Оптоэлектронные приборы

Оптоэлектронные приборы - приборы, которые чувствительны к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях (оптический диапазон спектра), а также приборы, производящие или использующие такое излучение.

Оптический диапазон - электромагнитные волны с длиной от 1 нм до 1 мм, что соответствует частотам 0.5·1012 - 5·1017 Гц. Видимому диапазону соответствуют длины волн от 3.88 до 0.78 мкм (частота около 1015 Гц).

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?

Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.

Быстро и объективно проверять знания учащихся.

Сделать изучение нового материала максимально понятным.

Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.

Наладить дисциплину на своих уроках.

Получить возможность работать творчески.

=> ПОЛУЧИТЬ СУПЕРСПОСОБНОСТИ УЧИТЕЛЯ <=

Просмотр содержимого документа
«Оптоэлектронные приборы »

Оптоэлектронные приборы

ЕНУ имени Л. Н. Гумилёва

СТУДЕНТКА ГРУППЫ РЭТ-21 КАЛДЫБЕК ФАТИМА

Оптоэлектронные приборы - приборы, которые чувствительны к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях (оптический диапазон спектра), а также приборы, производящие или использующие такое излучение.

Оптический диапазон - электромагнитные волны с длиной от 1 нм до 1 мм, что соответствует частотам 0.5·1012 - 5·1017 Гц. Видимому диапазону соответствуют длины волн от 3.88 до 0.78 мкм (частота около 1015 Гц).

alnam.ru/book_pe.php?id=12

На практике используются источники излучения

(излучатели), приемники излучения (фотоприемники) и оптроны (оптопары).

Оптрон – прибор, в котором имеется и источник и приемник излучения, конструктивно объединенные и помещенные в один корпус.

Источники излучения: светодиоды и лазеры

Приемники излучения: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры

Оптроны: светодиод-фотодиод, светодиод-

фототранзистор, светодиод-фототиристор

www.ngpedia.ru/id310708p1.html

Достоинства:

Высокая информационная емкость оптических каналов передачи информации (большие значения

используемых частот)

Отсутствие влияния приемника излучения на источник (однонаправленность потока информации)
Невосприимчивость оптических каналов к

электромагнитным полям (высокая помехозащищенность)

www.ngpedia.ru/id310708p1.html

Излучающий диод (светодиод)

Стекло или

пластик

В светодиоде имеется p-n переход.

При пропускании электрического

тока в прямом направлении, носители

заряда - электроны и дырки -

рекомбинируют с излучением

фотонов (из-за перехода электронов с

одного энергетического уровня на

другой).

www.ngpedia.ru/id310708p1.html

Частота излучаемого света зависит от материала. Арсенид галлия излучает свет в инфракрасном диапазоне, который не воспринимается человеческим глазом. Арсенид фосфид галлия излучает видимый красный свет.

Светодиоды используют

• в уличном, промышленном, бытовом освещении.

• в качестве индикаторов включения на

панели прибора

• в уличных экранах, в бегущих строках.

• в фонарях и светофорах

• в пультах ДУ, подсветке ЖК экранов

• в играх, игрушках, значках, USB-устройствах

• в светодиодных дорожных знаках

Фоторезистор

полупроводниковый прибор, изменяющий

величину своего сопротивления при

облучении светом.

www.ngpedia.ru/id310708p1.html

Поток фотонов, падающих на полупроводник вызывает

появление пар электрон-дырка, увеличивающих проводимость.

Это явление называют внутренним фотоэффектом ( эффектом фотопроводимости).

Фоторезисторы изготавливают из светочувствительных

материалов (сульфид кадмия, селенид кадмия)

Используют для

измерения интенсивности света в фотографическом

оборудовании;

в охранных датчиках;
в устройствах автоматического открывания дверей;
в тестирующем оборудовании для измерения интенсивности света.

hi-edu.ru/e-books/xbook138/01/part-004.htm

Люкс-амперная характеристика – зависимость тока от

освещенности при заданном напряжении на резисторе

hi-edu.ru/e-books/xbook138/01/part-004.htm

Фотодиод

- приёмник оптического излучения, который

преобразует попавший на его фоточувствительную

область свет в электрический заряд за счёт процессов в

p-n переходе.

