Оптоэлектронные приборы

Оптоэлектронные приборы

Фотоэффект

перераспределение электронов по энергетическим уровням в диэлектриках и полупроводниках под действием света.

Фотоэффект приводит к:

• внешний - испускание электронов под действием светового потока;
• внешний — под действием светового потока возникает фотоэлектронная эмиссия;
• возникновению фото ЭДС.

• внутренний – изменение проводимости при изменении светового потока
• — под действием фотонов происходит генерация носителей зарядов - электронов проводимости и «дырок»;

Фотоэлементы

Фоторезисторы — полупроводниковые приборы, которые имеют два контакта и электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от интенсивности и спектрального состава падающего излучения.

Фоторезистор

• Материалом для фоторезисторов служат селен, сернистый свинец, сернистый кадмий, сернистый висмут и другие полупроводники.
• Фоторезистор работает только от внешнего источника питания и имеет одинаковое сопротивление в обоих направлениях.
• ВАХ фоторезисторов линейные.
• Неосвещенный фоторезистор обладает большим «темновым» сопротивлением Rт ≈ 100кОм … 100МОм и через него проходит малый «темновой» ток Iт .
• При освещении сопротивление резко уменьшается и ток увеличивается до некоторого значения Iс , зависящего от интенсивности освещения.

1 - пластинка, 2 - слой полупроводника, 3 -электроды

Фотодиоды — это полупроводниковые фотоэлектрические приборы с одним p-n-переходом и двумя контактами, принцип действия которых основан на использовании внутреннего фотоэффекта.

Фотодиоды

• полупроводниковые приборы, в основу действия которых положено свойство электронно-дырочного перехода изменять обратное сопротивление под действием светового потока.
• Когда фотодиод не освещен, в цепи резистора R проходит обратный ток очень небольшой величины.
• При освещении фотодиода увеличивается число «дырок» в области полупроводника с электронной проводимостью.
• При включении напряжения эти «дырки» проходят через электронно-дырочный переход, вызывая увеличение тока в цепи нагрузки.

Режимы работы фотодиодов

• режим А характеризуется отсутствием внешнего источника напряжения, фотодиод работает как вентильный фотоэлемент;
• режим В характеризуется работой фотодиода с внешним источником напряжения и называется фотодиодным.

Вентильные фотоэлементы

устройства, в которых световая энергия непосредственно преобразуется в электрическую

Схема электровакуумного (а) и полупроводникового (б ) фотоэлемента:

К — фотокатод; А — анод;

Ф — световой поток;

n и p — области полупроводника с донорной и акцепторной примесями;

Е — источник постоянного тока; Rн — нагрузочный резистор.

Фототранзистор — это полупроводниковый фотоэлектрический прибор с двумя р- n-переходами.

Фототранзисторы

• представляют собой полупроводниковые приборы с двумя р - n - переходами.
• Облучению подвергается область базы. Под действием света в базовой области образуются свободные носители зарядов —электроны и «дырки». «Дырки», направляясь к коллекторному переходу, проходят в область коллектора и вызывают увеличение обратного тока Ir.
• Фототранзистор может иметь вывод от базы или не иметь такового.

это четырехслойная полупроводниковая структура, управляемая световым потоком подобно тому, как триодные тиристоры управляются напряжением, подаваемым на управляющий электрод.

Фототиристоры

• применяются в качестве бесконтактных ключей для коммутации световым сигналом электрических сигналов большой мощности ;
• эффективен в управлении сильными токами при высоких напряжениях;
• скорость отклика на свет — менее 1 мкс;
• фототиристоры обычно изготавливают из кремния, и спектральная характеристика у них такая же, как и у других кремниевых фоточувствительных элементов.

Светодиоды

полупроводниковый прибор с р-n -переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

• излучение квантов света при происходит при рекомбинации пар электрон — дырка.
• Рекомбинация наблюдается, если р- n -переход включен в прямом направлении.

• Диоды красного, желтого и зеленого свечения изготовляют на основе фосфида галлия,
• с фиолетовым свечением — на основе карбида кремния и т. д.
• Конструктивно светодиоды могут быть плоскими и полусферическими.

Упрощенная конструкция светодиода

• В светодиодах p-n-переходы создают методами вплавления или диффузии.
• Диод, представляющий собой монокристалл n -типа, в котором создан р-n- переход, помещен в корпус — стеклянную линзу, пропускающую излучаемый свет.
• От областей n- и р- типа сделаны выводы из некорродирующего металла /

Оптоэлектронные устройства (ОПТРОНЫ)

• полупроводниковые приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической связи между ними.

Применение :

• для связи блоков аппаратуры, между которыми имеется значительная разность потенциалов; для защиты входных цепей измерительных устройств от помех и наводок, оптическое, бесконтактное управление сильноточными и высоковольтными цепями (твердотельные реле), запуск мощных тиристоров, симисторов, управление электромеханическими релейными устройствами.
• для связи блоков аппаратуры, между которыми имеется значительная разность потенциалов;
• для защиты входных цепей измерительных устройств от помех и наводок,
• оптическое, бесконтактное управление сильноточными и высоковольтными цепями (твердотельные реле),
• запуск мощных тиристоров, симисторов,
• управление электромеханическими релейными устройствами.