Отличительные особенности оптронов

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

Оптоэлектроника— это раздел науки и техники, в котором изучаются вопросы генерации, обработки, запоминания и хранения информации на основе совместного использования электрических и оптических явлений. Оптоэлектронные приборы используют при своей работе электромагнитное излучение оптического диапазона.

Элементная база оптоэлектроники включает в себя:

1) оптоизлучатели - преобразователи электрической энергии в световую;

2) фотоэлектрические приемники излучения (фотоприемники) — преобразователи световой энергии в электрическую;

3) приборы для электрической изоляции при передаче энергии и информации по световому каналу — оптоэлектронные приборы (оптопары);

4) световоды.

Полупроводниковым излучателемсвета является светоизлучающий диод. Известно, что при рекомбинации носителей, т. е. возвращении электрона из зоны проводимости в валентную зону, излучается квант энергии. Наиболее интенсивно рекомбинация происходит вблизи p – n перехода, когда основные носители преодолевают потенциальный барьер и рекомбинируют. Для создания светоизлучающих диодов используют сложные полупроводниковые материалы, у которых квант энергии излучается в оптическом (или инфракрасном) диапазоне, например фосфид галлия, арсенид галлия или карбид кремния.Излучение происходит при пропускании через прибор тока в прямом направлении.

Схемные обозначения светоизлучающего диода (а), фотодиода (б), фототранзистора (в), фототиристора (г) и диодного оптрона (д)

Современные полупроводниковые светоизлучатели – это сложные многослойные структуры микронных размеров , которые выращиваются методами полупроводниковой технологии. Из специальных ячеек, в которых содержатся исходные компоненты, вещество в высоком вакууме (порядка 10^–9 Па) медленно осаждается на монокристаллическую полупроводниковую подложку. Слой толщиной 1 мкм выращивается несколько часов. Другие условия (температура подложки, давление потоков от источников с различными компонентами) подбираются так, чтобы происходил послойный рост атомных слоёв и получались сложные монокристаллические гетероструктуры с заданными свойствами.

По степени сложности структурной схемы среди изделий оптронной техники выделяют две группы приборов. Оптопара (говорят также "элементарный оптрон") представляет собой оптоэлектронный полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего и фотоприемного элементов, между которыми имеется оптическая связь, обеспечивающая электрическую изоляцию между входом и выходом. Оптоэлектронная интегральная микросхемапредставляет собой микросхему, состоящую из одной или нескольких оптопар и электрически соединенных с ними одного или нескольких согласующих или усилительных устройств.

Отличительные особенности оптронов

- возможность обеспечения идеальной электрической (гальванической) развязки между входом и выходом; для оптронов не существует каких-либо принципиальных физических или конструктивных ограничений по достижению сколь угодно высоких напряжений и сопротивлений развязки и сколь угодно малой проходной емкости;

- возможность реализации бесконтактного оптического управления электронными объектами и обусловленные этим разнообразие и гибкость конструкторских решений управляющих цепей;

- однонаправленность распространения информации по оптическому каналу, отсутствие обратной реакции приемника на излучатель;

- широкая частотная полоса пропускания оптрона, отсутствие ограничения со стороны низких частот (что свойственно импульсным трансформаторам);

-  -возможность передачи по оптронной цепи, как импульсного сигнала, так и постоянной составляющей;

- возможность управления выходным сигналом оптрона путем воздействия (в том числе и неэлектрического) на материал оптического канала и вытекающая отсюда возможность создания разнообразных датчиков, а также разнообразных приборов для передачи информации;

Особенностью ВОЛС является использование специального волоконно-оптического кабеля, структура которого представлена на рис. 5. Промышленные образцы таких кабелей имеют затухание 1 – 3 дБ/км и ниже. Волоконно-оптические линии связи используют для построения телефонных и вычислительных сетей, систем кабельного телевидения с высоким качеством передаваемого изображения. Эти линии допускают одновременную передачу десятков тысяч телефонных разговоров и нескольких программ телевидения.

Полупроводниковый лазер — твердотельный лазер, в котором в качестве рабочего вещества используется полупроводник. В таком лазере, в отличие от лазеров других типов (в том числе и других твердотельных), используются излучательные переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами или подзонами кристалла. В полупроводниковом лазере накачка осуществляется :

Непосредственно электрическим током (прямая накачка);

электронным пучком;

электромагнитным излучением.

Glossary:

Тема СРС и СРСП:

1 Оптоэлектронные полупроводниковые приборы. Светодиоды. Реферат

2 Расчет параметров биполярного транзистора. Реферат.

9. Список основной литературы:

1. Ефимов И.Е., Козырь И.Я.Основымикроэлектроники. Учебник для вузов. – Изд. Лань,  2008 –  384с.

2. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. Учебник для вузов. – 5 –е издание. – СПб: «Лань», 2001. – 480с.

3. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. – СПб: КОРОНА принт, Бином Пресс, 2006. – 416с.

4. Лачин В.И., Савельев Н.С. Электроника: Учебное пособие. – Ростов на Дону: Феникс, 2000. – 448 с.

5. Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов В.Т. Электронные приборы. Учебник для вузов. – М., Лайт ЛТД, 2000. – 416с .

Список дополнительной литературы:

1 Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Учебное пособие для вузов. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. – 488 с.

2 Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств. – М.: Додэка – XXI, 2001. – 368 с.

3 Гук М. Аппаратные средства IBM PC – СПб.: ПИТЕР, 2004. – 816 с.