Основное физическое явление – генерация пар

электрон-дырка в области p-n перехода и в

прилегающих к нему областях под действием излучения

www.giricond.ru/production/photoelectric

Фотодиоды используют:

в режиме фотогенератора (без внешнего источника);
в режиме фотопреобразователя (с внешним источником

электрической энергии)

Фотогенератор преобразует световую энергию в электрическую

(фотоны, проникая в область p-n перехода, вызывают генерацию

пар электрон-дырка. Под действием электрического поля

перехода дырки движутся к электроду слоя p, электроны к к

электроду слоя n.В результате между электродами возникает

напряжение, которое увеличивается при увеличении Ф) В этом

режиме работают солнечные батареи, КПД – 20%.

www.giricond.ru/production/photoelectric

Фотопреобразователь

- используется для управления током. К фотодиоду прикладывается обратное напряжение и через него в обратном

направлении течет малый ток. При увеличении светового потока этот ток увеличивается.

ВАХ фотодиода

Фотогене-

Ф – световой поток

ратор

Ф1

Световой поток измеряется

в люменах, лм

фотопреобразователь

www.giricond.ru/production/photoelectric

Графический анализ
Характеристики
условно изображают
в первом квадранте
www.giricond.ru/production/photoelectric

Фототранзистор и фототиристор
Выходные характеристики фототранзистора подобны
выходным характеристикам обычного биполярного
транзистора, но положение характеристик
определяется не током базы, а уровнем освещенности
(или величиной светового потока).
Свойства фототиристора подобны свойствам обычного
тиристора, но включение осуществляется не с
помощью импульса тока управления, а с помощью
светового импульса.
www.giricond.ru/production/photoelectric

Оптопара светодиод-фотодиод
Излучающий диод должен быть включен в прямом направлении, а фотодиод – в прямом (режим фотогенератора) или в обратном направлении (фотопреобразователь)

Интегральная микросхема (ИМ) -
электронная схема произвольной сложности,
изготовленная на полупроводниковом кристалле
(или плёнке) и помещённая в неразборный корпус.
В настоящее время ИМС может содержать
до 1 миллиона элементов в кристалле
(например, последние версии процессоров
Pentium 4 содержат несколько сотен
миллионов транзисторов)
www.giricond.ru/production/photoelectric

Преимущества:
Малый размер (применяются в военных и космических программах)
Потребляют меньшую мощность и работают с более высокой скоростью
Более надежны (все компоненты сформированы одновременно,тестирование)
Производство унифицировано, что снижает стоимость
Недостатки:
Не могут работать при больших токах и напряжениях (напряжение – 5-15 В, токи – мА, мощность
Не могут быть отремонтированы.
www.giricond.ru/production/photoelectric

Технология изготовления
Полупроводниковая микросхема — элементы и
межэлементные соединения выполненвсе ы на одном
полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия,арсенида галлия).
Плёночная микросхема —все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок.
Гибридная микросхема —кроме полупроводникового кристалла содержит несколько бескорпусных диодов,транзисторов и(или) других электронных компонентов,помещённых в один корпус.
www.giricond.ru/production/photoelectric

Вид обрабатываемого сигнала
Аналоговые микросхемы (входные и выходные сигналы изменяются по закону непрерывной функции в диапазоне от положительного до отрицательного напряжения питания).
Цифровые (входные и выходные сигналы могут
иметь два значения: логический ноль или логическая единица, каждому из которых соответствует определённый диапазон напряжения. Например, для микросхем при питании +5 В диапазон напряжения 0…0,4 В соответствует логическому нулю, а диапазон
2,4…5 В соответствует логической единице).
Аналогово-цифровые (совмещают формы цифровой и аналоговой обработки сигналов, получают всё большее распространение).

Аналоговые МС
Операционные усилители;
Генераторы сигналов;
Фильтры;
Стабилизаторы источников питания и т.д.
Цифровые МС
Логические элементы;
Триггеры;
Счетчики;
Регистры и т.д.

Цифровые ИМ имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:
Уменьшенное энергопотребление связано с применением в цифровой
электронике импульсных электрических сигналов. При получении и
преобразовании таких сигналов активные элементы электронных устройств
(транзисторов) работают в «ключевом» режиме, то есть транзистор либо
«открыт»—что соответствует сигналу высокого уровня (1), либо
«закрыт»—(0), в первом случае на транзисторе нет падения напряжения, во
втором —через него не идёт ток. В обоих случаях энергопотребление близко
к 0, в отличие от аналоговых устройств, в которых большую часть времени
транзисторы находятся в промежуточном (резистивном) состоянии.
Высокая помехоустойчивость цифровых устройств связана с большим
отличием сигналов высокого (например, 2,5-5 В) и низкого (0-0,5 В) уровня.
Ошибка возможна при таких помехах, когда высокий уровень
воспринимается как низкий и наоборот, что мало вероятно.
Большое отличие сигналов высокого и низкого уровня и достаточно широкий
интервал их допустимых изменений делает цифровую технику
нечувствительной к неизбежному разбросу параметров элементов,
избавляет от необходимости подбора и настройки цифровых устройств.
www.giricond.ru/production/photoelectric

