Шағылыстырғыш диод
Көрінетін диапазонда жұмыс жасайтын жарық шағылыстырғышты немесе жарық диодын шағылыстырғыш диод деп атайды. Шағылыстырғыш диодтар бөлек элементтер немесе топтар түрінде (әріп, сандар, және әртүрлі симводар) шығарылады.
Енді шағылыстырғыш диодтардың сипаттамасымен, параметрлері мен бейнелеу жүйесімен танысайық.
Құрылғы. Жарық шағылыстырғыш диодтың қрылымының схемалық суреттемесін 1.2.-ші суретте көрсетілген; ал оның шартты графикті белгіленуі 1.2.(б) суретінде көрсетілген.
Шағылысу электрондар мен кемтіктердің р-n өтуі бар аймағындағы рекомбинация салдарынан тура токтың диодтан ағып өту нәтижесінде пайда болады. Рекомбинация кезінде фотондар шағылысады.
Сипаттамасы мен папраметрлері:
Көру диапазонында (толқын ұзындығы 0,38-ден 0,78 мк-ге дейінгі, ал жиілігі 1015 Гц-тен кем емес), шағылысатын диодтар үшін келесі сипаттамалар кеңінен қолданылады:
· L шағылысуының жарықтылығының диодтың I тогына тәуелділігі
· Жарық күшінің Іv диод тогына тәуелділігі
Енді АЛ 102А типті жарық шағылыстырғыш диодтың жарықтылық сипаттамасын кескіндейік (1.2.1). Бұл диодтың жарығы – қызыл.
АЛ 316А (1.2.2.-сурет) типті жарық шағылыстырғыш диодтың жарық күшінің токқа тәуелділік графигін тұрғызайық (түсі – қызыл).
Инфрақызыл диапазонда жұмыс жасайтын шағылысу қуаты шағылыстырғыш диодтың тогына тәуелді болатын АЛ 119А типінің мүмкін болатын графигін тұрғызайық (толқын ұзындығы 0,93-0,96мкм).
Осы аталған АЛ 119А типті диодқа бірнеше сипаттамалар берейік (параметр):
· Шағылысу импульсінің өсу қуаты – кемінде 1000нс;
· Шағылысу импульсінің уақытының төмендеуі – 1500нс-тан көп емес;
· і=300мА кезіндегі тұрақты тура кернеуі – 3В-тан кем емес;
· t<+850С кезіндегі максимальды тұрақты тура ток – 200мА;
· Орта температурасы – 60...+850С
Бейнелеу жүйесі. Бұрыннан негізі қалаған бейнелеу жүйесі 2 немесе 3 әріп және 3 санды қолдануды ұсынады, мысалы АЛ 316 немесе АЛС 331. Бірінші әріп материалды, екіншісі және үшіншісі – құрастырымдылық жасалуына: Л – бірлік жарықдиоды, ЛС – жарықдиодтың қатары не матрицасы. Келесі сандар жұмыстың жасалу номерін бейнелейді.
Қазіргі уақытта шағылысу көздері индикатордың жеке уақиғалары ретінде қарастырылады. Индикатордың қазіргі белгіленулері 7 элементті құрайды.
Бірінші элемент – И әріпі, құрылғының белгіні синтездеуші индикаторларға қатыстылығын көрсетеді. (3СИ)
Екінші элемент – индикатордың түрін білдіретін әріп: Л-электролюминисенті вакуумды; Ж-жұмсақ кристалды; П-жартылай өткізгіш; Э-электрлюминисенті.
Үшінші элемент – көрсететін мәліметті сипаттайтын әріп: Д-бірлік; Ц-сандық; В-әріптік-сандық; Т-шкалалық; М-мнемоникалық; Г-графикалық.
Төртінші элемент – жасалынған жұмыстың реттік номерін көрсететін сан; бірден 69-ға дейінгілер-тұрғызылған басқарусыз индикаторлар, 70-тен 99-ға дейінгілер – тұрғызылған басқарулы индикаторлар.
