Kombinatsiyalangan kollektor oqimini nazorat qilish kerak bo'lmasa, fototransistorda asosiy terminal bo'lmasligi mumkin. Ushbu ish rejimi "yirtilgan" yoki bepul asosiy rejim deb ataladi. Bunday holda, fototransistor nafaqat maksimal sezuvchanlikka, balki uning parametrlarining maksimal beqarorligiga ham ega. Barqarorlikni oshirish uchun asosiy chiqish rezistor orqali emitent kontaktiga ulanishi mumkin.
Fototiristorlar - kommutatsiya kuchlanishi mos keladigan p-n o'tish joylarida yorug'lik oqimi ta'sirida o'zgarishi mumkin bo'lgan kommutatsiya yarimo'tkazgichli qurilmalar. Tiristorni yoqish sharti quyidagicha:
, Qayerda 
Va 
– ekvivalent tranzistorlarning uzatish koeffitsientlari. Yoritish bo'lmasa, fototiristorning oqim kuchlanish xarakteristikasi an'anaviy kommutatsiya moslamasining xarakteristikasiga o'xshaydi (dinistor yoki tiristor bilan).
). Fototiristor o'tish joylarining yoritilishi mos keladigan tranzistorlarning oqimlari va ularning o'tkazuvchanlik koeffitsientlarining oshishiga olib keladi. Bu shaklda ko'rsatilganidek, strukturaning yoqish kuchlanishining pasayishiga olib keladi. 5.8. Etarli darajada qizg'in yorug'lik holatida, fototiristor to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishning har qanday qiymatida, xuddi nazorat oqimi rektifikatsiya oqimidan kattaroq bo'lsa, tiristor ham yoqiladi.
Guruch. 5.8. Tok kuchlanishining xarakteristikalari va fototiristorning belgilanishi.
Shunday qilib, qoraygan fototiristorga biroz kuchlanish qo'llash va keyin p-n o'tish joyini qisqacha yoritib, qurilma yoqilgan holatga o'tkazilishi mumkin. Fototiristorni an'anaviy kommutatsiya moslamasi kabi, faqat anod oqimi ushlab turish oqimidan kamroq qiymatga tushirilganda o'chirish mumkin. Fototiristor shuningdek, qo'shimcha chiqishga ega bo'lishi mumkin - nazorat elektrodi, bu elektr va yorug'lik signali berilganda uni yoqish imkonini beradi.
Fotorezistor ikki elektrodli yarimo'tkazgichli qurilma bo'lib, uning qarshiligi tashqi yoritishga bog'liq. Oldin muhokama qilingan qurilmalardan farqli o'laroq, fotorezistorda to'g'rilash birikmalari mavjud emas va chiziqli element, ya'ni. uning joriy kuchlanish xarakteristikasi har qanday kuchlanish polaritesi uchun tavsiflanadi 
nisbat:
, Qayerda 
- fotorezistor orqali o'tadigan oqim; 
- ma'lum yorug'likdagi qarshilik. Fotorezistorning joriy kuchlanish xarakteristikalari va uning elektr davrlarida belgilanishi rasmda ko'rsatilgan. 5.9.
Guruch. 5.9. Oqim kuchlanishining xarakteristikalari va elektr zanjirlarida fotorezistorlarning belgilanishi.
Fotorezistorning asosiy parametrlari: qorong'u qarshilik 
(yorug'lik oqimiga qarshilik
), qarshilik o'zgarishi omili 
, ma'lum bir yorug'likdagi qorong'u qarshilikning qarshilikka nisbatiga teng. Fotorezistorlar, xuddi fotodiodlar kabi, turli to'lqin uzunlikdagi yorug'lik oqimlariga turlicha javob beradi. Infraqizil nurlanishga eng sezgir bo'lganlar selenid va qo'rg'oshin sulfididan tayyorlangan fotorezistorlar bo'lib, ko'rinadigan diapazonda ishlaganda selenid va kadmiy sulfiddan tayyorlangan fotorezistorlar qo'llaniladi.
Yorug'lik chiqaruvchi va fotodetektor bitta korpusga joylashtirilishi mumkin, bu esa optokupl yoki optokupl deb ataladigan qurilmani tashkil qiladi. Yorug'lik emitentlari va qabul qiluvchilarning kombinatsiyasiga qarab, optokupllarning har xil turlari mavjud. Ulardan ba'zilarining sxemalari bo'yicha tuzilishi va belgilari rasmda ko'rsatilgan. 5.10.
Guruch. 5.10. Har xil turdagi optokupllarning elektr diagrammalarida belgilanish.
Laboratoriya jihozlarining tavsifi.
5-sonli “Optoelektron qurilmalarni tadqiq qilish” laboratoriya ishi uchun o‘rnatish laboratoriya va o‘lchash stendlaridan iborat, tashqi ko'rinish old panellari 1.8 va 5.11-rasmlarda ko'rsatilgan.
Laboratoriya dastgohida chiqish kuchlanish diapazoni 0 bo'lgan sozlanishi quvvat manbai mavjud 
15V va 60mA da yuk oqimi cheklovchisi. Quvvat manbai kaliti, kuchlanishni sozlash tugmasi va chiqish rozetkalari laboratoriya dastgohi panelining o'ng tomonida joylashgan. Shuningdek, "O'chirish" deb nomlangan tugma mavjud. E ", bosilganda, chiqish voltaji "+" bilan belgilangan rozetkadan uziladi.
Bundan tashqari, ikkita oqim manbai mavjud bo'lib, ularning qiymatlari mos keladigan kalitlar tomonidan o'rnatiladi. Asosiy oqim 
nolga, 0,1 mkA, 1 mkA, 10 mkA va ikkinchi manba oqimiga o'rnatilishi mumkin – 0, 0,5 mA, 10 mA, 20 mA va 30 mA.
Ushbu laboratoriya ishida qizil rangli AL336B (VD1), yashil chiroqli AL336G (VD2) va infraqizil LED AL107A (VD3) ning xarakteristikalari o'rganiladi.
Rezistor 
680 Ohm deb baholangan LEDlar orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim miqdorini cheklash uchun xizmat qiladi. Bundan tashqari, AOD101A (U1) optokupllarining diodlari, AOT128A (U2) tranzistorlari, AOU103B tiristorlari (U3) va OEP10 (U4) rezistorlarining bir qismi bo'lgan har xil turdagi fotodetektorlar ustida ish olib borilmoqda. Rezistorlar
(qiymati 1 kOm) va
(10 kOhm qiymati) 6-sonli ishda amalga oshirilgan analog signal uzatish rejimida optokuplni o'rganishda foydalaniladi.
Laboratoriya stendi “On” almashish tugmasi yordamida yoqiladi. Quvvat manbaining ishlashi ushbu almashtirish tugmachasida joylashgan yashil LEDning yoritilishi bilan ko'rsatiladi.
Laboratoriya ishlarini bajarish tartibi.
1. Uyga tayyorgarlik.
Uyga tayyorgarlik ko'rish jarayonida ma'lumotnoma adabiyotlaridan foydalanib, ushbu ishda o'rganilgan yarimo'tkazgich qurilmalarining asosiy parametrlarini aniqlash va ish daftariga yozish talab qilinadi. Bundan tashqari, o'lchovlarni olish uchun diagrammalar va tadqiqot natijalarini qayd qilish uchun jadvallarni chizish kerak.
2. Laboratoriya ishlarini olib borish.
2.1. LEDlarning joriy kuchlanish xususiyatlarini o'rganish.
VD1 diodidan foydalanib, rasmda ko'rsatilgan sxemani yig'ing. 5.12.
Guruch. 5.12. LEDlarning oqim kuchlanishining to'g'ridan-to'g'ri tarmog'ini o'rganish uchun sxema.
Voltaj regulyatorining tugmachasini o'ta chap holatiga qo'ying (
); o'lchov chegarasi PV1 - 1,5V, o'lchov chegarasi PA1 - 10mA. Laboratoriya stendiga elektr ta'minotini yoqing.
Boshqaruv tugmachasini o'ngga burab, quvvat manbai kuchlanishini oshiring va dioddagi kuchlanish pasayishining to'g'ridan-to'g'ri oqimga bog'liqligini o'lchab, uning qiymatlarini quyidagicha o'rnating: 0mA, 1mA, 3mA, 5mA, 10mA, 20mA, 30mA, 40mA, 50mA. Jadvalning birinchi qatorini olingan ma'lumotlar bilan to'ldiring:
|
| ||||||||||
|
| ||||||||||
|
| ||||||||||
|
|
(mA)
(IN)VD2, VD3 diodlari uchun shunga o'xshash o'lchovlarni bajaring. Ularning ulanishi laboratoriya stendini quvvatsizlangan holda amalga oshirilishi kerak.
VD1 diodidan foydalanib, rasmda ko'rsatilgan sxemani yig'ing. 5.13.
Guruch. 5.13. LEDlarning joriy kuchlanish xarakteristikasining teskari tarmog'ini o'rganish uchun sxema.
O'lchov chegarasini o'rnating PA1 - 0,1 mA, PV1 - 15V. Diyotdagi blokirovka kuchlanishini o'zgartirish uchun regulyatordan foydalanib, teskari oqimni o'lchang va jadvalning birinchi qatorini to'ldiring:
|
| ||||||||
|
| ||||||||
|
| ||||||||
|
|
(IN)
(mA)VD2, VD3 diodlari uchun shunga o'xshash o'lchovlarni bajaring.
2.2. Fotodiodning joriy kuchlanish xususiyatlarini o'rganish.
Ushbu tadqiqotlar tsiklida U1 diodli optokuplning bir qismi bo'lgan galyum arsenidli fotodiod ishlatiladi.
2.2.1. Fotodiodning joriy kuchlanish xarakteristikasining to'g'ridan-to'g'ri tarmog'ini o'rganish.
Shaklda ko'rsatilgan sxemani yig'ing. 5.14.
Guruch. 5.14. Fotodiodning tok kuchlanish xarakteristikasining to'g'ridan-to'g'ri tarmog'ini o'rganish sxemasi.
