Дәріс №17. Оптоэлектрондық аспаптар, белгілену жүйесі
жүктеу/скачать 118,07 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Дәрістің қысқаша жазбасы
- Дәріс мақсаты
- Бақылау сұрақтары
Дәріс № 17. Оптоэлектрондық аспаптар, белгілену жүйесіДәріс мазмұны: оптоэлектрониканың элементтік базасы; жарық бағыттаушылар, жарық қорегі, фото қабылдағыштар; оптрондар; Қарастырылатын сұрақтар: 1. Фотоэлектрлі құрылғылар. 2. Оптоэлектрондық аспаптар. Дәрістің қысқаша жазбасы: Оптикалық сәулелену энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғыларды фотоэлектрлі құрылғы деп атайды. Фотоэлектрлі аспаптардың жұмыс істеу принципі ішкі және сыртқы фотоэффектке негізделген. Ішкі фотоэффект – кристалдарға немесе жартылай өткізгіштерге жарық сәулелері түскенде жарық жұтылады да, олардың құрамындағы кейбір электрондар тобы зоналардан өткізгіштік зоналарға ауысып қозғалады. Осының нәтижесінде жартылай өткізгіш электрлік кедергісі кемиді де, электр өткізгіштігі артады. ФОТОДИОД. Кері тогы р-n өтпесінің жарықталынуына байланысты өзгеріп отыратын жартылай өткізгішті диод фотодиод деп аталады. Фотодиодтар екі түрлі жұмыс әлпінде пайдаланады: сыртқы қорек көзінсіз фотогенератор ретінде және сыртқы қорек көзімен фототүрлендіргіш ретінде. Дәріс мақсаты: жарық диодтың іс әрекет принціпін және құрылғысын зерттеу; фотодиодтың іс әрекет принціпін және құрылғысын зерттеу; оптрондардың іс әрекет принціпін және құрылғысын зерттеу. Оптоэлектрониканың элементтік базасы. Оптоэлектроника – дегеніміз, электр сигналдарын оптикалыққа немесе кері түрлендіретін мәселелермен айналысатын сала. Оптоэлектроника (ОЭ) оптика, электроника және қатты денелер физикасы – осы үш ғылымның түйісунде пайда болған. ОЭ элементтік базасын: жарық қорегі, фото қабылдағыштар және оптикалық орта (жарық бағыттаушылар) құрайды. Жарық қорегі (ЖҚ) Инжекциалық жарық диоды. Жарық диодтың жүмысының негізінде p-n ауысымындағы саулелендіру рекомбинация жатады. Тік ығысу кезінде негізгі ден инжекцияланған негізгі емес тасымалдауғы ауысады. Сонымен қатар жарық кванты сәулеленеді. Спектордың әр бір бөлігінде сәулелену инфрақызыл, айқын көрінетін және ультракүлгін болуы мүмкін. Жалпақ және жартылай сфералық құрылымдар қолданылынады. Жалпақ құрылым ең қарапайым болып келеді. Жұмыс жасау беткейі үлкен (бірнеше мм2), бірақ тиімділігі төмен. Сыртқы қабығы тығыз матрициалық құрылғыларда қолданылынады. Жартылай сфералық құрылым технологиясы бойынша қиынырақ, бірақ тиімділігі жоғары. Және бұл онын сұранысын арттырады. Түрлі түспен жарықтанатын светодиод екі диодты құрылымға ие және оның әр бір p-n ауысымы тәуелсіз басқаралынады. Фотоқабылдығыш. Фотоқабылдағышта немесе фотоэлектрлік аспапата сәулелік энергия электрлікке түрленеді. Үш негізгі фотоэлектрлік құбылыстан тұрады: а) ішкі фототиімділік; б) жабық қабаттағы фототиімділік; в) сыртқы фототиімділік. Фотодиод. Фотодиод – жабық қабаттағы фототиімділіктің жұмыс жасау негізі болып келетін фотоэлектронды аспап болып келеді. Және де p-n аусымында ЭҚК жарық ағымның ықпалымен. Кәдімгі p-n аусымның құрылымына ие. Германий немесе кремний дайындалан, көбінесе кремнийден дайындалады, себебі түрленудің ең жоғары коэффициентіне ие. Сәулелену кезінде p-n ауысымда бастапқы заттың атомы иондалынады. Өзіндік электр өткізгіштігі күшейеді, яғни электродар және тесіктер жүптары көбейеді. Фотодиод сыртқы қоректің көмегімен және олсыз қосыла алады: а) сыртқы қорексіз – вентильді немесе фотогенераторлы режим деп аталады; б) сыртқы көрегі Ес бар кезде – фотодиодты немесе фототүрленуші режим. Фотодиодтың вентильді режимі – Еіш = 0: Ф=0 кезде (жарықталмаған диод режимі) p-n ауысымы жабық, тепе- теңдік жағдайда, демек, аусым арқылы өтетін сомалық ток нөлге тең. Ф>0 кезде. Егер төмендеп жатқан фотонның энергиясы тиым салынған аумақтың жалпақтығынан үлкен балса, онда валеттік электрон откізгіштік аумаққа өтеді де жылжымалы тасымалдаушының жұбын – электро және тесік, құрайды. Жабық қабатта тасымалдаушының құрамы р және n аумақтарына қарағанда төмен балғандықтан, олар