Оптоэлектронды құралдардың жалпы сипаттамасы

Жалпы жартылай өткізгіштер,оның ішінде жартылай өткізгіштік диодтар оптоэлектроникада электромагниттік сәле шығарумен(жарық энергиясымен) көрінерлік сәуле,инфрақызыл,ультракүлгін диапазондарында әсер ететін құрылғыларды пайдаланады,жарықпен әсерлесетін құрылғылардың үш түрі бар:жарықты тіркейтін құрылғы; жарықты түрлендіретін құрылғы;жарықты шығаратын құрылғы.

Жартылай өткізгіш және қоспаландыруға пайдаланған техника әрбір нақты құрылғылар үшін жарық толқындарының ұзындығын анықтайды.

Оптоэлектронды құрылғылар деп,көрінетін,инфрақызыл және ультракүлгін аймақтақтарда электромагниттік сәулеленуге сезімтал болып келетін,сондай-ақ осы сәулеленуді өндіретін және пайдаланатын құрылғыларды айтамыз.Көрінетін, инфрақызыл және ультракүлгін аймақтақтардағы сәулелену спектрдің оптикалық диапазонына жатқызылады.Әдетте көрсетілген диапазонға 1 нм-ден 1 мм-ге дейінгі ұзындықтағы электромагниттік толқындар жатады,бұған шамамен 0,5 • 1012 Гц –тен 5 • 1017 Гц-ке дейінгі жиілік сәйкес келеді. Кейде 10 нм-ден 0,1 мм -ге(5 • 1012...5 • 1016 Гц) дейінгі тар диапазондағы жиіліктер қолданылады.Көрінетін диапазонға 0,38мкм-ден 0,78 мкм-ге(жиілік шамамен 1015Тц –тен төмен емес) дейінгі толқын ұзындықтары сәйкес келеді.Практикада сәулелену көздері ретінде сәулелену қабылдағыштары (фотоқабылдағыштар) мен оптрондарды(оптопаралар) қолданамыз.

Оптоэлектрондық құрылғылардың негізгі қасиеттерін атап өтсек:

 Қолданылатын жиіліктердің үлкен мәндерінде ақпаратты таратудағы оптикалық каналдың жоғары ақпараттық сыйымдылығы

 Сәулелену көздері мен қабылдағыштарының толық гальваникалық шешімі

 Қабылдағыш сәулесінің қабылдағыш көзіне әсер етпуі(ақпарат ағынының бір бағытта болуы)

 Оптикалық каналдардың электромагниттік өрісті қабылдамауы(жоғары кедергілік қорғаныс)

1-суретте оптоэлектронды құрылғылардың жұмысы негізінді жатқан классификациясы мен физикалық әсерлері көрсетілген.

Оптрон – жартылай өткізгішті,сәуле шығару көзінен және сәуле қабылдағыштан тұратын,бір корпусқа біріктірілген және бұл екеуінің оптикалық,электрлік байланыстары бар құрал болып табылады.Оптронның көп тараған түрінде,сәулені қабылдағыш ретінде фоторезисторлар, фотодиодтар,фототранзисторлар қолданылады.

Резисторлық оптрондарда тізбектің кіріс режимі өзгерген кезде,шығыс кедергісі 1О7...1О8 есе өзгере алады.Сонымен қабат фоторезистордың ВАС-ы жоғары сызықтылығымен,симметриялылығымен айрықшаланады;осының нәтижесінде аналогтық құрылғыларда резисторлық оптопараның кеңінен қолданылуына жол ашылады.Резисторлық оптрондардың кемшілігі олардың төменгі дәрежедегі жылдам қимылы – 0,01...1 с.

Цифрлық ақпараттың сигналдарын беру тізбектерінде ең бастысы диодтық және транзисторлық оптрондар болса,ал үлкен вольттық күшті токтар тізбегінде,оптикалық коммутациялар үшін тиристорлық оптрондар қолданылады.

Тиристорлық,транзисторлық оптрондардың жылдам әсерінің 5...50 мкс диапазонында жиі жатуы оның ауыстырып қосу уақытын сипаттайды.Ал қайсыбір оптрондар үшін бұл уақыт өте аз болады.Ақпаратты таратуда оптрондар байланыс элементі ретінде қарастырылады.Оларды қолдану қондырғыны басқарудың әсерлі гальваникалық шешімін және әртүрлі электрлік шарттар мен режимдерге әсер ететін жүктемені жүзеге асырады.