Voltaj regulyatorini o'ta chap holatiga qo'ying (
), sozlash oqimini almashtiring - V nol holat, PV1 voltmetrining o'lchov chegarasi 0,75V, PA1 milliammetri 10mA.
Elektr ta'minotining chiqish kuchlanishini oshirib, fotodiodning to'g'ridan-to'g'ri oqimlarini shakldagi jadvalda ko'rsatilganlarga tenglashtiring. 5.15, undagi kuchlanishning pasayishini o'lchang va olingan ma'lumotlar bilan jadvalning birinchi qatorini to'ldiring.
LED oqim qiymatlarini 5, 10, 20 va 30 mA ga o'rnatish va shu bilan fotodiodning yoritilishini oshirish uchun "I" etiketli kalitdan foydalanib, shunga o'xshash o'lchovlarni bajaring.
|
| |||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
mA
mA
mA
mA
mAGuruch. 5.15. Fotodiodning joriy kuchlanish xarakteristikasining to'g'ridan-to'g'ri tarmog'ini o'rganish natijalarini qayd etish jadvali.
2.2.2. Fotodiodning ochiq tutashuv kuchlanishini va qisqa tutashuv oqimini o'rganish.
Quvvat manbaini kontaktlarning zanglashiga olib (5.14-rasm) ajratib oling va LED orqali oqimni 0,5, 10, 20 va 30 mA ga o'rnating, fotodiodning valf rejimida ishlayotganida ochiq elektron kuchlanishini o'lchang. Natijalaringizni jadvalga yozing:
|
| |||||
|
| |||||
|
|
Qisqa tutashuv oqimini o'lchash uchun rasmda ko'rsatilgan kontaktlarning zanglashiga olib boring. 5.16. Yuqoridagi jadvalda ko'rsatilganlarga muvofiq LED orqali oqimlarni o'rnating, fotodiodning qisqa tutashuv oqimlarining qiymatlarini o'lchang va natijalarni jadvalning pastki qatoriga kiriting.
Guruch. 5.16. Vana rejimida ishlaganda fotodiodning qisqa tutashuv oqimini o'lchash uchun sxema.
2.2.3. Valf rejimida ishlaganda fotodiodning joriy kuchlanish xarakteristikasining oraliq tarmog'ini o'rganish.
Shaklda ko'rsatilgan sxemani yig'ing. 5.17.
Guruch. 5.17. Fotodiodning joriy kuchlanish xususiyatlarini o'rganish sxemasi.
LED oqimini 5 mA ga o'rnating. Quvvat manbai chiqishidagi kuchlanishni o'zgartirib, fotodiod orqali oqimni nolga o'rnating. Ushbu kuchlanish oldindan o'lchangan qiymatga yaqin bo'lishi kerak
tegishli LED oqimida. Voltajni nolga kamaytiring, fotodiod oqimlarini uning qiymatidan 3-5 gacha o'lchang va natijalarni jadvalga kiriting:
|
| ||||||||
|
|
(IN)Nol quvvat manbai kuchlanishida to'g'ridan-to'g'ri oqimning kattaligi mos keladigan qiymatga yaqin bo'lishi kerak
. 10, 20 va 30 mA ga teng bo'lgan LED orqali oqimlar uchun shunga o'xshash o'lchovlar tsiklini bajaring.
2.2.4. Fotodiodning joriy kuchlanish xarakteristikasining teskari tarmog'ini o'rganish.
Shaklda ko'rsatilgan sxemani yig'ing. 5.18.
Guruch. 5.18. Fotodiodning oqim kuchlanish xarakteristikasining teskari tarmog'ini o'rganish sxemasi.
LED orqali oqimni nolga, quvvat manbai kuchlanishini nolga yaqin, o'lchash chegarasi PV1 dan 15V gacha, PA1 o'lchov chegarasini 0,1mA ga o'rnating.
Fotodiodning teskari oqimining blokirovkalash kuchlanishining qiymatiga bog'liqligini o'lchang va rasmda ko'rsatilgan jadvalning birinchi qatorini mos keladigan ma'lumotlar bilan to'ldiring. 5.19. LED orqali oqimni 5, 10, 20 va 30 mA ga o'rnating, shunga o'xshash o'lchovlarni bajaring va natijalarni bir xil jadvalga kiriting.
|
| ||||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
Guruch. 5.19. Fotodiodning joriy kuchlanish xarakteristikasining teskari tarmog'ini o'rganishda natijalarni qayd etish uchun jadval.
2.3. Fototransistorning chiqish xarakteristikalarini o'rganish.
Ushbu tadqiqotlar davomida tranzistorli optokuplning bir qismi bo'lgan fototransistor ishlatiladi
.
Shaklda ko'rsatilgan sxemani yig'ing. 5.20.
Guruch. 5.20. Fototransistorning chiqish xarakteristikalarini o'rganish sxemasi.
Oqimlarni o'rnating Va nolga teng, kuchlanish regulyatori tugmasi o'ta chap holatda, o'lchov chegarasi PA1 0,1 mA, o'lchov chegarasi PV1 15V.
0, 1, 3, 6, 9, 12 va 15V quvvat manbai kuchlanishida tranzistor kollektor oqimini o'lchang va natijalarni rasmda ko'rsatilgan jadvalning tegishli qatoriga kiriting. 5.21. Asosiy oqimlarni 1, 5 va 10 mkA ga o'rnatib, yoqilmagan tranzistor uchun shunga o'xshash o'lchovlarni bajaring (bilan
= 0). Olingan natijalarni jadvalning tegishli qatorlariga yozing.
LED oqimini 20mA ga o'rnating va shunga o'xshash o'lchovlar tsiklini bajaring.
|
| |||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
(IN)
(mA)
mkA
mkA
mkAGuruch. 5.21. Fototranzistorning chiqish xususiyatlarini o'rganish natijalarini qayd etish uchun jadval.
2.4. Fototiristor tadqiqoti.
Ushbu elementni bajarishda tiristor optokupllarining bir qismi bo'lgan fototiristor ishlatiladi.
.
Shaklda ko'rsatilgan sxemani yig'ing. 5.22.
Guruch. 5.22. Fototiristorni o'rganish sxemasi.
Fotodiod orqali oqimni nolga tenglashtiring, chiqish voltaj regulyatorining tugmachasini o'ta chap holatga o'rnating, PV1 o'lchov chegarasi 15V ni tashkil qiladi.
Quvvat manbai kuchlanishini oshirib, tiristorni yoqishga harakat qiling. Agar u yoqilgan bo'lsa, VD2 LED yonadi. Qiymatni o'lchash
. Ta'minot kuchlanishini nolga tushiring va "O'chirish" tugmasini bosing. Tiristorni asl holatiga qaytarish uchun E". LED oqimini 2, 5, 10 va 20 mA ga o'rnating, shunga o'xshash o'lchovlarni bajaring va natijalarni jadvalga kiriting:
|
| |||||
|
|
LED oqimini nolga o'rnating. Tiristorni o'chiring. Quvvat manbaining maksimal kuchlanishini o'rnating va LED orqali oqimni ketma-ket oshirib, tiristorni yoqing. LED oqimini nolga tushirish orqali uni o'chirishga harakat qiling.
2.5. Fotorezistor tadqiqoti.
Laboratoriya ishining ushbu bandini bajarishda optokuplga kiritilgan fotorezistorning xususiyatlari tekshiriladi.
.
Shaklda ko'rsatilgan sxemani yig'ing. 5.23.
Guruch. 5.23. Fotorezistorni o'rganish sxemasi.
Joriyni o'rnating nolga teng, kuchlanish regulyatorining tugmasi o'ta chap holatiga (
), o'lchov chegarasi PV1 - 15V, PA1 - 0,1mA.
Fotorezistordagi kuchlanishni o'zgartirib, u orqali o'tadigan oqimni o'lchang va natijalarni rasmda ko'rsatilgan jadvalning birinchi qatoriga kiriting. 5.24. Akkor lampochka orqali oqimlarning qiymatlarini doimiy ravishda oshirib, shunga o'xshash o'lchovlarni bajaring va natijalarni jadvalning tegishli qatorlariga yozing.
|
| |||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
(mA)Guruch. 5.24. Fotorezistorning joriy kuchlanish xususiyatlarini o'rganish natijalarini qayd etish jadvali.
Quvvat manbai va o'lchash asboblari kuchlanishining polaritesini o'zgartiring (5.25-rasmda ko'rsatilgan sxemani yig'ing). Shunga o'xshash o'lchovlar tsiklini bajaring va natijalarni jadvalga yozing.
Guruch. 5.25. Teskari kuchlanish polariteli fotorezistorning joriy kuchlanish xususiyatlarini o'rganish sxemasi.
3. Eksperimental natijalarni qayta ishlash.
3.1. 2.1-bandni bajarishda olingan natijalarni qayta ishlash.
Grafik qog'ozning bir varag'ida o'rganilayotgan diodlarning oqim kuchlanish xususiyatlarining to'g'ridan-to'g'ri va teskari shoxlarini tuzing, oldingi tarmoq uchun 5 mA / sm, 0,5 V / sm va shunga mos ravishda oqimlar va kuchlanishlar o'qi bo'ylab masshtabni oling. teskari filial uchun 0,1 mA / sm va 1,5 V / sm.
3.2. 2.2.1-bandlar natijalarini qayta ishlash 2.2.4 Laboratoriya ishi.
Grafik qog'ozning bir varag'ida LED oqimi bilan belgilangan turli xil yoritish darajalarida fotodiodning to'liq oqim kuchlanish xususiyatlari oilasini yarating. Oqim kuchlanishining xarakteristikasining to'g'ridan-to'g'ri tarmog'i uchun oqim o'qi bo'ylab shkala 5 mA / sm ga teng, kuchlanish o'qi bo'ylab 0,1 V / sm ga teng tanlanishi kerak. Teskari filialni qurishda 0,1 mA / sm va 1,5 V / sm ga teng bo'lgan tarozilarni oling. Xususiyatlarga yuk bo'lmagan kuchlanish va qisqa tutashuv oqimining qiymatlarini belgilang.
