Barcha maruza mashg‘ulotlarni nazariy qismi, maruza mashg‘ulotlarni o‘tkazish uchun topshiriq, nazorat savollari va adabiyotlar ro‘yxati keltirilgan

6-ma’ruza. OPTOELEKTRON O‘ZGARTIRGICHLARNI XISOBLASH.

Reja: 1. Fotorezistorli optoelektron o‘zgartirgichlarnixisoblash.

2. Fotodiodli optoelektron o‘zgartirgichlarnixisoblash.


Tayanch so‘zlar: O‘zgartirgich, fotorezistor, fotodiod, fotoo‘tkazuvchanlik, relaksatsi, tok doimiysi, vaqtning bog‘lanishi, chiqish signali, relaksatsiya, impuls davomiyligi.


1. Fotorezistorli optoelektron o‘zgartirgichlarni xisoblash.
Optoelektron qurilmalarining chiqish kuchlanishi va tezkorligi fotopriyomnikning yuklama qarshiligini to‘g‘ri tanlash bilan bog‘liq. Qachonki, nur impulьsining davomiyligi fotopriyomnik zanjiridagi o‘tish jarayonidan kam bo‘lgan taqdirda, yuklama bilan fotopriyomnikning dinamik muvofiqlashtirish zaruriyati vujudga keladi, bu esa nur impulьsi faoliyatining oxirida chiqish signalining maksimal bo‘lishiga olib keladi[5].
YUklama bilan fotorezistor o‘rtasidagi dinamik moslashuvini ko‘rib chiqamiz.
Fotorezistorning o‘tish o‘tkazuvchanligi g(t) keskin o‘zgaruvchi yorug‘lik oqimi ta’sirida quyidagiga teng:
(3.3.1)
bu erda g_k(t)– fotorezistorning qorong‘ulik o‘tkazuvchanligi; g_yorug‘ –o‘rnatilgan yorug‘lik o‘tkazuvchanlik; -o‘tkazuvchanlik relaksatsiya doimiysi.
R_yuk–yuklamali fotorezistor uchun chiqish signalining nisbiy kattaligi quyidagicha aniqlanadi:

(3.3.2)
(3.3.1)ni ‘isobga olib va g_yorug‘/g_k =k belgilab, (3.3.2)ni quyidagicha o‘zgartiramiz:
(3.3.3)
nisbiy yuklama kattaligini kiritib (3.3.3)ni quyidagicha yozamiz:
(3.3.4)
(3.3.4) ifodadan ko‘rinib turibdiki, chiqish signali nafaqat vaqt funksiyasi bo‘libgina qolmasdan, balki nisbiy yuklama ga ‘amda fotorezistor qarshiligining o‘zgarishini karraliligiga va  ga ham bog‘liqdir. (3.3.4)ning analizi shuni ko‘rsatadiki, nur impulьsning berilgan davomiylik qiymati t_i ni o‘tuvchi vaqt qiymati o‘rniga qo‘yib quyidagini hosil qilamiz.
(3.3.5)
(3.3.5)dagi a_opt qiymatini (3.3.3)ga qo‘yib, maksimal mumkin bo‘lgan chiqish signallar uchun analitik ifodani olamiz.
(3.3.6)

Umumiy holda k va yorug‘lik oqimi va fotorezistor kuchlanishi bilan bog‘liq, shuning uchun (3.3.6) amaliyotda qo‘llash uchun bu bog‘liqlikni bilish shart.
Tadqiqotlar shuni ko‘rsatadiki, SF3-1 tipidagi selenid kadmiydan bo‘lgan yuqori sezgirli fotorezistorlar karraliligi K quyidagi empirik bog‘lanish bilan etarlicha aniqlik darajasida ifodalanadi.
(3.3.7)
Bu erda tadqiqot qilingan fotorezistorlar partiyasi uchun E=2÷100 lk yoritilganlik diapazonida va kuchlanish U_fr=0 ÷20V, v=(0,85÷0,95) ; ; s=(0,017–0,021) .Amalda etarli aniqlik darajasida k quyidagi formuladan aniqlanadi:


