Grundlegende Elektronik - Optoelektronische Dioden

Dies sind die Dioden, die mit Licht betrieben werden. Das Wort "Opto" bedeutetLight. Es gibt Typen, deren Leitung von der Lichtintensität abhängt, und andere Typen, deren Leitung etwas Licht liefert. Jeder Typ hat eigene Anwendungen. Lassen Sie uns die prominenten Typen unter diesen diskutieren.

Einige Dioden leiten entsprechend der Intensität des Lichts, das auf sie fällt. In dieser Kategorie gibt es zwei Haupttypen von Dioden. Sie sind Fotodioden und Solarzellen.

Fotodiode

Die Fotodiode ist, wie der Name schon sagt, ein PN-Übergang, der mit Licht arbeitet. Die Lichtintensität beeinflusst den Leitungsgrad in dieser Diode. Die Fotodiode hat ein Material vom P-Typ und ein Material vom N-Typ mit einemintrinsic Material oder a depletion region zwischen.

Diese Diode wird im Allgemeinen in betrieben reverse biasBedingung. Wenn das Licht auf den Verarmungsbereich fokussiert wird, werden Elektronen-Loch-Paare gebildet und es tritt ein Elektronenfluss auf. Diese Elektronenleitung hängt von der Intensität des fokussierten Lichts ab. Die folgende Abbildung zeigt eine praktische Fotodiode.

Die folgende Abbildung zeigt das Symbol für eine Fotodiode.

Wenn die Diode in Sperrrichtung geschaltet ist, fließt aufgrund thermisch erzeugter Elektronenlochpaare ein kleiner Sperrstrom. Da der Strom in Sperrrichtung aufgrund von Minoritätsträgern fließt, hängt die Ausgangsspannung von diesem Sperrstrom ab. Wenn die auf den Übergang fokussierte Lichtintensität zunimmt, nimmt der Stromfluss aufgrund von Minoritätsträgern zu. Die folgende Abbildung zeigt die grundlegende Vorspannungsanordnung einer Fotodiode.

Die Fotodiode ist in einer Glasverpackung eingekapselt, damit das Licht darauf fallen kann. Um das Licht genau auf den Verarmungsbereich der Diode zu fokussieren, wird eine Linse wie oben dargestellt über dem Übergang platziert.

Selbst wenn kein Licht vorhanden ist, fließt eine kleine Strommenge, die als bezeichnet wird Dark Current. Durch Ändern des Beleuchtungspegels kann der Rückstrom geändert werden.

Vorteile der Fotodiode

Fotodiode hat viele Vorteile wie -

• Wenig Lärm
• Hoher Gewinn
• Hochgeschwindigkeitsbetrieb
• Hohe Lichtempfindlichkeit
• Kostengünstig
• Kleine Größe
• Lange Lebensdauer

Anwendungen von Fotodioden

Es gibt viele Anwendungen für Fotodioden wie -

• Zeichenerkennung
• Objekte können erkannt werden (sichtbar oder unsichtbar).
• Wird in Schaltkreisen verwendet, die eine hohe Stabilität und Geschwindigkeit erfordern.
• Wird bei der Demodulation verwendet
• Wird in Schaltkreisen verwendet
• Wird in Encodern verwendet
• Wird in optischen Kommunikationsgeräten verwendet

Eine andere Diode dieser Art ist die Solarzelle. Es wird als Zelle bezeichnet, obwohl es sich um eine Diode handelt. Kommen wir zu den Details.

Solarzelle

Zu den lichtabhängigen Dioden gehört eine Solarzelle, die eine normale PN-Sperrschichtdiode ist, deren Leitung jedoch durch den Ansturm von Photonen erfolgt, die in den Elektronenfluss umgewandelt werden. Dies ähnelt einer Fotodiode, hat jedoch ein weiteres Ziel, maximal einfallendes Licht in Energie umzuwandeln und zu speichern.

Die folgende Abbildung zeigt das Symbol einer Solarzelle.

Eine Solarzelle hat ihren Namen und ihr Symbol, das die Speicherung von Energie anzeigt, obwohl es sich um eine Diode handelt. Das Merkmal, mehr Energie zu extrahieren und zu speichern, konzentriert sich auf die Solarzelle.