2.2.2-bandda olingan ma'lumotlarga asoslanib, bog'liqliklarni tuzing
Va
, Qayerda - LED orqali oqim. Tegishli miqdorlarning qiymatlari chizilgan o'qlar bo'ylab shkalalar 5 mA / sm ga teng tanlangan bo'lishi kerak - joriy o'q bo'ylab ; 0,1V / sm - eksa bo'ylab
va 0,2 mA / sm - eksa bo'ylab
.
3.3. 2.3-bandni bajarishda olingan natijalarni qayta ishlash.
Grafik qog'ozning bir varag'ida turli xil LED oqim qiymatlarida fototransistorlar chiqish xarakteristikalari oilasini yarating. Kuchlanish o'qida 1V / sm ga teng o'lchovni va oqim o'qida 2mA / sm ni tanlang.
3.4. Laboratoriya ishlarining 2.4-bandi natijalarini qayta ishlash.
Fototiristorni yoqish kuchlanishining LED oqimiga bog'liqligini 2 mA / sm oqim o'qi bo'ylab va 3 V / sm kuchlanish o'qi bo'ylab shkalani tanlang. Ushbu elementni bajarishda olingan natijalarni tushuntiring.
3.5. 2.5-band natijalarini qayta ishlash.
Grafik qog'ozning bir varag'ida 5 mA / sm oqim o'qi bo'ylab va 3V / sm kuchlanish o'qi bo'ylab shkalani tanlab, qo'llaniladigan kuchlanishning ikkala qutblari uchun fotorezistorning oqim kuchlanish xususiyatlari oilasini tuzing.
Ushbu xususiyatlarga asoslanib, turli xil yorug'likdagi nol kuchlanish qiymatlari hududida fotorezistorning qarshiligini aniqlang, fotorezistor qarshiligining nurlanish manbai orqali o'tadigan oqim miqdoriga bog'liqligi grafigini tuzing.
n1.doc
4.1-mavzu Optoelektronika asoslari. Optoelektron qurilmalarning tasnifi.Optoelektronika funktsional elektronika va mikroelektronikaning muhim mustaqil sohasidir. Optoelektron qurilma - bu ma'lumotni qayta ishlashda elektr signallari optik signallarga va aksincha aylantiriladigan qurilma.
Optoelektron qurilmalarning muhim xususiyati shundaki, ulardagi elementlar optik bog'langan va bir-biridan elektr izolyatsiyalangan.
Optoelektronika ikkita asosiy mustaqil sohani qamrab oladi - optik va elektron-optik. Optik yo'nalish qattiq jismning elektromagnit nurlanish bilan o'zaro ta'siriga asoslangan. U golografiya, fotokimyo, elektro-optika va boshqa hodisalarga tayanadi. Optik yo'l-yo'riq ba'zan lazer yo'riqnomasi deb ataladi.
Elektron-optik yo'nalish, bir tomondan, ichki fotoelektrik effekt, ikkinchi tomondan, elektroluminesans orqali qattiq jismda amalga oshiriladigan fotoelektrik konversiya printsipidan foydalanadi. Ushbu yo'nalish an'anaviy elektron kontaktlarning zanglashiga olib keladigan galvanik va magnit ulanishlarni optik bilan almashtirishga asoslangan. Bu aloqa kanalidagi axborot zichligini, uning tezligini va shovqinga chidamliligini oshirish imkonini beradi.
Optoelektronikaning asosiy elementi hisoblanadi optokupl Ichki bo'lgan optokupller mavjud (9.4-rasm, A) va tashqi (9.4-rasm, b) fotonik aloqalar. Eng oddiy optokupl to'rt terminalli tarmoqdir (9.4-rasm, A), uchta elementdan iborat: foto emitter 1 , yorug'lik qo'llanmasi 2 va yorug'lik qabul qiluvchisi 3, muhrlangan, yorug'lik o'tkazmaydigan korpusga o'ralgan. Elektr signali kirishga impuls yoki kirish oqimining pasayishi shaklida qo'llanilganda, fotoemitter qo'zg'aladi. Yorug'lik qo'llanmasi orqali yorug'lik oqimi fotodetektorga kiradi, uning chiqishida elektr impulsi yoki chiqish oqimining pasayishi hosil bo'ladi. Ushbu turdagi optokupl elektr signallarining kuchaytirgichi bo'lib, unda ichki ulanish fotonik, tashqi ulanish esa elektrdir. .
Optokupllarning yana bir turi elektr ichki va fotonik tashqi ulanishga ega (9.4-rasm, b) - yorug'lik signallarining kuchaytirgichi, shuningdek, bir chastotali signallarni boshqa chastotali signallarga, masalan, infraqizil nurlanish signallarini ko'rinadigan spektrning signallariga o'zgartiruvchidir. Nurni qabul qiluvchi 4 kirish yorug'lik signalini elektr signaliga aylantiradi. Ikkinchisi kuchaytirgich tomonidan kuchaytiriladi 5 va yorug'lik manbasini qo'zg'atadi 6.
Hozirgi vaqtda ko'plab optoelektronik qurilmalar ishlab chiqilgan
Shaxsiy maqsad. Mikroelektronikada, qoida tariqasida, faqat integratsiya qilish imkoniyati mavjud bo'lgan, shuningdek ularni ishlab chiqarish texnologiyasining tegishli integral mikrosxemalarni ishlab chiqarish texnologiyasi bilan mos keladigan optoelektronik funktsional elementlardan foydalaniladi.
Foto emitentlar. Optoelektron yorug'lik manbalari miniatyura, kam quvvat iste'moli, yuqori samaradorlik va ishonchlilik, uzoq xizmat muddati va ishlab chiqarish kabi talablarga bo'ysunadi. Ular yuqori unumdorlikka ega bo'lishi va birlashtirilgan qurilmalar sifatida ishlab chiqarilishi mumkin bo'lishi kerak.
Eng ko'p ishlatiladigan elektroluminesans manbalari qarshi LEDlari, bunda yorug'lik emissiyasi elektronlar va teshiklarning tarmoqlararo rekombinatsiyasi mexanizmi bilan belgilanadi. Agar siz etarlicha katta in'ektsiya oqimidan o'tsangiz
| Guruch. 9.5. Injection LEDning ishlash printsipini tushuntirish |
orqali p- n-o'tish (oldinga yo'nalishda), keyin valentlik zonasidan ba'zi elektronlar o'tkazuvchanlik zonasiga o'tadi (9.5-rasm). Valentlik zonasining yuqori qismida erkin holatlar (teshiklar) hosil bo'ladi, o'tkazuvchanlik zonasining pastki qismida esa holatlar to'ldiriladi.
Niya (o'tkazuvchan elektronlar). Bunday teskari populyatsiya muvozanat emas va teskari elektron o'tish paytida fotonlarning xaotik emissiyasiga olib keladi. Natijada R-n-o'tish inkogerent nurlanish elektroluminesans hisoblanadi. O'tkazuvchanlik zonasining to'ldirilgan qismidan valentlik zonasining erkin qismiga lyuminestsent o'tish paytida chiqarilgan foton bir xil fotonning stimulyatsiyalangan emissiyasini keltirib chiqaradi, bu esa boshqa elektronning valentlik zonasiga o'tishiga olib keladi. Biroq, bir xil energiyadagi foton (dan ∆ E= E 2 - E 1 oldin ∆ E=2? E) ni so'rib bo'lmaydi, chunki pastki holat erkin (uning ichida elektronlar yo'q) va yuqori holat allaqachon to'ldirilgan. Bu shuni anglatadiki p- n-o'tish bunday energiyaning fotonlari uchun, ya'ni mos keladigan chastota uchun shaffofdir. Aksincha, energiyaga ega fotonlar ko'proq ∆ E+2? E, so'rilishi mumkin, elektronlarni valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik zonasiga o'tkazadi. Shu bilan birga, bunday energiyalar uchun fotonlarning induksiyalangan emissiyasi mumkin emas, chunki yuqori boshlang'ich holat to'ldirilmaydi, pastki holat esa to'ldiriladi. Shunday qilib, rag'batlantirilgan emissiya tarmoqli energiyaga mos keladigan chastota atrofida tor diapazonda mumkin ∆E spektr kengligi bilan ? E.
LEDlar uchun eng yaxshi materiallar galyum arsenid, galyum fosfid, silikon fosfid, silikon karbid va boshqalardir. LEDlar yuqori tezlikka ega (taxminan 0,5 ms), lekin yuqori oqim (taxminan 30 A / sm2) iste'mol qiladi. So'nggi paytlarda galliy arsenid - alyuminiy asosida LEDlar ishlab chiqildi, ularning kuchi o'nlab milliamperli oqim bilan fraksiyalardan bir necha millivattgacha o'zgarib turadi. LEDlarning samaradorligi 1 - 3% dan oshmaydi.
Istiqbolli yorug'lik manbalari in'ektsiya lazerlari, yuqori samaradorlik va tezlik (o'nlab pikosekundlar) bilan tor spektrli mintaqada yuqori energiyani jamlash imkonini beradi. Ushbu lazerlar integral mikrosxemalar bilan bir xil texnologiyadan foydalangan holda bitta asosiy chipda massivlar sifatida ishlab chiqarilishi mumkin. Oddiy in'ektsiya lazerlarining kamchiliklari shundaki, ular faqat juda past haroratlarda sovutilganda maqbul ishlashga ega. Da normal harorat Gallium-arsenid lazeri past o'rtacha quvvatga ega, past samaradorlik (taxminan 1%), past ish barqarorligi va xizmat muddati. Geterobog'lanishlar yordamida murakkab tuzilmaning o'tishini yaratish orqali in'ektsiya lazerini yanada takomillashtirish (heterobog'lanish - bu bir xil turdagi elektr o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan qatlamlar orasidagi chegara, lekin har xil tarmoqli bo'shliqlari) kichik o'lchamdagi ishlaydigan yorug'lik manbasini olish imkonini berdi. 10 - 20% samaradorlik va maqbul xususiyatlarga ega normal haroratlarda.