p-n ауысымға қарай жылжиды. Ауысым шекарасында олар бөлінеді. Ауысымның алаңынын ықпалымен (потенциалдардың түйспелі айырымы) негізгі емес тасымалдаушылар негізгіге айналатын аумаққа түседі, яғни тесіктер р- аумағына өтеді, ал электрондар – n-аумаққа. Р – аумағында тесіктердің артық оң зарядтары жинақталады, n – электрондардың артық теріс зарядтары, яғни шығыстарда фотоэқк – Ф пайда болады және де ол p-n-ауысымға тік бағытта жапсарланған. Сонымен, жарық поток Ф арқасында токтің дрейфтік құрамы фотоэқк Ф көбейеді. Фотоэқк потенциалдық кедергілерді азайтады және диффузиялық токті көбейтеді; 2. Фотодиодты немесе фототүрлендіргіштік режим. Сыртқы қоректің кернеуі диодқа кері бағытта қосылады: а) Ф = 0 кезде ауысым арқылы жылулық кері ток – I0 өтеді; б) Ф > 0 ықпалымен тасымалдаушылар жұбының саны көбейеді және кері ток – фототок көбейеді. Жалпы ток Iжалпы=I0+I Ф. диод арқылы өтеді. сурет Фотодиодтың негізгі сипаттамасына вольт амперлік сипаттама жатады I=f(U)|Ф= const (6.1 сурет). Мұнда IV квадрантта генераторлы режим келтірілген: I = 0 кезде (бос жүріс режим) U = ф – фотоЭҚК. U = 0 кезде (қысқаша тұйықталу режим) Iкз тогі өтеді. RH 0 кезде ток I = ф / RH. III квадрантта фотодиодты режим келтірілген. Ф=0 кезде сипаттама түзеткіш диодтың кері тармағымен дәл келеді. Ф көбейумен фототок IФ көбейеді. Жалпы ток Iжал кері ток пен фототоктің сомасына тең Iжал=I0+IФ. I квадрантта – Ф = 0 кезде ВАС түзеткіштік диодтікіндей. Ф > 0 кезде Iпр >> IФ және IФ, Iпр жанында а жырату мүмкін емес. Сол себептен фотодиодты тікелей қосу кезінде қолданбайды. IФ және Iк өлшенетін болғандықтан, фотодиод кері бағытта косылады; Биполярлық фототранзисторлар. Бұл екі немесе бірнеше шығыстары бар фотоэлектронды транзистор. Жалпақ транзистордың құрылымына ие және эмиттер, коллектор мен баздан шығысы бар. Фототиристор. Фототиристор жарықтық сигналды электрлікке түрлендіреді. Тура кәдімгі тиристордікіндей құрылымға ие. Оптрондар. Элементарлы оптрон – фотонды байланысы бар жұп. Оптрон – дегеніміз жарық көрегімен фотоқабылдағыштан тұратын активті элемент. Мұнда сыртқы электрлік сигнал оптикалыққа түрленеді, ұлғаяды, сосын қайта электрлікке түрленеді, немесе керісінше, бірақ міндетті түрде күшею коэффициенті бірден жоғары болуы тиіс. Негізгі қасиеттері – кіріс жіне шығыс тізбектерін бөле білетін мүмкіндігі, яғни гальваникалық немесе оптикалық айырымы орын алады. сурет Оптрондар екі түрге бөлінедлі: а) ішкі электрлік және сыртқы фотонды байланысы бар оптрон. суретте ФҚ – фотоқабылдағыш, К – электр сигналдарын күшейткіш, ЖҚ – жарық көрегі. Шығыс жарығы Вшығ кіріс Вкір пропорционалды өзгереді. Оптикалық сигнал электрлікке түрленеді, сосын электронды күшейткішпен күшейеді және қайтадан оптикалыққа түрленеді. Оптрон – оптоэлектронды күшейткіш пен түрлендіргіштер көрінісінің негізі. Матрицаның кірісіндегі көрініс көптеген оптрондардан тұрады, олар шығысында күшейеді немесе түрленеді; б) ішкі фотонды байланысы бар оптрон (6.3 сурет). Мұнда ЖҚ– жарық қөрегі, Ж– жарық жүргізгіш, ФҚ – фотоқабылдағыш. Осының бәрі герметикалық жарық өтпейтін корпусқа орналыстырылынады Электрлік сигнал оптикалыққа түрленеді, күшейеді және қайта электрлікке түрленеді. сурет Оптрондар электрлік сигналды құрауға, күшейтуге, түрлендіруге және т.б., үшін қолданылынады. Оптрондардың түрлері. Оптоэлектронды интегралды сұлбалар (ОЭ ИС) жеке компонентер арасында оптикалық байланысқа ие. Ол микросұлбалардағы фотоқабылдағаштар мен жарық қоректерінен басқа диодты, транзисторлы және тиристролы оптожұптарда фотоэлементтердегі сигналдарды өңдейтін құрылғылар бар. ОЭ ИС ерекшеліктері – сигналдарды бір бағытта беру және кері байланыстың жоқтығы. Оптоэлектронды аспаптардың отехникасы перспективті және үзіліссіз дамуда. Бақылау сұрақтары: 1. Фотоэлектрондық құрылғыларға не жатады? 2.Жарық диодтары қайда қолданылады? 3.Оптоэлектрондық аспаптарды атаңыз. 4. Фотодиодтың жұмыс принципі. 5. Жарық диодтың жұмыс принципі. жүктеу/скачать 118,07 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|