Optoelektron qurilmalarning ishlash printsipi. Elektr o'lchash asboblarining xususiyatlari va ularni qo'llash sohalari. Optoelektronik asboblar Kirish Optoelektronik asboblar Bu optoelektronik asboblarning tasnifi Reja

Optoelektron qurilmalarning ishlash printsipi. Elektr o'lchash asboblarining xususiyatlari va ularni qo'llash sohalari. Optoelektronik asboblar Kirish Optoelektronik asboblar Bu optoelektronik asboblarning tasnifi


Reja

1. 
   Optoelektron qurilmalar
   
2. 
   Ko'rinadigan diapazonda yorug'lik chiqaradigan diodlarning asosiy xususiyatlari
   
3. 
   Infraqizil nurli diodlarning asosiy xususiyatlari
   
4. 
   Keng ma'noda optoelektronik qurilmalar
   
5. 
   Foydalanilgan manbalar ro'yxati
   
6. 
   Optoelektron qurilmalar
   

Optoelektron qurilmalarning ishi axborotni qabul qilish, uzatish va saqlashning elektron-foton jarayonlariga asoslangan.

Eng oddiy optoelektronik qurilma optoelektronik juftlik yoki optokupldir. Nurlanish manbai, immersion muhit (optik tola) va fotodetektordan tashkil topgan optokuplning ishlash printsipi elektr signalini optikaga, keyin esa yana elektr signaliga aylantirishga asoslangan.
Optokuplerlar funktsional qurilmalar sifatida an'anaviy radio elementlarga nisbatan quyidagi afzalliklarga ega:
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 tomonlama axborot oqimi;
optik tebranishlarning yuqori chastotasi tufayli keng polosali,
etarli tezlik (nanosekundlar birliklari);
yuqori buzilish kuchlanishi (o'nlab kilovolt);
past shovqin darajasi;
yaxshi mexanik kuch.
Amalga oshirilgan funktsiyalarga ko'ra, optokuplni o'rni (kalit) bilan transformator (ulash elementi) bilan solishtirish mumkin.
Optokupllarda yarimo'tkazgichli nurlanish manbalari - guruh birikmalarining materiallaridan tayyorlangan yorug'lik chiqaradigan diodlar qo'llaniladi. LEKIN III B V , ular orasida eng istiqbolli fosfid va galliy arseniddir. Ularning nurlanish spektri ko'rinadigan va yaqin infraqizil nurlanish (0,5 - 0,98 mikron) hududida joylashgan. Galliy fosfidiga asoslangan yorug'lik chiqaradigan diodlar qizil va yashil rangga ega. Silikon karbidli LEDlar istiqbolli, sariq rangga ega va yuqori haroratlarda, namlikda va agressiv muhitda ishlaydi.
Spektrning ko'rinadigan diapazonida yorug'lik chiqaradigan LEDlar elektron soatlar va mikrokalkulyatorlarda qo'llaniladi.
Yorug'lik chiqaradigan diodlar radiatsiyaning spektral tarkibi bilan ajralib turadi, bu juda keng, radiatsiya naqsh; Chiqarilgan yorug'lik kvantlari sonining o'tganlar soniga nisbati bilan aniqlanadigan kvant samaradorligi p-n-elektronlarning o'tishi; quvvat (ko'rinmas nurlanish bilan) va yorqinlik (ko'rinadigan nurlanish bilan); volt-amper, lumen-amper va vatt-amper xarakteristikalari; tezlik (impulsli qo'zg'alish paytida elektroluminesansning ortishi va kamayishi), ish harorati oralig'i. Ishlash harorati ko'tarilganda, LEDning yorqinligi pasayadi va radiatsiya quvvati kamayadi.
Ko'rinadigan diapazonda yorug'lik chiqaradigan diodlarning asosiy xarakteristikalari Jadvalda keltirilgan. 1 va infraqizil diapazon - jadvalda. 2.
1-jadval Ko'rinadigan diapazonda yorug'lik chiqaradigan diodlarning asosiy xususiyatlar

Optoelektron qurilmalardagi yorug'lik chiqaradigan diodlar fotodetektorlarga immersion muhit orqali ulanadi, uning asosiy talabi signalni minimal yo'qotishlar va buzilishlar bilan uzatishdir. Optoelektron qurilmalarda qattiq suvga cho'mdiruvchi vositalar - polimerik organik birikmalar (optik yopishtiruvchi va laklar), xalkogenid muhiti va optik tolalar ishlatiladi. Emitent va fotodetektor orasidagi optik kanal uzunligiga qarab, optoelektronik qurilmalarni optokupllarga (kanal uzunligi 100 - 300 mikron), opto-izolyatorlarga (1 m gacha) va optik tolali aloqa liniyalari - FOCL (yuqoriga) bo'lish mumkin. o'nlab kilometrgacha).

2-jadval. Infraqizil nurli diodlarning asosiy xususiyatlari

Optokuplatorlarda ishlatiladigan fotodetektorlar spektral xususiyatlarni emitent bilan moslashtirish, yorug'lik signalini elektr signaliga aylantirishda minimal yo'qotishlar, fotosensitivlik, tezlik, fotosensitiv hududning o'lchami, ishonchlilik va shovqin darajasi uchun talablarga bo'ysunadi.