Fotodetektorlar. Yorug'lik signallarini elektr signallariga aylantirish uchun fotodiodlar, fototransistorlar, fotorezistorlar, fototiristorlar va boshqa qurilmalar qo'llaniladi.
Fotodiod teskari yo'nalishga ega p- n- teskari to'yinganlik oqimi tushayotgan yorug'lik ta'sirida unda hosil bo'lgan zaryad tashuvchilar soni bilan belgilanadigan o'tish (9.6-rasm). Fotodiodning parametrlari uning zanjirida oqayotgan oqim qiymatlari orqali ifodalanadi. Odatda integral deb ataladigan fotodiodning sezgirligi fototokning uni keltirib chiqargan yorug'lik oqimiga nisbati sifatida aniqlanadi. F ? . Fotodiodlarning sezgirlik chegarasi tomonidan baholanadi ma'lum qiymatlar integral (joriy) sezuvchanlik va qorong'u oqim I d, ya'ni sezgir qatlamning nurlanishi bo'lmaganda, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim.
Fotodiodlar uchun asosiy materiallar germaniy va kremniydir. Silikon fotodiodlar odatda spektrning tor hududida sezgir (dan? = 0,6 - 0,8 mikrondan? = 1,1 mkm) maksimal bilan? = 0,85 mikron va germaniy fotodiodlarining sezgirlik chegaralari bormi? = 0,4 - 1,8 mkm, maksimal bilan? ? 1,5 mikron. 20 V kuchlanishli fotodiod rejimida kremniy fotodiodlarining qorong'u oqimi odatda 3 mkA dan oshmaydi, germaniy uchun esa; 10 V kuchlanishdagi fotodiodlar u 15-20 mA ga etadi.
Fototransistorlar ikki yoki undan ortiq nurlanish energiyasini qabul qiluvchilardir r-p- sezgir qatlam nurlanganda fototokni kuchaytirish xususiyatiga ega bo'lgan o'tishlar. Fototransistor fotodiodning xususiyatlarini va tranzistorning kuchaytiruvchi xususiyatlarini birlashtiradi (9.7-rasm). Fototransistorda optik va elektr kirishlarning mavjudligi bir vaqtning o'zida energiya xarakteristikasining chiziqli qismida ishlash uchun zarur bo'lgan moyillikni yaratishga, shuningdek kompensatsiya qilishga imkon beradi. tashqi ta'sirlar. Kichik signallarni aniqlash uchun fototransistordan olingan kuchlanish kuchaytirilishi kerak. Bunday holda, chiqish AC qarshiligini kollektor pallasida minimal qorong'u oqim bilan oshirish kerak, bu esa bazada ijobiy egilish hosil qiladi.
Yorug'lik qo'llanmalari. Optokupldagi yorug'lik manbai va yorug'lik qabul qiluvchi o'rtasida yorug'lik qo'llanmasi mavjud. LED va o'tkazuvchi vosita (tola) o'rtasidagi interfeysdan aks ettirish paytida yo'qotishlarni kamaytirish uchun ikkinchisi yuqori sinishi indeksiga ega bo'lishi kerak. Bunday muhitlar immersion deb ataladi. Suvga cho'mdiruvchi material bo'lishi kerak shuningdek, manba va qabul qiluvchining materiallariga yaxshi yopishishi, kengayish koeffitsientlari bo'yicha etarli darajada mos kelishini ta'minlash, ish joyida shaffof bo'lishi va hokazo. Eng istiqbolli sinishi ko'rsatkichi 1,8-1,9 bo'lgan qo'rg'oshin oynalari va sinishi ko'rsatkichli selenli ko'zoynaklardir. 2, 4-2,6. Shaklda. 9.8-rasmda immersion yorug'lik yo'riqnomasi bilan qattiq holatdagi optokuplning ko'ndalang kesimi ko'rsatilgan.
Optoelektronikada yorug'lik yo'riqnomasi sifatida shisha yoki shaffof plastmassaning yupqa iplari ishlatiladi. Ushbu yo'nalish optik tolali deb ataladi. Elyaflar yorug'lik izolyatsiyalovchi materiallar bilan qoplangan va ko'p yadroli yorug'lik kabellariga ulangan. Ular yorug'likka nisbatan xuddi shu funktsiyalarni bajaradilar, chunki metall simlar oqimga nisbatan. Optik tolalardan foydalangan holda siz: optik tolaning diametri (taxminan 1 mikron) bilan aniqlangan o'lchamdagi tasvirni element bo'yicha uzatishni amalga oshirishingiz mumkin; yorug'lik qo'llanmasining tolalarini egish va burish qobiliyati tufayli tasvirning fazoviy o'zgarishlarini yaratish; tasvirlarni katta masofalarga uzatish va hokazo. Rasmda. 9.9-rasmda yorug'lik o'tkazuvchi tolalardan yasalgan kabel shaklida yorug'lik yo'riqnomasi ko'rsatilgan.
Integral optika. Funktsional mikroelektronikaning istiqbolli yo'nalishlaridan biri optik axborotni uzatish va qayta ishlash uchun yuqori unumdor tizimlarni yaratishni ta'minlaydigan integratsiyalashgan optikadir. Integratsiyalashgan optika sohasidagi tadqiqot sohasi dielektrik yupqa plyonkali to'lqin uzatgichlarda va optik tolalarda optik diapazonda elektromagnit nurlanishning tarqalishi, konvertatsiyasi va kuchaytirilishini o'z ichiga oladi. Integratsiyalashgan optikaning asosiy elementi ommaviy yoki sirt optik mikroto'lqinli yo'riqnomadir. Eng oddiy nosimmetrik hajmli optik mikroto'lqinli yo'riqnoma - bu atrofdagi optik muhitning sinishi ko'rsatkichidan oshib ketadigan sinishi indeksi bilan bir yoki ikkita fazoviy o'lchamda lokalizatsiya qilingan hudud. Bu optik jihatdan zichroq mintaqa dielektrik to'lqin o'tkazgichning kanali yoki tashuvchisi qatlamidan boshqa narsa emas.
P 
Asimmetrik sirt dielektrik to'lqin o'tkazgichga misol sifatida optik shaffof dielektrik yoki yarim o'tkazgichning sinishi ko'rsatkichi optik shaffof substratning sinishi ko'rsatkichidan oshib ketadigan nozik plyonka bo'lishi mumkin. Elektromagnit maydonning lokalizatsiya darajasi, shuningdek tashuvchi qatlam va substrat bo'ylab uzatiladigan energiya oqimlarining nisbati tashuvchi qatlamning samarali ko'ndalang o'lchami va tashuvchi qatlamning sinishi ko'rsatkichlaridagi farq bilan belgilanadi. ma'lum bir radiatsiya chastotasida substrat. Nisbatan oddiy va qattiq holatdagi optik qurilmalar uchun eng mos bo'lgan optik chiziqli mikroto'lqinli yo'riqnoma, nozik dielektrik plyonka shaklida tayyorlangan (9.10-rasm), mikroelektronika usullaridan foydalangan holda substratga yotqizilgan (masalan, vakuumli cho'kma). Niqob yordamida butun optik sxemalar yuqori aniqlikdagi dielektrik substratga qo'llanilishi mumkin. Elektron nurli litografiyadan foydalanish ma'lum bir uzunlikdagi bitta optik chiziqli to'lqin o'tkazgichlarini va optik bog'langan to'lqin o'tkazgichlarini yaratishda muvaffaqiyatga erishdi va keyinchalik integratsiyalashgan optik tizimlarda yo'nalishli bog'lovchilar va chastota-selektiv filtrlarni yaratish uchun zarur bo'lgan diverging to'lqin o'tkazgichlarini yaratishda muvaffaqiyatga erishdi. .
Optoelektronik mikrosxemalar. Yoniq
Optoelektronika asosida juda ko'p mikrosxemalar ishlab chiqilgan. Keling, mahalliy sanoat tomonidan ishlab chiqarilgan ba'zi optoelektronik mikrosxemalarni ko'rib chiqaylik. Mikroelektronikada optoelektronik galvanik izolyatsiyalash mikrosxemalari eng ko'p qo'llaniladi. Ularga yuqori tezlikdagi kalitlar, analog signal kalitlari, kalitlar va funktsional analog signallarni qayta ishlash tizimlarida foydalanish uchun mo'ljallangan analog optoelektronik qurilmalar kiradi.
Har qanday optoelektronik mikrosxemaning asosiy elementi optokupl juftligidir (9.11-rasm, A, b), yorug'lik manbasidan iborat 1 , kirish signali, immersion muhiti bilan boshqariladi 2, yorug'lik manbai va fotodetektorga optik ulangan 3. Optokupl juftligining parametrlari shaharni ajratish qarshiligi, oqim uzatish koeffitsienti (qabul qiluvchining fototokining emitent oqimiga nisbati), o'tish vaqti va o'tkazuvchanlik sig'imi.
Optoelektronik juftliklar asosida turli maqsadlar uchun optoelektronik mikrosxemalar yaratilgan.
Guruch. 9.11. Optokupl juftligini sxemasi va texnologik amalga oshirish:
1 - yorug'lik manbai; 2 - suvga cho'mdiruvchi vosita; 3 - fotodetektor.
4.2-mavzu OPTOELEKTRON QURILMALARNING ELEMENTLARI
1. Optoelektron kalit optoelektronik juftlik va kuchaytirgichni o'z ichiga olgan gibrid chipdir. Kalit yuqori samarali kremniy qo'shilgan galyum apsenidli LEDlar va yuqori tezlikda ishlaydigan kremniydan foydalanadi. p-
i-
n- fotodiodlar. Suvga cho'mish muhiti sindirish ko'rsatkichi 2,7 ga teng bo'lgan xalkogenid shishasidir. Optoelektronik juftlikdagi oqim uzatish koeffitsienti normal haroratda 3-5 ni tashkil qiladi, yoqish vaqtlari (kechikish va ko'tarilish vaqtlari yig'indisi) 100-250 ps, to'g'ridan-to'g'ri yorug'lik uchun LED va fotodetektor pallasining galvanik izolyatsiyasi. oqim 10 9 Ohm. Mikrosxema TO-5 tipidagi yumaloq metall-shisha qutida qilingan.
