Вопрос 15: Элементы оптоэлектроники. Назначения, преимущества, типы оптронов.

В оптоэлектронике те же функции преобразования, вязи выполняют световые лучевые но­сители сигналов – электро-нейтральные фотоны, которые в световом потоке не взаимо­действуют между собой, не смешиваются, не рассеиваются. Поэтому, оптоэлектроника имеет следующие преимущества по сравнению с электрическими цепями:

1. Обеспечивается практически полная электрическая развязка входных и выходных це­пей системы.

Передатчик модема

получатель

нужно согласование

электрическая развязка

2. хорошее согласование цепей с разной импендацией (характеристическое сопротивле­ние).

3. отсутствие обратного влияния приемника сигнала на его источник.

4. более широкий диапазон частот.

Ограничительные функциональные возможности: не могут непосредственно управлять реле, двигателями, схемами защиты. Поэтому, в оптоэлектронных преобразованиях ис­пользуют комбинации оптических и электронных способов передачи и обратных сигна­лов. Нужно иметь источник схемы (фотоизлучатель), яркость и свечение которых зависят от значения электрического сигнала, сопротивление и ЭЖС которых зависят от освещен­ности.

Основной компонент – оптроны (пара из фотонной связи).

Два варианта (типа) оптрона:

Источник света

Фотоприемник

Фотоприемник

ЭП

Источник света

Оптрон с внутренней фотонной связью Оптрон с внутренней электрической связью

Вопрос 16: Управляемые источники света. Физические эффекты и приборы на их основе.

Управляемые источники света

Управляемые источники света – это источник, световой поток которого является фотоном электрического сигнала, поступающего на его вход.

Требования:

1. миниатюрность

2. малое потребление мощности

3. большой срок службы

4. высокая надежность

5. большое быстродействие

6. возможность микроминиатюризации

7. возможность смещения спектральных характеристик в любую область спектра

В основе источника света лежат следующие физические эффекты:

1. температурное свечение

2. излучение при газовом разряде

3. электролюминесценциионные интегральные схемы

4. индуцированное излучение

Температурное свечение:

Это обычная лампа накаливания.

К раткая характеристика:

1. широкий спектр излучения (инфракрасное излучение) достоинства

2. обеспечивает высокую освещенность (1 – 2)

3. и нерционность: рабочие частоты не более 10 – 20 Гц

4. низкая временная стабильность недостатки

5. плохо сочетается с транзисторными интегральными схемами (3 – 5)

НСМ – 23, 25, 19: применяются как индикаторы стационарных приборов.

Излучение при газовом разряде:

Газоразрядная лампа.

Особенности:

1. узкий спектр

2. инерционность 10^-4 с. – до 10 кГц

3. невысокая стабильность

4. большие габариты

5. плохо совместимы с большими интегральными схемами

Электролюминесценциионные интегральные схемы:

Наиболее перспективны электролюминесценциионные интегральные схемы. Люминес­ценция – световое излучение, превышающее тепловое при той же температуре, и имею­щие длительное свечение, значительно превышающие периоды излучения в оптическом диапазоне спектра. Для возникновения люминесценции нужно привести в возбужденное состояние. Электролюминесценция в полупроводниковых элементах вызывается как элек­трическим полем, так и током. Полупроводники такого типа называются люминофоры. Воздействие на него электрическим полем, возникнет ударная ионизация их атомов элек­тронами. В результате, концентрация свободных носителей повышается, и полупровод­ники в возбужденном состоянии. Это все происходит в p – n – переходах под воздейст­вием обратного напряжения (лавинный проход). Источники – монокристаллические, суб­лимированные, порошковые. Свечения значительно меньше, чем у а) и б), но они более технологичны, высокое быстродействие, большая надежность, микроминиатюры, имеют высокую монохромность излучения (узкий направленный луч).

Индуцированное излучение:

Инжекционные светодиоды.

Надо включить в прямом направлении p – n – переход. Представляет собой излучающий p – n – переход, свечение которого вызвано рекомбинацией в нем носителей заряда (дырок и электронов) при смещении в прямом направлении. В процессе рекомбинации выдается энергия в виде тепловой энергии – фононы. Этот процесс сопровождается излучением квантосвета – фотоны. Такой процесс называется излучательная рекомбинация, и проис­ходит только в полупроводниках, имеющих узкую ширину запрещенной зоны. Относятся арсенид галлия, антимонид индия.

Излучение инжекционного диода примерно пропорционально числу зарядов, инжекти­руемых p – n – переходов. Для получения достаточной интенсивности свечения нужна значительная плотность тока (не менее 30 А / см²). Для диода это 5 – 100 мА. Для свето­диода в справочнике сказано. При этом полупроводник покидают часть излучательных фотонов. Остальная часть поглощается. Т.о., квантовый выход (излучательные фотоны к общему числу) составляют 0, 1 – 0, 3 %.

Основная характеристика светодиода – люксамперная.

В – яркость в люксах.

В = b * I_д^γ

B – коэффициент пропорциональности.

γ – зависит от типа; если фосфид галлия, то γ =0, 5 – 0, 9; для арсенида галлия γ = 1, 2 – 1, 3.

В

(лк)

I_порог. I_диода I (А)

(0.1-2.5 А)

Дифференциальное сопротивление светодиода мало ( меньше, или равно 1 ОМ).

К огда совмещают несколько люминесценцивых p – n – переходов в одной конструкции, получают цифровые или знаковые индикаторы.

От 456 – 929 нм

В справочнике А Л 302 А

арсенид галлия световод

Люминесценцию поддерживают в) и г).