k  bE (3.3.8)
Fotorezistorlar partiyasini tadqiqot qilish uchun quyidagi ifoda hosil qilingan
(3.3.9)
bu erda m = 200 ms/lk , γ = 0.57
(3.3.8) va (3.3.9) bog‘lanishlar E va t_u ning turli qiymatlarida optimal yuklamani aniqlash imkoniyatini beradi. 6.1,a-rasmda E ning turli qiymatlarida logarifmik masshtabda = f(t_u) bog‘liqligi ko‘rsatilgan. 6.1.b-rasmdagi grafik fotorezistor bilan yuklamaning dinamik moslashuvini ko‘rsatib, bu erda u o‘qi bo‘ylab nisbati x o‘qi bo‘ylab esa E ning turli qiymatlari uchun impulьs davomiyligi t_u ko‘rsatilgan, bu erda _opt..imp. – dinamik moslashuvda bo‘lgan yuklama chiqishidagi kuchlanish; - statik rejimda moslashuvda bo‘lgan signal, ya’ni
R_yuk = .
bo‘lganda, FSA tipidagi kam inersion fotorezistorlar bilan yuklama o‘rtasidagi dinamik kelishuvini ko‘rib chiqamiz.
FSA fotorezistorlar to‘lqin uzunligini infraqizil sohasida maksimum sezgirlikka egadir, shuning uchun nur tarqatuvchi manba sifatida arsenid-galiy svetodiodi olingan. Arsenid-galiy svetodiodlarining nur tarqatish quvvati r–n o‘tish toki bilan to‘g‘ri proporsionaldir, shuning uchun fotorezistorning hamma parametrlari svetodiodning tokiga nisbatan olinadi.



6.1-rasm. Nisbiy yuklamani impulьs davomiyligi qiymatiga bog‘liqligi.

(3.3.4) tenglamadan kelib chiqqan holda k va larning svetodiod tokining I_yo funksiyasi sifatida eksperimental tadqiqot qilinganda K = f(I_yo) bog‘liqligi quyidagi ifoda bilan etarli darajada aniqlik bilan approksimatsiyalanadi.

. (3.3.10)

bu erda I_yoo =20 mA va

(3.3.10) tenglamasi I_yo>20 mA bo‘lgan taqdirda to‘g‘ri keladi. _u bilan svetodiod toki o‘rtasidagi bog‘liqlik agar M va h eksperimental tadqiqotlar natijasida aniqlansa, quyidagi tenglamadan aniqlanadi:


(3.3.11)
Tadqiqot qilingan fotorezistorlar partiyasi va tanlangan svetodiod uchun M = 41
h = 0.42; I_yo >20 mA
Mumkin bo‘lgan maksimal chiqish signalining impulьs davomiyligi funksiyasi sifatidagi bog‘liqligi svetodiod tokining har xil qiymatlari uchun 6.2 – rasmda ko‘rsatilgan va o‘z navbatida svetodiod – fotorezistor juftligining optimal ish rejimini aniqlashga yordam beradi.

6.2-rasm. Nisbiy yuklamaning impulьs tokiga va impulьs davomiyligiga bog‘liqligi.

6.3–rasmda svetodiodning turli toklari uchun yuklamaning optimal koeffitsientlari bilan t_u orasidagi bog‘lanish ko‘rilgan. Grafikdan ko‘rinib turibdiki, a_opt kattaligi uncha katta bo‘lmagan oraliqda o‘zgaradi va a_opt.stat ga yaqindir. Bu yuqori chastotali fotorezistorlarda k–ning kichik qiymatlari bilan izohlanadi.

6.3-rasm. Svetodiodning turli toklari uchun yuklamaning optimal koeffitsientlari bilan t_u orasidagi bog‘lanish.

Tashqi yorug‘lik osti foni fotorezistor fotoo‘tkazuvchanligining relaksatsiyasi doimiy vaqti qiymatini kamaytiradi, shuning uchun uni fotorezistorlarning chastota diapazonini kengaytirishda qo‘llanilishi tavsiya etiladi. Lekin shuni ta’kidlab o‘tish kerakki, tashqi yorug‘lik osti fotoo‘tkazuvchanlikning karraliligini k = g_yo /g_tyoo kamaytiradi. CHunki impulьs rejimda chiqish signali qiymati t_u, U_fr, k va larning funksiyasidir. SHuning uchun

(3.3.12)

funksiyaga tashqi yorug‘lik osti nurini ta’sirini tadqiqot qilish zarur.