2. Optoelektron kalit o'zgaruvchan va to'g'ridan-to'g'ri oqimlarning yuqori voltli davrlarini almashtirish uchun mo'ljallangan. U to'rtta mustaqil kanalga ega, ularning har biri LED va yuqori voltli ikkita optoelektronik juftlikni o'z ichiga oladi. p- i- n- fotodiod. Fotodiodlar ketma-ket ulanadi, shuning uchun qulflangan holatda kalitning qarshiligi (LEDlar orqali oqim bo'lmasa), qo'llaniladigan kuchlanishning polaritesidan qat'i nazar, teskari yo'nalishning qorong'i qarshiligi bilan aniqlanadi. p- i- n-fotodiod; uning qiymati taxminan 10 9 ohmni tashkil qiladi.
3. Transistorli kalit doimiy kuchlanishlarni almashtirish uchun mo'ljallangan 50 V gacha. Qurilma ikkita mustaqil kanalga ega, ularning har birida galyum arsenidli LED va kremniydan iborat optoelektronik juftlik mavjud. n- p- i- n- fototransistor. Optoelektronik juftlik oqim uzatish koeffitsienti 2, nominal ish oqimi 10 mA va kuchaytirish rejimida tezligi 100-300 ns.
4.Analog kalit Analog signallarni tanlab qayta ishlash tizimlarida foydalanish uchun mo'ljallangan. Kommutatorning bir kanalining elektr diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 9.12. Kanalda galliy arsenidli LED va ikkita orqa-orqadan iborat optoelektronik juftlik mavjud. n- i- n- bitta kristallda yaratilgan fotodiodlar.
Shaklda. 9.13-rasmda ba'zi boshqa turdagi optoelektronik sxemalarning elektr zanjirlari ko'rsatilgan. Kalit chipi (9.13-rasm, A) monolitik silikon kuchaytirgichga mos keladigan yuqori tezlikli diodli optoelektronik juftlikni o'z ichiga oladi. Kompyuterlarning mantiqiy qurilmalari va diskret avtomatlashtirishdagi transformator va releli ulanishlarni almashtirish uchun mo'ljallangan. Analog kalit (9.13-rasm, b) ga tegishli
Optoelektronik boshqaruvga ega chiziqli sxemalar. 60-80 mVt nazorat signali kuchi bilan maydalagich parametrlari standart yarimo'tkazgich mikrosxemalari uchun zarur bo'lgan qiymatlarga etadi. Optoelektron past quvvatli shahar o'rni (9.13-rasm, V) analogni almashtirish uchun mo'ljallangan
millisekundlar oralig'ida tezlik va kafolatlangan operatsiyalar soni 10 4 -10 7 bo'lgan elektromexanik o'rni.
Elektroluminesans diodlar va tranzistorlar asosidagi elektron kalitlar bo'lgan to'rt guruh qurilmalarni o'z ichiga olgan 249 seriyali optoelektronik mikrosxemalar qiziqish uyg'otadi. Barcha guruhlarning elektr diagrammasi
Qurilmalar bir xil (9.14-rasm). Strukturaviy tarzda, mikrosxemalar 14 pinli to'rtburchaklar tekis integral mikrosxemalar to'plamida ishlab chiqilgan va ikkita izolyatsiyalangan kanalga ega bo'lib, bu uskunaning o'lchamlari va og'irligini kamaytiradi, shuningdek mikrosxemalarning funksionalligini kengaytiradi. LEDlar kremniyga asoslangan va mavjud P + - p- n i - n + - tuzilishi. Dongleda ikkita kanalning mavjudligi uni ishlatishga imkon beradi analog signallarni integratsiyalangan maydalagich sifatida va kompozit tranzistorli sxema bo'yicha fototransistorlarni ulashda yuqori signal uzatish nisbatini (10-100) olish.
Optoelektron qurilmalar
Optoelektron qurilmalarning ishlashi axborotni qabul qilish, uzatish va saqlashning elektron-fotonik jarayonlariga asoslanadi.
Eng oddiy optoelektronik qurilma optoelektronik juftlik yoki optokupldir. Radiatsiya manbai, immersion muhit (yorug'lik qo'llanmasi) va fotodetektordan tashkil topgan optokuplning ishlash printsipi elektr signalini optik signalga, keyin esa yana elektr signaliga aylantirishga asoslangan.
Funktsional qurilmalar sifatida optokupller mavjud quyidagi afzalliklar an'anaviy radioelementlardan oldin:
To'liq galvanik izolyatsiya "kirish - chiqish" (izolyatsiya qarshiligi 10 12 - 10 14 Ohmdan oshadi);
Axborot uzatish kanalida mutlaq shovqin immuniteti (axborot tashuvchilar elektr neytral zarralar - fotonlar);
Yorug'likning tarqalish xususiyatlari bilan bog'liq bo'lgan bir yo'nalishli axborot oqimi;
Optik tebranishlarning yuqori chastotasi tufayli keng polosali,
Etarli ishlash (bir necha nanosoniya);
Yuqori buzilish kuchlanishi (o'nlab kilovolt);
Kam shovqin darajasi;
Yaxshi mexanik kuch.
U bajaradigan funktsiyalarga asoslanib, optokuplni o'rni (kalit) bilan transformator (birlashtiruvchi element) bilan solishtirish mumkin.
Optokupl qurilmalarida yarimo'tkazgichli nurlanish manbalari - guruh birikmalarining materiallaridan tayyorlangan yorug'lik chiqaradigan diodlar qo'llaniladi. A III B V , ular orasida eng istiqbollilari galliy fosfidi va arseniddir. Ularning nurlanish spektri ko'rinadigan va yaqin infraqizil nurlanish (0,5 - 0,98 mikron) hududida joylashgan. Galliy fosfidli yorug'lik chiqaradigan diodlar qizil va yashil rang porlash. Silikon karbiddan tayyorlangan LEDlar sariq rangga ega va ishlaydi; ko'tarilgan haroratlar, namlik va agressiv muhitda.
Spektrning ko'rinadigan diapazonida yorug'lik chiqaradigan LEDlar ishlatiladi elektron soat va mikrokalkulyatorlar.
Yorug'lik chiqaradigan diodlar radiatsiyaning spektral tarkibi bilan ajralib turadi, bu juda keng, yo'naltiruvchi naqsh; Chiqarilgan yorug'lik kvantlari sonining o'tayotganlar soniga nisbati bilan aniqlanadigan kvant samaradorligi p-n-elektronlarning o'tishi; quvvat (ko'rinmas nurlanish bilan) va yorqinlik (ko'rinadigan nurlanish bilan); volt-amper, lümen-amper va vatt-amper xarakteristikalari; tezlik (impulsli qo'zg'alish paytida elektroluminesansning ortishi va parchalanishi), ish harorati oralig'i. Ishlash harorati oshishi bilan LEDning yorqinligi pasayadi va emissiya quvvati kamayadi.
Ko'rinadigan diapazondagi yorug'lik chiqaradigan diodlarning asosiy xarakteristikalari jadvalda keltirilgan. 32 va infraqizil diapazon - jadvalda. 33.
32-jadval Ko'rinadigan yorug'lik diodlarining asosiy xususiyatlari
33-jadval. Infraqizil nurli diodlarning asosiy xarakteristikalari
| Diyot turi | Umumiy radiatsiya quvvati, mVt | Doimiy oldinga kuchlanish, V | Radiatsiya to'lqin uzunligi, mikron | Radiatsiya pulsining ko'tarilish vaqti, ns | Radiatsiya pulsining yemirilish vaqti, ns | Og'irligi, g |
| AL103 A, B AL106 A – D | 0,6 – 1 (joriy 50 mA) 0,2 – 1,5 (joriy 100 mA da) 6 – 10 (joriy 100 mA da) 1,5 (100 mA oqimda) 0,2 (20 mA oqimda) 10 (joriy 50 mA) | 1,6 | 0,95 | 200 – 300 | 500 | 0,1 |
Optoelektron qurilmalardagi yorug'lik chiqaradigan diodlar fotodetektorlarga immersion muhit orqali ulanadi, uning asosiy talabi signalni minimal yo'qotishlar va buzilishlar bilan uzatishdir. Optoelektronik qurilmalarda qattiq immersion muhitlar - polimerlar qo'llaniladi. organik birikmalar(optik yopishtiruvchi va laklar), xalkogenid muhiti va optik tolalar. Emitent va fotodetektor orasidagi optik kanal uzunligiga qarab, optoelektronik qurilmalarni optokupllarga (kanal uzunligi 100 - 300 mikron), optoizolyatorlarga (1 m gacha) va optik tolali aloqa liniyalariga - optik tolali liniyalarga bo'lish mumkin. o'nlab kilometrgacha).
Optokupler qurilmalarida ishlatiladigan fotodetektorlar spektral xususiyatlarni emitent bilan moslashtirish, yorug'lik signalini elektr signaliga aylantirishda yo'qotishlarni minimallashtirish, fotosensitivlik, tezlik, fotosensitiv hududning o'lchami, ishonchliligi va shovqin darajasi bo'yicha talablarga bo'ysunadi.
Optokuplerlar uchun eng istiqbolli ichki fotoelektr effektli fotodetektorlardir, bunda fotonlarning materiallar ichidagi elektronlar bilan o'zaro ta'siri ma'lum jismoniy xususiyatlar bu materiallarning kristall panjarasining asosiy qismida elektron o'tishlariga olib keladi.
Ichki fotoelektr effekti ikki shaklda namoyon bo'ladi: yorug'lik (fotorezistorlar) ta'sirida fotodetektor qarshiligining o'zgarishida yoki ikkita material - yarim o'tkazgich-yarim o'tkazgich, metall-yarim o'tkazgich orasidagi interfeysda foto-emf paydo bo'lishida. (kommutatsiyalangan fotoelementlar, fotodiodlar, fototransistorlar).