Бесінші элемент – индикатордың бір технология бойынша жасалынған бір классификациалды топтың приборына қатыстылығын анықтайтын әріп. А-дан Я-ға дейінгі орыс алфавитіндегі әріатер қолданылады. (ескерту: З, О, Ы, Ъ, Ь, Ш, Щ әріптері қолданылмайды).
Алтыншы элемент – индикатордың мәліметтік өрісін сипаттайтын бөлшек не туынды (бірлік индикатордан басқасы)). Бірразрядты және көпразрядты сегментті индикаторлар үшін-бөлшек, санағыш-сигмент саны, мағыналық-разряд саны немесе қатардағы элемент саныының бағандағы элемент санындағы туындысы.
Жетінші элемент – жарықталынудың түсін білдіретін әріп. Бір түсті индикаторлар үшін: К-қызыл, Л-жасыл, С-көк, Ж-сары, Р-күлгін қызыл, Г-ашық көк. Ал көп түсті индикаторлардың барлық түрі үшін – М әрпі.
Қорапшасыз жартылай өткізгіш индикаторды сегізінші элемент құрайды: 1-кристал ұстағышсыз иілгіш шықпасы; 2-кристалұстағыштағы иілгіш шықпасы; 3-кристалұстағышсыз қатқыл шықпасы; 4-кристалұстағыштағы қатқыл шықпасы;5-кристалұстағышсыз және шықпасыз контактілі алаңша; 6-шықпасыз кристалұстағыштағы контактілі алңша; 7-ортақ пластинада бөлінбеген кристалұстағышсыз шықпасы; 8-ортақ пластинада шықпасыз және кристалұстағышсыз контактілі пластина.
Кейде И әрпінің алдында К әрпі қолданылады. Бұл әріп қолданылуы кең өндірістік приборды білдіреді.
Фоторезистор
Фоторезистор деп кедергісі оптикалық спектр диапазонында электромагниттік шағылысуға сезімтал болып келетін жартылай өткізгіш приборды айтады. Фоторезистордың құрылымы (1.5 сурет) және шартты графиктік белгіленуі (1.5.б-сурет) төменде көрсетілген.
1.5 сурет
Жартылай өткізгішке келіп түсетін фотон ағыны электрон – кемтік жұбын тудырады. Бұл құбылысты ішкі фотоэффект деп атайды.
Фоторезисторлар, әдетте, і токтың резисторға берілген кернеудегі жарықталынуына Е тәуелді болады. Бұл оның люкс-амперлік сипаттамасын құрайды.
Көрінетін спектр диапазонда жұмыс жасайтын фск-Г7 фоторезисторына осындай (люкс-амперлік) сипаттама жүргізейік (1.6.-сурет).
1.6.-сурет
Көбінесе фоторезистордың келесідей параметрлері қоданылады:
· Номиналды қара (жарық ағынсыз) кедергі (фск-Г7 үшін кедергісі 5МОм-ға тең);
· Интегралды сезімталдық.
Интеграды сезімталдық (жарық ағынына токтың сезімталдығы) S мына өрнекпен анықталады:
S=iф/Ф
Мұндағы: iф-фототок
Ф-жарық ағыны
ФСК-Г7 фоторезисторы үшін S=0,7А/лм тең.
Фотодиод
Кері тогы р-n өтпесінің жарықталынуына байланысты өзгеріп отыратын шала өткізгішті фотодиод деп атайды.
Құрылғы және басты физикалық құбылыстар.
Қарапайым фотодиодтың (1.7.а-сурет) құрымын және графикалық белгілеуін (1.7.б-сурет) қарастырайық.