АЛ119А типті диод үшін кейбір параметрлерді мысалға келтірейік:

импульсті сәулеленудің үдеу уақыты – 1000нс-тан жоғары емес;

импульсті сәулеленудің әлсіреу (төмендеу) уақыты – 1500 нс-тан жоғары емес;

тұрақты тура кернеу І=300 мА кезінде – 3В-тан төмен;

I95 мкм,спектр ені 0,05мкм-ден аспайды) ЗЛ115А,АЛ115А типті диодтары 10%-тан аспайтын пайдалы әрекет коэффицентіне ие.

Жарық диоды мыналарда қолданылады:

• Көшелік,өнеркәсіптік,тұрмыстық жарықтандыруда

• Құрылғы панелінің қосылу индикаторы ретінде

• Көшелік экрандарда,жылжымалы жолдарда

• Шамдар мен бағдаршамдарда

• ҚБ тетіктері,СК экрандарда

• Ойындарда,ойыншықтарды,белгілер мен USB-құрылғыларды

• Жарық диодты жол белгілерінде

Фоторезистор

Фоторезистор - жұмысы ішкі фотоэффектіге негізделген, жарық әсерінен электрлік кедергісі кеміп, электр өткізгіштігі артатын шалаөткізгіш аспап. Фоторезистордың негізгі бөлігі — шалаөткізгіш материалдың (кадмий және қорғасын сульфиді, кадмий селениді, висмутты-күкіртті және т.б.) жұқа фотосезімтал қабаты.

Оптоэлектронды ауыстырып қосқыш оптоэлектронды жұп пен күшейткішті құрайтын гибридті микросхема ретінде көрсетіледі.Ауыстырып қосқышта кремниймен қосылған галий арсенидіне негізделген жоғары-әсерлі фотодиодтар мен тез әрекет ететін кремнийлік p-i-n-фотодиодтары қолданылады.Иммерсиондық ортасы болып 2,7 сыну көрсеткіші бар халькогенидтік әйнек болып табылады.Оптоэлектрондық парада токтың берілу коэффиценті қалыпты температурада 3-5 аралығын құрайды,іске қосылу уақыты(кідірі уақыты мен фронттың өсу уақытының қосындысы) 100-250 пс,жарық диоды мен тұрақты токтағы фотоқабылдағыштың гальваникалық шешімі 109Ом болады.Микросхема ТО-5 типті дөңгелек метал-шынылық корпуста орындалады.

Оптоэлектрондық кілт айнымалы және тұрақты токтың жоғары жиілікті тізбегін коммутациялау үшін қолданылады. Оның бір-біріне тәуелсіз төрт каналы болады,оларды әрқайсысы жарық диоды мен жоғары-вольтті p-i-n-фотодиодынан тұратын екі оптоэлектрондық параны құрайды.Фотодиодтар қарама-қарсы ретті болып құралған,сондықтан жабық күйдегі (жарық диоды арқылы токтың болмауы) кілттің кедергісі,келтірілген кернеудің полярлығына қарамастан,p-i-n-фотодиодының кері бағыттағы қараңғылық кедергісімен анықталады.

Транзисторлық кілт 50 В-тағы тұрақөты кернеулерді коммутациялау үшін қолданылады.Құрылғы екі бір-біріне тәуелсіз каналдарды қамтида,олардың әрқайсысы галий арсенидтік жарық диоды мен кремнийлік к-p-i-n-фототранзисторды құрайды.Оптоэлектрондық параның токты беру коэффиценті 2,номинальді жұмыс тогы 10мА,күшейту режиміндегі тез әрекет етуі 100-300нс болады.

Аналогтық сигналдардың коммутаторы аналогтың сигналдарды селективті өңделу жүйесінде қолдану үшін арналған.Коммутатор каналының электрлік сұлбасы 20-суретте көрсетілген.Канал бір монокристалда орындалатын галий арсенидтік жарық диоды мен екі қарама-қарсы іске қосылған n-i-n-фотодиодтарынан тұрады.

Оптоэлектрондық құрылғылар есептеуіш техникада, автоматикада, бақылау-өлшегіш құрылғылырда кең қолданылады.Әрі қарай бұл құрылғыларды қолдану сипаттаманы,сенімділікті,ұзақтылық пен температуралық тұрақтылықты жақсарту мақсатында қолданылады.

Лекция

Радиоэлектроника, авт. Айгараева. 108-бет. Конспект жазыңдар

Лекция

Радиоэлектроника, авт. Айгараева. 109-бет. Конспект жазыңдар

Лекция