Ichki fotoelektr effektli fotodetektorlar fotodiodlarga bo'linadi (bilan p-n-bog'lanish, MIS strukturasi, Shottki to'sig'i), fotorezistorlar, ichki kuchaytirgichli fotodetektorlar (fototransistorlar, birikma fototransistorlar, fototiristorlar, maydon effektli fototransistorlar).
Fotodiodlar kremniy va germaniyga asoslangan. Kremniyning maksimal spektral sezgirligi 0,8 mikron, germaniy esa 1,8 mikrongacha. Ular teskari yo'nalishda ishlaydi p-n-o'tish, bu ularning ishlashi, barqarorligi va xarakteristikasining chiziqliligini oshirishga imkon beradi.
Fotodiodlar ko'pincha turli xil murakkablikdagi optoelektronik qurilmalar uchun fotodetektor sifatida ishlatiladi. p- i-n- qayerda tuzilmalar i- yuqori elektr maydonining zaiflashgan hududi. Ushbu hududning qalinligini o'zgartirib, tashuvchilarning past sig'imi va parvoz vaqti tufayli yaxshi ishlash va sezgirlik xususiyatlarini olish mumkin.
Ko'chki fotodiodlari zaryad tashuvchilarni ko'paytirishda fototokni kuchaytirishdan foydalangan holda sezgirlik va ishlash samaradorligini oshirdi. Biroq, bu fotodiodlar harorat oralig'ida etarlicha barqaror emas va yuqori kuchlanishli quvvat manbalarini talab qiladi. Schottky to'sig'i va MIS tuzilmasi bo'lgan fotodiodlar ma'lum to'lqin uzunligi diapazonlarida foydalanish uchun istiqbolli.
Fotorezistorlar asosan birikma (oltingugurt va selen bilan kadmiy) asosidagi polikristalli yarimo'tkazgich plyonkalaridan tayyorlanadi. Fotorezistorlarning maksimal spektral sezgirligi 0,5 - 0,7 mikron. Fotorezistorlar odatda kam yorug'lik sharoitida ishlatiladi; sezgirlikda ular fotoko'paytirgichlar bilan taqqoslanadi - tashqi fotoelektrik effektga ega qurilmalar, lekin past kuchlanishli quvvatni talab qiladi. Fotorezistorlarning kamchiliklari past ishlash va yuqori shovqin darajasidir.
Eng keng tarqalgan ichki kuchaytirilgan fotodetektorlar fototransistorlar va fototiristorlardir. Fototransistorlar fotodiodlarga qaraganda sezgirroq, lekin sekinroq. Fotodetektorning sezgirligini yanada oshirish uchun foto va kuchaytiruvchi tranzistorlarning kombinatsiyasi bo'lgan kompozit fototranzistor ishlatiladi, ammo u past ko'rsatkichga ega.
Optokupllarda fototiristor (uchta yarim o'tkazgichli qurilma). p- n-o'tishlar, yoritilganda o'tish) mavjud yuqori sezuvchanlik va chiqish signalining darajasi, lekin tezligi etarli emas.
Optokupler turlarining xilma-xilligi asosan fotodetektorlarning xususiyatlari va xususiyatlari bilan belgilanadi. Optokupllarning asosiy qo'llanilishidan biri raqamli va analog signallarning uzatuvchi va qabul qiluvchilarini samarali galvanik izolyatsiya qilishdir. Bunday holda, optokupl konvertor yoki signalni almashtirish rejimida ishlatilishi mumkin. Optokupler ruxsat etilgan kirish signali (nazorat oqimi), oqim uzatish koeffitsienti, tezlik (o'tish vaqti) va yuk hajmi bilan tavsiflanadi.
HAQIDA 
Joriy uzatish koeffitsientining kommutatsiya vaqtiga nisbati optokuplning sifat omili deb ataladi va fotodiod va fototransistorli optokupl uchun 10 5 - 10 6 ni tashkil qiladi. Fototiristorlar asosidagi optokupller keng qo'llaniladi. Fotorezistorli optokupller past vaqt va harorat barqarorligi tufayli keng qo'llanilmaydi. Ba'zi optokupllarning diagrammalari rasmda ko'rsatilgan. 130, a - d.
IN 
Kogerent nurlanish manbalari sifatida yuqori barqarorlik, yaxshi energiya xarakteristikalari va samaradorligiga ega lazerlardan foydalaniladi. Optoelektronikada ixcham qurilmalarni loyihalash uchun yarimo'tkazgichli lazerlar qo'llaniladi - lazerli diodlar, masalan, an'anaviy axborot uzatish liniyalari - kabel va sim o'rniga optik tolali aloqa liniyalarida ishlatiladi. Ular yuqori o'tkazuvchanlikka ega (gigahertz birliklarining tarmoqli kengligi), elektromagnit parazitlarga qarshilik, past og'irlik va o'lchamlar, kirishdan chiqishgacha to'liq elektr izolyatsiyasi, portlash va yong'in xavfsizligi. FOCL ning o'ziga xos xususiyati maxsus optik tolali kabeldan foydalanish bo'lib, uning tuzilishi shaklda ko'rsatilgan. 131. Bunday kabellarning sanoat namunalari 1 - 3 dB / km va undan pastroq zaiflashuvga ega. Optik tolali aloqa liniyalari telefon va kompyuter tarmoqlarini, yuqori sifatli uzatiladigan tasvirlarga ega kabel televideniesi tizimlarini qurish uchun ishlatiladi. Ushbu liniyalar bir vaqtning o'zida o'n minglab telefon suhbatlari va bir nechta teledasturlarni uzatish imkonini beradi.
So'nggi paytlarda barcha elementlari zarur materiallarni substratga yotqizish natijasida hosil bo'lgan optik integral mikrosxemalar (OICs) jadal rivojlanib, keng tarqaldi.
Elektron soatlarda indikator sifatida keng qo'llaniladigan suyuq kristalli qurilmalar optoelektronikada istiqbolli. Suyuq kristallar kristall xossalariga ega bo'lgan organik modda (suyuqlik) bo'lib, kristal faza va suyuqlik o'rtasida o'tish holatidadir.
Suyuq kristall ko'rsatkichlari yuqori aniqlikka ega, nisbatan arzon, kam quvvat sarflaydi va yuqori yorug'lik darajasida ishlaydi.
Xususiyatlari monokristallarga o'xshash bo'lgan suyuq kristallar (nematiklar) ko'pincha yorug'lik ko'rsatkichlari va qizdirilganda rangini o'zgartiradigan (xolesteriklar) suyuq kristallar (smektikalar) ishlab chiqilgan axborotni termo-optik qayd qilish uchun ishlatiladi.
Nisbatan yaqinda ishlab chiqilgan optoelektronik qurilmalar o'zining noyob xususiyatlari tufayli fan va texnikaning turli sohalarida keng tarqaldi. Ularning ko'pchiligi vakuum va yarimo'tkazgich texnologiyasida o'xshashi yo'q. Biroq, hali ham ko'p hal qilinmagan muammolar yangi materiallarni ishlab chiqish, ushbu qurilmalarning elektr va ekspluatatsion xususiyatlarini yaxshilash va ularni ishlab chiqarishning texnologik usullarini ishlab chiqish bilan bog'liq.
Bo'lim 5. Zaryadga ulangan qurilma (CCD) qurilmalari.
Belarus Respublikasi Ta'lim vazirligi
Ta'lim muassasasi
“Belarus davlat universiteti
informatika va radioelektronika”
EMU kafedrasi
"Optoelektronika asoslari. Optoelektronik qurilmalarning tasnifi"
MINSK, 2008 yil
Optoelektronika funktsional elektronika va mikroelektronikaning muhim mustaqil sohasidir. Optoelektron qurilma - bu ma'lumotni qayta ishlashda elektr signallari optik signallarga va aksincha aylantiriladigan qurilma.
Optoelektron qurilmalarning muhim xususiyati shundaki, ulardagi elementlar optik bog'langan va bir-biridan elektr izolyatsiyalangan.
Bu yuqori kuchlanishli va past kuchlanishli, shuningdek, yuqori chastotali va past chastotali davrlarni moslashtirishni osonlashtiradi. Bundan tashqari, optoelektronik qurilmalar boshqa afzalliklarga ega: yorug'lik nurlarining fazoviy modulyatsiyasi imkoniyati, vaqt o'tishi bilan o'zgarishlar bilan birgalikda uch daraja erkinlik beradi (ikkitasi sof elektron sxemalarda); kanallar o'rtasida galvanik aloqa mavjud bo'lmaganda yorug'lik nurlarining sezilarli dallanishi va kesishish imkoniyati; yorug'lik nurlarining ko'pgina parametrlarini (amplituda, yo'nalish, chastota, faza, polarizatsiya) o'zgartirish imkoniyati tufayli katta funktsional yuk.
Optoelektronika ikkita asosiy mustaqil sohani qamrab oladi - optik va elektron-optik. Optik yo'nalish qattiq jismning elektromagnit nurlanish bilan o'zaro ta'siriga asoslangan. U golografiya, fotokimyo, elektro-optika va boshqa hodisalarga tayanadi. Optik yo'l-yo'riq ba'zan lazer yo'riqnomasi deb ataladi.
Elektron-optik yo'nalish, bir tomondan, ichki fotoelektrik effekt, ikkinchi tomondan, elektroluminesans orqali qattiq jismda amalga oshiriladigan fotoelektrik konversiya printsipidan foydalanadi. Ushbu yo'nalish an'anaviy elektron kontaktlarning zanglashiga olib keladigan galvanik va magnit ulanishlarni optik bilan almashtirishga asoslangan. Bu aloqa kanalidagi axborot zichligini, uning tezligini va shovqinga chidamliligini oshirish imkonini beradi.