Фотодиодта өтетін физикалық үрдістер жарық диодына өтетін үрдістерге қатысты кері сипаттамаға ие. Фотодиодтың басты физикалық құбылысы болып р-n өту аймағындағы электрон-кемтік жұбының генерациялануы болып табылады.
p-n өтудің электрлік өрістері электрон мен кемтікті ажыратады. Өрісі тездетілген маңызды емес электр тасушылары өту арқылы өрістен шығарылады. Ал қалған маңызды электр тасымалдаушылары өзінің өту аймағынд өріс арқылы кідіріп қалады.
Электрон-кемтіктік жұптың генерациясы кері кернеуге және анод пен катод арасындағы Иак кернеуінің пайда болуына қатысты диодтың кері тогының өзгруінің үлкеюіне алып келеді. Электрон мен кемтіктің ажырауына Иак >0 сәйкес жасалынған ескертуге қатысты (кемтіктер-анодқа, ал электрондар-катодқа өтеді).
Сипаттамалары мен параметрлері. Фотодиодты вольт-амперлі сипаттамалар жүйесімен сипаттаған ыңғайлы. Енді фотодиодтың вольт-амперлі сипаттамасына жүгінейік (1.8.-сурет). Басында жарық ағыны 0-ге тең болсын делік, сонда фотодиодтың вольт-амперлі сипаттамасы, қарапайым диодтың вольт-амперлік сипаттамасын қайталайды. Егер жарық ағыны 0-ге тең емес болса, онда фотондар p-n аймаққа кіре отырып, электрон-кемтік жұбының генерациясын қоздырады.
1.8.-сурет
p-n өтуінің электрлік өріс көмегімен электрод тасымалдаушылар электродтарға қарай жылжиды, яғни кемтіктер – р аймақ электродтарына, ал электрондар – n аймақ электродтарына жылжиды. Нәтижесінде электродтар арасында жарық ағынының үлкеюіне байланысты өсетін кернеу туындайды.
Тура кернеуді диодтың анод-катод тогы теріс болуы мүмкін. Сонымен қатар құрылғы энергияны тұтынбайды, керісінше өндіреді.
Тәжірибеде фотодиодтар екі түрлі жұмыс әлпінде пайдаланады: сыртқы қорек көзінсіз фотогенератор ретінде және сыртқы қорек көзімен фототүрлендіргіш ретінде.
Фотогенератордың режимі u>0 және I<0 кезінде орын алады (4-ші квадрат). Осымен диод өзінің энергиясын ішкі тізбекке (u.i<0) береді. Мұндай режимде күн сәулесінің элементтері жұмыс істейді. Қазіргі таңда күн сәулесінің элементтері пайдалы әсер коэффициенті 20%-ды құрайды. Әлі күн сәулесі элементтерінен өндірілетін энергия, көмірден, мұнайдан және ураннан өндірілетін энергиядан 50 есе қымбат. Бірақ, алда мұндай энергия түрінің бағасы төмендейді деп күтілуде.
Фототүрлендіргіштің режимі u<0 және i<0 (3-ші квадрат) қатынасына сәйкес келеді. Бұл режимде фотодиод (ui>0) энергиясын тұтынады (1.а-сурет). Бұл режимнің графикалық анализі жүктемені қолдану арқылы орындалады. Сонымен қатар, оның сипаттамасын, әдетте, 1-ші квадранта шартты түрде белгілейді (1.10-сурет).
1.10-сурет
Фотодиодтар фоторезисторға қарағанда тезірек әсер еткіш болып келеді. Олар 107-1010Гц жиілігінде жұмыс атқарады. Көбінесе, фотодиод оптопараларында қолданылады. Мұндай жағдайда фотодиодтың алуан түрлі сипаттамалары жарықдиодының алуан түрлі тогына сәйкес келеді.
АОД112А-1(1.11.а-сурет) оптопарасына кіретін 20мА жарық диодының тогына сәйкес келетін фотодиодтың сипаттамасын кескіндейік.
Бұдан байқайтынымыз, фотодидтың тогы мен кернеуі кәдімгі диодтың шартты бағытына сйкес келеді (1.11.б-сурет).