Bau einer Solarzelle

Eine PN-Sperrschichtdiode mit einem intrinsischen Material im Deletionsbereich wird dazu gebracht, in ein Glas einzukapseln. Das Licht fällt mit dünnem Glas auf die maximal mögliche Fläche, um maximales Licht bei minimalem Widerstand zu sammeln.

Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau einer Solarzelle.

Wenn das Licht auf die Solarzelle fällt, kollidieren die Photonen im Licht mit Valenzelektronen. Die Elektronen werden angeregt, um die Elternatome zu verlassen. Somit wird ein Elektronenfluss erzeugt und dieser Strom ist direkt proportional zur auf die Solarzelle fokussierten Lichtintensität. Dieses Phänomen wird als das bezeichnetPhoto-Voltaic effect.

Die folgende Abbildung zeigt, wie eine Solarzelle aussieht und wie mehrere Solarzellen zusammen ein Solarpanel bilden.

Unterschied zwischen einer Fotodiode und einer Solarzelle

Die Fotodiode arbeitet schneller und konzentriert sich auf das Schalten, anstatt mehr Leistung am Ausgang bereitzustellen. Aus diesem Grund hat es einen niedrigen Kapazitätswert. Auch der Einfallsbereich der Lichtenergie ist bei Fotodioden entsprechend ihrer Anwendung geringer.

Eine Solarzelle konzentriert sich darauf, hohe Leistungsenergie zu liefern und diese zu speichern. Das hathigh capacitanceWert. Der Betrieb ist etwas langsamer als bei einer Fotodiode. Entsprechend dem Zweck der Solarzelle ist die Einfallsfläche des Lichts größer als die der Fotodiode.

Anwendungen von Solarzellen

Es gibt viele Anwendungen für Solarzellen wie -

Science and Technology

• Wird in Sonnenkollektoren für Satelliten verwendet
• Wird in der Telemetrie verwendet
• Wird in Fernbeleuchtungssystemen usw. verwendet.

Commercial Use

• Wird in Sonnenkollektoren zur Speicherung von Elektrizität verwendet
• Wird in tragbaren Netzteilen usw. verwendet.
• Wird für Haushaltszwecke wie Kochen und Heizen mit Solarenergie verwendet

Electronic

• Watches
• Calculators
• Elektronisches Spielzeug usw.

Einige Dioden emittieren Licht entsprechend der angelegten Spannung. In dieser Kategorie gibt es zwei Haupttypen von Dioden. Sie sind LEDs und Laserdioden.

LED (Leuchtdioden)

Dies ist die beliebteste Diode in unserem täglichen Leben. Dies ist auch eine normale PN-Sperrschichtdiode, außer dass anstelle von Silizium und Germanium die Materialien wie Galliumarsenid, Galliumarsenidphosphid in ihrer Konstruktion verwendet werden.

Die folgende Abbildung zeigt das Symbol einer Leuchtdiode.

Wie eine normale PN-Sperrschichtdiode ist diese im Vorwärtsvorspannungszustand angeschlossen, so dass die Diode leitet. Die Leitung findet in einer LED statt, wenn sich die freien Elektronen im Leitungsband mit den Löchern im Valenzband verbinden. Dieser Rekombinationsprozess emittiertlight. Dieser Vorgang wird als bezeichnetElectroluminescence. Die Farbe des emittierten Lichts hängt von der Lücke zwischen den Energiebändern ab.

Die verwendeten Materialien wirken sich auch auf die Farben aus: Galliumarsenidphosphid emittiert entweder rot oder gelb, Galliumphosphid emittiert entweder rot oder grün und Galliumnitrat emittiert blaues Licht. Während Galliumarsenid Infrarotlicht emittiert. Die LEDs für nicht sichtbares Infrarotlicht werden hauptsächlich in Fernbedienungen verwendet.

Die folgende Abbildung zeigt, wie die praktischen LEDs in verschiedenen Farben aussehen.

Die LED in der obigen Abbildung hat eine flache Seite und eine gekrümmte Seite. Die Leitung an der flachen Seite ist kürzer als die andere, um anzuzeigen, dass die kürzere ist Cathode oder negativer Anschluss und der andere ist Anode oder der positive Anschluss.

Die Grundstruktur der LED ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, wird die Energie beim Springen der Elektronen in die Löcher spontan in Form von Licht abgeführt. LED ist ein stromabhängiges Gerät. Die Intensität des Ausgangslichts hängt vom Strom durch die Diode ab.