 va k miqdorlarning qiymati har xil yoritilganlik qiymatlari uchun yuqorida keltirilgan usul bilan aniqlanadi.
(3.3.3) formulasidan g_yo=kg_k kelib chiqadi. (3.3.7) formulasidagi k qiymatini nazarga olib quyidagini hosil qilamiz:
(3.3.13)

bu formula faqat tashqi yorug‘lik osti nuri uchun qachonki

(3.3.14)

bo‘lgandagina o‘rinlidir, ya’ni

(3.3.15)
fotoo‘tkazuvchanlikning karrali koeffitsienti tashqi yorug‘lik osti nuridan foydalanilganda quyidagicha:
(3.3.16)

(3.3.16) tenglamasiga (3.3.15) va (3.3.14)dan g_yo va g’_yo qiymatlarni qo‘yib, quyidagini hosil qilamiz:

(3.3.17)
Olingan natijalar shuni ko‘rsatadiki, fotoo‘tkazuvchanlikning o‘zgarish karraliligi shu fotorezistorga qo‘yilgan kuchlanshga umuman bog‘liq emas.



6.4-rasm. K- ning bog‘lanish grafigi.

6.4 – rasmda (3.3.17) tenglamasi asosida E_tyoo turli qiymatlari uchun k = f(E_sign) bog‘lanish ko‘rilgan. Xuddi shu rasmda 14 namuna uchun k ning o‘rtacha qiymatlari keltirilgan. Grafikdan ko‘rinib turibdiki, nazariy va eksperimental natijalar etarli darajada mos keladi.

Fotoo‘tkazuvchanlikning relaksatsiya doimiy vaqtning _u (E_sign) bog‘lanishi E_tyoo ning turli qiymatlari uchun 6.5-rasmda keltirilgan. Grafiklardan ko‘rinib turibdiki, _u (E_sign) bog‘lanish E_tyoo = var bo‘lganda, uchta o‘ziga xos sohaga egadir. Boshlangich sohasida E_sign E_tyoo, const va u faqat tashqi yorug‘lik osti bilangina aniqlanadi.



6.5-rasm. Fotoo‘tkazuvchanlikning relaksatsiya doimiy vaqtning _u (E_sign) bog‘lanishi.

Tashqi yorug‘lik ostini juda yuqori sathlarida hamda E_sign kattaligi E_cheg qiymatidan ortib ketganda, uning doimiy vaqti _u o‘zining minimal qiymatiga etadi, ya’ni _u = _min = const bu esa

_u = ₀ + (E) (3.3.18)
ifodaga to‘laligicha mos keladi.
Bu erda ₀–birorta minimal doimiy vaqt; E=0 da (E) maksimumga ega va E o‘sganda u kamayadi.
Oraliq sohada, ya’ni E_tyoo < E_sign cheg da _n ning E_sign va E_tyoo dan bog‘liqligi logarifmik masshtabda kamayuvchi chiziqli xarakterga ega. Ko‘rib chiqilgan uchala soha uchun quyidagi empirik tenglama hosil qilingan:
(3.3.19)
bu erda V , I_lk < E_sign < Etyoo (I_lk tyoo <60lk) bo‘lganda yuqoridagi tenglik o‘rinlidir.
(3.3.20)
(3.3.20) ifoda E_tyoo < E_sign cheg oralig‘ida kuchga egadir, bu erda 1 lk va (3.3.20) tenglama asosida qo‘yilgan bog‘lanishning = _min =const gorizontal chizig‘i bilan kesib o‘tish shartidan E_cheg aniqlanadi, ya’ni:
(3.3.21)
(3.3.22)
Berilgan fotorezistorlar turi uchun E_sign > E_cheg ¸ki E_tyoo >60 lk bo‘lganda _min = 6 ms qiymati mos keladi. k va _n larning qiymatlarini (3.3.17), (3.3.19), (3.3.20) va (3.3.21) tenglamalaridan (3.3.6) formulasiga qo‘yib, tashqi yorug‘lik osti ta’sirida impulьslarning turli davomiyligi uchun maksimal mumkin bo‘lgan chiqish signallari uchun analitik ifodani hosil qilamiz. Bu analitik ifodalarga mos keluvchi grafiklar 6.6–rasmda keltirilgan.

6.6-rasm. Analitik ifodalarga mos keluvchi grafiklar.