Optokuplerlar uchun ichki fotoelektr effektiga ega bo'lgan fotodetektorlar eng istiqbolli bo'lib, fotonlarning ma'lum fizik xususiyatlarga ega bo'lgan materiallar ichidagi elektronlar bilan o'zaro ta'siri ushbu 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. (klapanli 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, kompozit fototransistorlar, fototiristorlar, dala fototransistorlari).
Fotodiodlar kremniy va germaniy asosida tayyorlanadi. Kremniyning maksimal spektral sezgirligi 0,8 mkm, germaniyniki esa 1,8 mkm gacha. Ular teskari yo'nalish bilan ishlaydi p-n-o'tish, bu ularning tezligini, barqarorligini va xarakteristikaning chiziqliligini oshirishga imkon beradi.
Ko'pincha fotodiodlar turli xil murakkablikdagi optoelektronik qurilmalarning fotodetektorlari sifatida ishlatiladi. p- i-n- qayerda tuzilmalar i yuqori elektr maydonining kamaygan hududidir. Ushbu hududning qalinligini o'zgartirib, tashuvchilarning past sig'imi va parvoz vaqti tufayli tezlik va sezgirlik nuqtai nazaridan yaxshi xususiyatlarni olish mumkin.
Zaryad tashuvchilarni ko'paytirishda fototokni kuchaytirishdan foydalanadigan ko'chki fotodiodlari sezgirlik va tezlikni oshirdi. Biroq, bu fotodiodlar harorat oralig'ida etarlicha barqaror emas va yuqori kuchlanishli quvvat manbalarini talab qiladi. Schottky to'sig'iga ega 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 mkm. Fotorezistorlar odatda kam yorug'likda ishlatiladi; sezgirlik nuqtai nazaridan ular fotoko'paytirgichlar - tashqi fotoelektrik effektga ega qurilmalar bilan taqqoslanadi, lekin past kuchlanishli elektr ta'minotini talab qiladi. Fotorezistorlarning kamchiliklari past tezlik va yuqori shovqin darajasidir.
Ichki kuchaytirgichli eng keng tarqalgan fotodetektorlar fototransistorlar va fototiristorlardir. Fototransistorlar fotodiodlarga qaraganda sezgirroq, lekin sekinroq. Fotodetektorning sezgirligini oshirish uchun foto va kuchaytiruvchi tranzistorlarning kombinatsiyasi bo'lgan kompozit fototransistor ishlatiladi, lekin u past tezlikka ega.
Optokupllarda fototiristor (uchta yarim o'tkazgichli qurilma). p- n-o'tishlar, yoritilganda o'tish), yuqori sezuvchanlik va chiqish signali darajasiga ega, 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. Optokupl qabul qilinadigan kirish signali (nazorat oqimi), oqim uzatish nisbati, tezlik (o'tish vaqti) va yuk hajmi bilan tavsiflanadi.
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 optokuplerlar keng qo'llaniladi. Fotorezistorlar asosidagi optokupller past vaqt va harorat barqarorligi tufayli keng qo'llanilmaydi. Ba'zi optokupllarning diagrammalari shaklda ko'rsatilgan. to'rtta, a - janob.
Kogerent nurlanish manbalari sifatida yuqori barqarorlik, yaxshi energiya xususiyatlari 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 tarmoqli kengligi (gigahertzning tarmoqli kengligi), elektromagnit parazitlarga qarshilik, past og'irlik va o'lchamlar, kirishdan chiqishgacha to'liq elektr izolyatsiyasi, portlash va yong'in xavfsizligiga ega. FOCL ning o'ziga xos xususiyati - strukturasi rasmda ko'rsatilgan maxsus optik tolali kabeldan foydalanish. 5. Bunday kabellarning sanoat namunalari 1 - 3 dB / km va undan pastroq zaiflashuvga ega. Optik tolali aloqa liniyalari telefon va kompyuter tarmoqlari, yuqori sifatli uzatiladigan tasvirlar bilan kabel televideniesi tizimlari. Ushbu liniyalar bir vaqtning o'zida o'n minglab telefon suhbatlari va bir nechta teledasturlarni uzatish imkonini beradi.
So'nggi paytlarda optik integral mikrosxemalar (OICs) jadal ishlab chiqildi va keng tarqalmoqda, ularning barcha elementlari zarur materiallarni substratga joylashtirish natijasida hosil bo'ladi.
Elektron soatlarda indikator sifatida keng qo'llaniladigan suyuq kristalllarga asoslangan qurilmalar optoelektronikada istiqbolli hisoblanadi. 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 (nematikalarga) oʻxshash suyuq kristallar yorugʻlik indikatorlari va optik xotira qurilmalarida koʻproq qoʻllaniladi.Isitganda rangi oʻzgarib turuvchi suyuq kristallar (xolesteriklar) ishlab chiqilgan va keng qoʻllaniladi.Suyuq kristallarning boshqa turlari (smektikalar) mavjud. axborotni termo-optik qayd qilish uchun ishlatiladi.
Nisbatan yaqinda ishlab chiqilgan optoelektronik qurilmalar o'ziga xos xususiyatlari tufayli fan va texnikaning turli sohalarida keng qo'llaniladi. Ularning ko'pchiligi vakuum va yarimo'tkazgich texnologiyasida o'xshashi yo'q. Biroq, yangi materiallarni ishlab chiqish, ushbu qurilmalarning elektr va ekspluatatsion xususiyatlarini yaxshilash, ularni ishlab chiqarishning texnologik usullarini ishlab chiqish bilan bog'liq ko'plab hal etilmagan muammolar mavjud.