Логические элементы – это элементы, осуществляющие простейшие операции с двоичными сигналами. ЛЭ,соединенные определенным образом, позволяют создавать сложные системы обработки информации
1. Инверсия (логическое отрицание) - НЕ
Правило: на выходе будет: "1", когда на входе «0» и "0", когда на входе «1»

2. Дизъюнкция (логическое сложение) - ИЛИ
Правило: на выходе "1", когда хотя бы на одном входе действует «1»,"0", когда на всех входах действуют «0»

3. Конъюнкция (логическое умножение) - И
Правило: на выходе "1", когда на всех входах действуют «1», "0", когда хотя бы на одном входе действует «0»
www.giricond.ru/production/photoelectric

www.giricond.ru/production/photoelectric

Операционный усилитель (ОУ) -
это высококачественный усилитель,
предназначенный для усиления как
постоянных так и переменных сигналов.
www.giricond.ru/production/photoelectric

ОУ используются в виде полупроводниковых
интегральных схем, которые содержат десятки элементов, но по размерам и стоимости приближаются к отдельным транзисторам. ОУ удобно использовать при решении задач преобразования и генерирования маломощных
Сигналов. ОУ обычно рассматривается как «черный ящик»,
который описывается характеристиками и
параметрами, соответствующими токам и напряжениям только внешних выводов

Для питания ОУ обычно используются два источника напряжения (+15 В и -15 В). Это называют питанием
от источника с нулевым выводом или от
расщепленного источника ±15 В.
Инвертирующий вход
Неинвертирующий вход
Выводы для подключения
положит. и отрицат.
напряжения питания
Общий вывод

Обратная связь - воздействие выходной
величины устройства на вход этого же
устройства. Обратная связь отрицательна, если
в устройстве с ОС входная величина
уменьшается. В усилителях обычно
используется обратная отрицательная связь
(ООС). Хотя ООС и уменьшает коэффициент
усиления, но очень благотворно влияет на
многие параметры и характеристики усилителя
(уменьшаются искажения сигнала, в большем
диапазоне частот коэффициент усиления не
зависит от частоты и т.д.)
alnam.ru/book_pe.php?id=12

Современные ОУ имеют коэффициент
усиления μ, превышающий 105, а также обладают большим входным и малым выходным сопротивлением.
ОУ – основные элементы электронных
устройств, в том числе вычислительных
машин.
alnam.ru/book_pe.php?id=12

alnam.ru/book_pe.php?id=12

Часто при работе с ОУ используют понятие идеального операционного усилителя. Идеальный ОУ является физической абстракцией, то есть не может реально существовать, однако позволяет существенно упростить рассмотрение работы схем на ОУ благодаря использованию простых математических моделей.
Идеальный ОУ обладает следующими характеристиками:
Бесконечно большой коэффициент усиления.
Бесконечно большое входное сопротивление входов V- и V+. Другими словами, ток, протекающий через эти входы, равен нулю.
Нулевое выходное сопротивление выхода ОУ.
Способность выставить на выходе любое значение напряжения.
Бесконечно большая скорость нарастания напряжения на выходе ОУ.
Полоса пропускания: от постоянного тока до бесконечности.
alnam.ru/book_pe.php?id=12

Масштабирующий усилитель
используется в вычислительной технике для
изменения сигнала в определенном масштабе
i= iOC; uВХ – iR = 0 (uД = 0);
uВЫХ + iОСRОС = 0.
uВЫХ = - (ROC/R)·uВХ
КU = - ROC/R.
При ROC = R масштабируемый усилитель
называют инвертором напряжения.

alnam.ru/book_pe.php?id=12

Оптоэлектронные устройства широко применяют в вычислительной технике, автоматике, контрольно-измерительных устройствах. В дальнейшем применение этих устройств будет расширяться по мере улучшения их характеристик, надежности, долговечности и температурной стабильности.
http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook138/01/index.html?part-004.htm

Спасибо за внимание!