Vorteile von LED

Es gibt viele Vorteile von LED wie -

• Hohe Effizienz
• Schnelle Geschwindigkeit
• Hohe Zuverlässigkeit
• Geringe Wärmeableitung
• Größere Lebensdauer
• Kostengünstig
• Einfach zu steuern und zu programmieren
• Hohe Helligkeit und Intensität
• Niedrige Spannungs- und Stromanforderungen
• Weniger Verkabelung erforderlich
• Niedrige Wartungskosten
• Keine UV-Strahlung
• Sofortiger Lichteffekt

Anwendungen von LED

Es gibt viele Anwendungen für LED wie -

In Displays

• Speziell für die Sieben-Segment-Anzeige verwendet
• Digitaluhren
• Mikrowellen
• Verkehrssignalisierung
• Anzeigetafeln in Eisenbahnen und öffentlichen Plätzen
• Toys

In Electronic Appliances

• Stereotuner
• Calculators
• Gleichstromversorgungen
• Ein / Aus-Anzeigen in Verstärkern
• Betriebsanzeigen

Commercial Use

• Infrarotlesbare Maschinen
• Barcodeleser
• Solid-State-Videoanzeigen

Optical Communications

• In optischen Schaltanwendungen
• Für optische Kopplung, bei der keine manuelle Hilfe verfügbar ist
• Informationsübertragung durch FOC
• Bildsensorschaltungen
• Einbruchalarm
• In Eisenbahnsignaltechniken
• Tür- und andere Sicherheitskontrollsysteme

So wie LED viele Vorteile und Anwendungen hat, gibt es eine weitere wichtige Diode namens Laserdiode, die auch viele erweiterte Funktionen und Möglichkeiten für die Zukunft bietet. Lassen Sie uns über Laserdioden diskutieren.

Laserdiode

Laserdiode ist eine weitere beliebte Diode für diese Art. Dies ist eine optische Diode, die Licht emittiert, jedoch mit stimuliertem Prozess. Der NameLASER impliziert LNacht AVervielfältigung durch Szeitgesteuert EMission von RAdiation.

Stimulierte Emission

Dies ist eine PN-Sperrschichtdiode, deren Wirkung beginnt, wenn ein Lichtstrahl auf sie fällt. Wenn mit einem Lichtstrahl Photonen auf ein Atom einfallen, wird das Atom angeregt und erreicht eine obere Ebene, die als a bezeichnet werden kannHigher Energy Level.

Das Atom verschiebt sich beim Übergang vom höheren Energieniveau zu a Lower Energy Level, es gibt frei two photons welche sind similar in characteristics zum einfallenden Photon und sind in equal phasedazu. Dieser Vorgang wird als bezeichnetStimulated Emission. Ein Atom kann im Allgemeinen für in diesem angeregten Zustand bleiben10^-8 secs von Zeit.

Das obige Verfahren legt also das Prinzip für die Laserdiode fest.

Prinzip der Laserdiode

Immer wenn ein Photon auf ein Atom fällt, wird dieses Atom von einem Zustand niedrigerer Energie in einen Zustand höherer Energie angeregt und dabei werden zwei Photonen freigesetzt. Tatsächlich kann ein Atom im Allgemeinen für diesen angeregten Zustand bleiben10^-8Sekunden Zeit. Um eine Verstärkung zu erreichen, wird das Atom während dieses angeregten Prozesses in einen anderen Zustand versetzt, der als bezeichnet wirdMeta Stable State welches unter dem höheren Energieniveau und über dem niedrigeren Energieniveau liegt.

Ein Atom kann in diesem Meta-stabilen Zustand bleiben 10^-3sek. Während das Atom daraus in den unteren Zustand gelangt, werden zwei Photonen freigesetzt. Wenn im angeregten Zustand mehr Atome vorhanden sind, bevor die Photonen auf die Atome treffen, dann haben wir dieLasing Effect.

In diesem Prozess müssen wir zwei Begriffe verstehen. Eine größere Anzahl von Atomen im Meta-stabilen Zustand als im Zustand niedrigerer Energie oder im Grundzustand wird als bezeichnetPopulation inversion. Dann wird Energie genannt, die es den Atomen ermöglicht, von einem Zustand niedrigerer Energie in einen Zustand höherer Energie zu senden, um die Populationsinversion zu erreichenPumping. Das istOptical pumping.