1-rasm. Ichki (a) va tashqi (b) fotonik ulanishlarga ega optokupler: 1, 6 - yorug'lik manbalari; 2 - yorug'lik moslamasi; 3, 4 - yorug'lik qabul qiluvchilar; 5 - kuchaytirgich.
Optoelektronikaning asosiy elementi optokupldir. Ichki (1-rasm, a) va tashqi (1-rasm, b) fotonik ulanishga ega optokupller mavjud. Eng oddiy optokupl to'rt terminalli tarmoqdir (1-rasm, a), uchta elementdan iborat: fotoemitter 1, yorug'lik qo'llanmasi 2 va yorug'lik qabul qilgich 3, muhrlangan, yorug'lik o'tkazmaydigan korpusga o'ralgan. Elektr signali kirishga impuls yoki kirish oqimining pasayishi shaklida qo'llanilganda, fotoemitter qo'zg'aladi. Yorug'lik qo'llanmasi orqali yorug'lik oqimi fotodetektorga kiradi, uning chiqishida elektr impulsi yoki chiqish oqimining pasayishi hosil bo'ladi. Ushbu turdagi optokupl elektr signallarining kuchaytirgichi bo'lib, unda ichki ulanish fotonik, tashqi ulanish esa elektrdir.
Optokuplning yana bir turi - elektr ichki va fotonik tashqi birikma bilan (1-rasm, b) - yorug'lik signallarining kuchaytirgichi, shuningdek, bir chastotali signallarni boshqa chastotali signallarga, masalan, infraqizil signallarga o'zgartiruvchidir. ko'rinadigan spektrning signallariga nurlanish. Yorug'lik qabul qiluvchisi 4 kirish yorug'lik signalini elektr signaliga aylantiradi. Ikkinchisi kuchaytirgich 5 tomonidan kuchaytiriladi va yorug'lik manbasini 6 qo'zg'atadi.
Hozirgi vaqtda turli maqsadlar uchun ko'plab optoelektronik qurilmalar ishlab chiqilgan. Mikroelektronikada, qoida tariqasida, faqat integratsiya qilish imkoniyati mavjud bo'lgan, shuningdek ularni ishlab chiqarish texnologiyasining tegishli integral mikrosxemalarni ishlab chiqarish texnologiyasi bilan mos keladigan optoelektronik funktsional elementlardan foydalaniladi.
Foto emitentlar. Optoelektron yorug'lik manbalari miniatyura, kam quvvat iste'moli, yuqori samaradorlik va ishonchlilik, uzoq xizmat muddati va ishlab chiqarish kabi talablarga bo'ysunadi. Ular yuqori unumdorlikka ega bo'lishi va birlashtirilgan qurilmalar sifatida ishlab chiqarilishi mumkin bo'lishi kerak.
Eng ko'p ishlatiladigan elektrolyuminestsent manbalar in'ektsiya LEDlari bo'lib, ularda yorug'lik emissiyasi elektronlar va teshiklarning interband rekombinatsiyasi mexanizmi bilan belgilanadi. Agar siz p-n o'tish joyidan (oldinga yo'nalishda) etarlicha katta in'ektsiya oqimini o'tkazsangiz, u holda valentlik zonasidan elektronlarning bir qismi o'tkazuvchanlik zonasiga o'tadi (2-rasm). Valentlik zonasining yuqori qismida erkin holatlar (teshiklar), o'tkazuvchanlik zonasining pastki qismida esa to'ldirilgan holat (o'tkazuvchanlik elektronlari) hosil bo'ladi.
Bunday teskari populyatsiya muvozanat emas va teskari elektron o'tish paytida fotonlarning xaotik emissiyasiga olib keladi. Pn birikmasida paydo bo'ladigan noo'rin nurlanish elektroluminesansdir.
2-rasm. Injection LEDning ishlash printsipini tushuntirish uchun.
O'tkazuvchanlik zonasining to'ldirilgan qismidan valentlik zonasining erkin qismiga lyuminestsent o'tish paytida chiqarilgan foton bir xil fotonning stimulyatsiyalangan emissiyasini keltirib chiqaradi, bu esa boshqa elektronning valentlik zonasiga o'tishiga olib keladi. Biroq, bir xil energiyadagi fotonni (∆E=E2-E1 dan ∆E=2dE gacha) yutib bo'lmaydi, chunki pastki holat erkin (uning ichida elektronlar yo'q) va yuqori holat allaqachon to'ldirilgan. Bu shuni anglatadiki, p-n birikmasi bunday energiyaning fotonlari uchun shaffofdir, ya'ni. mos keladigan chastota uchun. Aksincha, energiyalari ∆E+2dE dan katta bo'lgan fotonlar so'rilishi mumkin, elektronlarni valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik zonasiga o'tkazadi. Shu bilan birga, bunday energiyalar uchun fotonlarning induksiyalangan emissiyasi mumkin emas, chunki yuqori boshlang'ich holat to'ldirilmaydi, pastki holat esa to'ldiriladi. Shunday qilib, stimulyatsiya qilingan emissiya spektral kengligi D E bo'lgan tarmoqli kengligi energiyasi ∆E ga mos keladigan chastota atrofida tor diapazonda mumkin.
LEDlar uchun eng yaxshi materiallar galyum arsenid, galyum fosfid, silikon fosfidi, silikon karbid va boshqalardir. LEDlar yuqori ishlashga ega (taxminan 0,5 mks), lekin yuqori oqim (taxminan 30 A / sm2) iste'mol qiladi. So'nggi paytlarda galyum arsenid - alyuminiy asosida LEDlar ishlab chiqilgan bo'lib, uning kuchi fraksiyalardan bir necha millivattgacha bo'lgan o'nlab milliamperlik oqim oqimi bilan.K. LEDlarning p.d. 1 - 3% dan oshmaydi.
Istiqbolli yorug'lik manbalari in'ektsiya lazerlari bo'lib, ular yuqori samaradorlik va tezlik (o'nlab pikosekundlar) bilan tor spektrli mintaqada yuqori energiyani jamlash imkonini beradi. Ushbu lazerlar integral mikrosxemalar bilan bir xil texnologiyadan foydalangan holda bitta asosiy chipda massivlar sifatida ishlab chiqarilishi mumkin. Oddiy in'ektsiya lazerlarining kamchiliklari shundaki, ular faqat juda past haroratlarda sovutilganda maqbul ishlashga ega. Oddiy haroratlarda galyum-arsenid lazeri past o'rtacha quvvatga, past samaradorlikka (taxminan 1%) va yomon ish barqarorligi va xizmat muddatiga ega. Geterobog'lanishlar yordamida murakkab tuzilmaning o'tishini yaratish orqali in'ektsiya lazerini yanada takomillashtirish (heterobog'lanish - bu bir xil turdagi elektr o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan qatlamlar orasidagi chegara, lekin har xil tarmoqli bo'shliqlari) kichik o'lchamdagi ishlaydigan yorug'lik manbasini olish imkonini berdi. 10 - 20% samaradorlik va maqbul xususiyatlarga ega normal haroratlarda.
Fotodetektorlar. Yorug'lik signallarini elektr signallariga aylantirish uchun fotodiodlar, fototransistorlar, fotorezistorlar, fototiristorlar va boshqa qurilmalar qo'llaniladi.
Fotodiod - teskari yo'nalishli p-n o'tish joyi bo'lib, uning teskari to'yinganlik oqimi tushayotgan yorug'lik ta'sirida unda hosil bo'lgan zaryad tashuvchilarning soni bilan belgilanadi (3-rasm). Fotodiodning parametrlari uning zanjirida oqayotgan oqim qiymatlari orqali ifodalanadi. Odatda integral deb ataladigan fotodiodning sezgirligi fototokning uni keltirib chiqargan yorug'lik oqimiga nisbati sifatida aniqlanadi. Fotodiodlarning sezgirlik chegarasi integral (joriy) sezuvchanlik va qorong'u oqim Id ning ma'lum qiymatlari asosida baholanadi, ya'ni. sezgir qatlamning nurlanishi bo'lmaganda, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim.
Fotodiodlar uchun asosiy materiallar germaniy va kremniydir. Kremniy fotodiodlari odatda spektrning tor diapazonida (l = 0,6 - 0,8 mkm dan l = 1,1 mkm gacha) maksimal l = 0,85 mkm da sezgir, germaniy fotodiodlari esa sezgirlik chegaralari l = 0,4 - a 1 m bilan maksimal bo'ladi. l ≈ 1,5 mkm. 20 V kuchlanishli fotodiod rejimida kremniy fotodiodlarining qorong'u oqimi odatda 3 mkA dan oshmaydi, germaniy uchun esa; 10 V kuchlanishdagi fotodiodlar u 15-20 mA ga etadi.
3-rasm. Fotodiodning sxemasi va tok kuchlanish xarakteristikalari.
4-rasm. Fototranzistorning sxemasi va tok kuchlanish xarakteristikalari.
5/14 sahifa
Optokupllar - bu yorug'lik nurlanishining manbai va qabul qiluvchisi (yorug'lik emitteri va fotodetektor) mavjud bo'lgan va ular o'rtasida u yoki bu turdagi optik va elektr aloqasi bo'lgan va bir-biri bilan tizimli ravishda bog'langan optoelektronik qurilmalar.
Har qanday turdagi optokupllarning ishlash printsipi emitentda elektr signalining energiyasi yorug'likka aylanishiga asoslanadi; Fotodetektorda, aksincha, yorug'lik signali elektr tokini keltirib chiqaradi. Emitentga elektr signali odatda tashqi manbadan beriladi. Fotodetektorga yorug'lik signali emitentdan optik aloqa zanjiri orqali keladi.
Optokupldagi energiya konvertatsiya jarayonlari yorug'likning kvant tabiatiga asoslanadi, bu zarrachalar oqimi shaklida elektromagnit nurlanish - kvantlar.
Nur emitentlari. Optokupllarda foydalanish uchun bir nechta turdagi emitentlar mos keladi: 1800-2000 ° S gacha elektr toki bilan isitiladigan filamentdan termal nurlanishdan foydalanadigan miniatyura akkor lampalar; neon-argon gaz aralashmasining elektr zaryadsizlanishining porlashidan foydalanadigan neon lampalar va boshqalar [qarang. 1, § 1.1].