Vorteile

Es gibt viele Vorteile von Laserdioden wie -

• Die von Laserdioden verbrauchte Leistung ist viel geringer
• Höhere EIN / AUS-Schaltgeschwindigkeit
• Kompakter
• Weniger teuer
• Sie sind billiger als Lasergeneratoren
• Geringere Wahrscheinlichkeit von Stromschlägen

Nachteile

Es gibt wenige Nachteile von Laserdioden wie -

• Mehr divergierende Strahlen und damit Qualität sind nicht so gut
• Ihre Lebensdauer ist im Vergleich zu LED kürzer.
• Bei instabilen Netzteilen anfällig für Beschädigungen

Anwendungen

Es gibt viele Anwendungen von Laserdioden wie -

• Wird als Pump-Laser und Seed-Laser verwendet

• Wird in optischen Datenspeichern verwendet

• Wird in Laserdruckern und Laserfaxgeräten verwendet

• Wird in Laserpointern verwendet

• Wird in Barcodelesern verwendet

• Sie werden in DVD- und CD-Laufwerken verwendet

• Wird in der HD DVD- und BLU RAY-Technologie verwendet

• Hat viele industrielle Zwecke wie Wärmebehandlung, Verkleidung, Nahtschweißen usw.

• Hat viele Anwendungen in der Kommunikationstechnologie wie Datenverknüpfung und -übertragung.

Lassen Sie uns nach all diesen Versuchen versuchen, einige Begriffe zu verstehen.

Komponente

• Die Komponenten sind die einzelnen Grundelemente der Elektronik.
• Sie haben unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf ihre Konstruktion.
• Jede Komponente hat unterschiedliche Anwendungen.

Ex - Widerstand, Kondensator, Diode usw.

Schaltkreis

• Eine Schaltung ist ein Netzwerk verschiedener Komponenten
• Die Komponenten in der Schaltung überleben insgesamt einen beabsichtigten Zweck.
• Wenn ein Stromkreis aktiv sein muss, sollte er eine Stromquelle enthalten.

Ex - Clipper- und Clamper-Schaltungen, Verstärkerschaltungen, Relaisschaltungen usw.

Gerät

• Ein Gerät ist ein Gerät, das aus verschiedenen Schaltkreisen besteht.

• Alle Schaltkreise im Gerät tragen dazu bei, dass es seinen Zweck erfüllt.

• Ein Gerät kann zum Messen von Signalen, Erzeugen von Signalen, Steuern der Ergebnisse oder zum Schützen der Schaltkreise usw. verwendet werden.

Ex - CRO, Funktionsgenerator usw.

Solid State Geräte

Früher hatten wir Vakuumröhren, die nach dem thermionischen Prinzip arbeiten und im Inneren mit Vakuum gefüllt sind. Sie waren größer als die heutigen Komponenten. Diese Vakuumröhren wurden durch Halbleiterbauelemente ersetzt, die auch als bezeichnet werdenSolid state devices.

Aktive Geräte

Die Geräte (oder genau Komponenten), die den Stromfluss steuern können, können als aktive Geräte bezeichnet werden.

• Sie benötigen eine Eingangsstromversorgung, um in die Leitung zu gelangen.
• Die Arbeitsweise dieser Komponenten definiert das Verhalten der Schaltung.

Ex - Vakuumröhren, Dioden, Transistoren, SCRs

Passive Geräte

Die Geräte (oder genau Komponenten), die den Stromfluss nicht steuern können, können als passive Geräte bezeichnet werden.

• Sie benötigen keine Eingangsstromversorgung, um zu funktionieren.
• Die Funktionsweise dieser Komponenten verändert das Verhalten der Schaltung geringfügig.

Ex - Widerstand, Kondensator, Induktor usw.

Doping

Der Prozess des Hinzufügens von Elektronen oder des Erzeugens von Löchern zum Ändern der Eigenschaften des Halbleitermaterials, entweder durch positivere oder durch negativere, kann als verstanden werden Doping.

Die Anwendungen von Dioden umfassen viele Schaltkreise, beginnend mit Clipper- und Clamper-Schaltkreisen, die im Tutorial ELECTRONIC CIRCUITS erläutert werden.