Ushbu turdagi emitentlarning yorug'ligi past, chidamliligi cheklangan, o'lchamlari katta, radiatsiya yo'nalishi past va ularni boshqarish qiyin. Optokupllarda ishlatiladigan asosiy emitent turi yarimo'tkazgichli in'ektsiya yorug'lik chiqaradigan diod - LED. Keling, bunday optokupldagi energiyani aylantirish jarayonini ko'rib chiqaylik (11-rasm, a).
Yarimo'tkazgich strukturasining p- va hududlari orasidagi interfeysda, yuqorida ko'rsatilganidek, p-n birikmasi paydo bo'lib, unda teshiklar va elektronlarning kosmik zaryadi to'plangan. Ba'zi turdagi yarimo'tkazgichlar (masalan, galliy arsenid va uning asosidagi birikmalar) kristalining faol mintaqasidagi strukturaga 1/ip to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish qo'llanilganda, p- tomonidan AOK qilingan erkin zaryad tashuvchilarning ortiqcha konsentratsiyasi. oldinga yo'nalishda egilgan birikma hosil bo'ladi. Olingan elektronlar oqimi E fazoviy zaryad hududidan o'tib, elektron oqimini / p hosil qiladi. Ba'zi elektronlar kristallning faol B va shaffof bo'lmagan C hududlarida teshiklari bilan rekombinatsiyalanadi. Asosiy zaryad tashuvchilarni rekombinatsiya qilishning har bir akti yorug'lik kvantining emissiyasi bilan birga keladi, ya'ni. radiatsion rekombinatsiya sodir bo'ladi.
Shu bilan birga, n-hududga teshiklarni kiritish natijasida yuzaga keladigan va bir tomonlama in'ektsiya bilan p-n kirishlari yo'qligini aks ettiruvchi teshik oqimi komponenti /p paydo bo'ladi. Ushbu oqimning ulushi kichikroq bo'lsa, kristall strukturaning p-mintaqasiga nisbatan / m-mintaqasi kuchliroq dopinglanadi.
Olingan nurlanishning bir qismi kristallning optik jihatdan "shaffof" A mintaqasida (11.6-rasmdagi 1-nurlar) so'riladi, bundan tashqari, yorug'lik nurlari yarimo'tkazgich va havo muhiti o'rtasidagi interfeysga tushganda ichki aks ettirish (2-nurlar) sodir bo'ladi. turli xil optik zichlik, bu oxir-oqibatda o'z-o'zidan so'rilishi tufayli ularning yo'qolishiga olib keladi.
Guruch. 11. Elektr (a) va optik (6) LED modellari
Yarimo'tkazgichning faol hududida kvantlarning paydo bo'lishi o'z-o'zidan sodir bo'ladi va yorug'lik nurlarining barcha yo'nalishlarga teng ravishda yo'naltirilishi bilan tavsiflanadi. Yarimo'tkazgichning kuchli qo'shilgan qismiga tarqaladigan nurlar 3 tez so'riladi. Faol B hududi to'lqin yo'nalishi effektiga ega va 4-nurlar, bir nechta aks ettirish tufayli, bu mintaqa bo'ylab qaratilgan, shuning uchun oxirgi nurlanishning intensivligi kristalldan yorug'lik chiqishining boshqa yo'nalishlariga qaraganda ancha yuqori.
Emitentlar tayyorlanadigan asosiy materiallar galliy arsenid va uning asosidagi birikmalar, fotodetektorlar uchun material esa kremniydir. Ikkala turdagi materiallar deyarli bir xil optik zichlikka ega (sinishi indeksi). Ushbu holat optokuplning generator va qabul qiluvchi birliklarining to'liq optik mos kelishini ta'minlaydi.
Fotodetektorlar. Optokupllarda ishlatiladigan fotodetektorlarning ishlash printsipi elektromagnit (optik) nurlanish ta'sirida kristall jism ichidagi atomlardan elektronlarni ajratishdan iborat bo'lgan ichki fotoelektrik effektga asoslanadi. Erkin elektronlarning hosil bo'lishi nurlangan jismning elektr xossalarining o'zgarishiga olib keladi va buning natijasida hosil bo'lgan fotoelektrik hodisalar amalda qo'llaniladi. Eng muhim fotoelektrik hodisalar yarimo'tkazgichlarda, asosan, toza holda sodir bo'lishi eksperimental ravishda aniqlandi. Shunday qilib, fotodetektorda yorug'lik kvantlari mobil elektr zaryadlarining energiyasiga aylanadi, ularning ta'siri ostida pn birikmasida foto-EMF paydo bo'ladi.
Optokupllarni ishlab chiqishda fotodetektor optokuplning aniqlovchi elementi hisoblanadi va emitent "fotodetektor uchun" tanlanadi. Optokupllar darajasi eng yaxshi diodli optokupllar bilan tavsiflanadi, ularning sanoat turlari dizaynning soddaligi, katta xilma-xilligi, funktsional imkoniyatlarining kengligi va elektr parametrlarining yaxshi kombinatsiyasi bilan ajralib turadi.
Quvvatli yarim o'tkazgichli qurilmalarni loyihalash. Har qanday yarimo'tkazgichli qurilmani loyihalash uchun asos uning elektr parametrlari va xususiyatlarini aniqlaydigan yarimo'tkazgich strukturasi hisoblanadi. Kerakli mexanik quvvatni, qurilma tanasi bilan ishonchli elektr va termal aloqalarni ta'minlaydigan elementlarga ega bo'lgan struktura vana dizayni elementi deb ataladi. Vana elementi bo'lishi kerak ishonchli himoya atrof-muhit ta'siridan, shuning uchun u butun strukturaning muhrlanishi va mexanik mustahkamligini ta'minlaydigan korpusga joylashtiriladi.
Uy-joy dizayni turiga ko'ra, barcha quvvatli yarimo'tkazgichli klapanlarni pin-turi, tekis taglik (gardish) va planshet turiga bo'lish mumkin.
Shaklda. 12-rasmda pinli tiristorning konstruktsiyasi ko'rsatilgan, uning asosi 2 sovutgich bilan elektr va issiqlik aloqasini ta'minlash uchun tishli murvat 1 bilan birga misdan qilingan. Yassi korpusli asosli tiristorlar (12c-rasm) qurilmani sovutgichga mahkamlash uchun mis gardish 1ga ega. Ikkala turdagi tiristorlar uchun qopqoqlar metall-shisha yoki metall-keramika dizaynida ishlab chiqariladi. Yuqori quvvat terminali 3 metall (mis) naqshli jabduqlar (moslashuvchan terminal) yoki qo'rg'oshin bilan to'ldirilgan ichi bo'sh mis novda (qattiq terminal, 12.6-rasm) shaklida amalga oshirilishi mumkin. 
Guruch. 12. Kuchli tiristorlarning konstruksiyalari:
a - moslashuvchan pinli tiristor va b - moslashuvchan chiqishsiz; c - moslashuvchan qo'rg'oshinli gardishli tiristor
Planshet konstruktsiyasining tiristorlari (13-rasm, e) vana elementini ifloslanishdan va mexanik shikastlanishdan himoya qiluvchi gofrirovka qilingan keramik korpusda 1-tabletka shaklida ishlab chiqariladi. Planshet qurilmaning yuqori 2 va pastki 6 metall asoslari orasiga joylashtiriladi, ular sovutgichlar bilan aloqada bo'lib, elektr va issiqlik kontaktlarini yaratadi. Tiristorning nazorat elektrodi 4 korpusning yon yuzasida joylashgan. Qurilma elektr zanjiriga 3 va 5 tok o'tkazuvchi plitalar orqali ulangan.
Pim va gardish konstruktsiyalari 320 A gacha bo'lgan oqimlar uchun quvvat klapanlari uchun, 250 A va undan ortiq oqimlar uchun planshet konstruktsiyalari uchun ishlatiladi. Yassi korpusli poydevorli qurilmalar haroratning tsiklik o'zgarishiga nisbatan ancha chidamli. Tiristorlarning rivojlanishida so'nggi yillar bu dizayn tez-tez ishlatiladi.
Shaklda. 13.6 misol sifatida TK seriyasining yangi quvvatli silikon tranzistorining dizayni ko'rsatilgan. Bunday qurilmalar radiatorga va qattiq tayanchga va emitent simlariga ulanish uchun poydevorda tishli murvat bilan pinli dizaynning massiv tanasiga ega.
umumiy xususiyatlar yarimo'tkazgichli qurilmalar. Mahalliy sanoat quvvatli yarimo'tkazgichli qurilmalarning keng assortimentini ishlab chiqaradi, ulardan foydalanish tejamkor, kichik o'lchamli va yuqori ishonchliligi bo'lgan turli xil elektr energiyasini o'zgartirgichlarni yaratishga imkon beradi. O'rnatishlarni loyihalash va ishlamay qolgan klapanlarni almashtirish jarayonida yarimo'tkazgichli qurilmalarni tanlash qulayligi uchun quvvat diodlari, tiristorlar, tranzistorlar va optokuplerlar uchun alfanumerik belgilar tizimi qo'llaniladi (GOST 15543-70*).
Guruch. 13. Sovutgichsiz T500 tiristorining planshet dizayni (a) va quvvat tranzistorining umumiy va o'rnatish o'lchamlari (b)
Fototiristorni boshqarish uchun uning korpusida yorug'lik oqimini o'tkazish uchun maxsus oyna mavjud. Optokupl tiristorlarida yarimo'tkazgichli yorug'lik chiqaradigan diyot - LED - emitent sifatida ishlatiladi, unga nazorat signali beriladi. Elektr signali bilan boshqariladigan tiristorlarga nisbatan foto va optokupl tiristorlarining muhim afzalligi - bu qurilmaning quvvat davri va ularni boshqarish tizimi o'rtasida galvanik aloqaning yo'qligi.
