Podstawowa elektronika - diody optoelektroniczne

To są diody, które działają na światło. Słowo „Opto” oznaczaLight. Istnieją typy, które przewodzą w zależności od natężenia światła i inne, których przewodzenie dostarcza trochę światła. Każdy typ ma swoje własne aplikacje. Omówmy najważniejsze spośród tych typów.

Niektóre diody przewodzą zgodnie z intensywnością padającego na nie światła. W tej kategorii istnieją dwa główne typy diod. Są to fotodiody i ogniwa słoneczne.

Dioda fotograficzna

Fotodioda, jak sama nazwa wskazuje, jest złączem PN działającym na światło. Natężenie światła wpływa na poziom przewodzenia w tej diodzie. Fotodioda ma materiał typu P i materiał typu N zintrinsic materiał lub a depletion region pomiędzy.

Ta dioda jest zwykle używana w reverse biasstan: schorzenie. Światło skupione na obszarze zubożenia tworzy pary elektron-dziura i następuje przepływ elektronów. To przewodzenie elektronów zależy od intensywności skupionego światła. Poniższy rysunek przedstawia praktyczną diodę foto.

Poniższy rysunek przedstawia symbol fotodiody.

Gdy dioda jest podłączona w układzie odwrotnym, przepływa niewielki prąd nasycenia wstecznego z powodu termicznie generowanych par otworów elektronowych. Ponieważ prąd w odwrotnym polaryzacji płynie z powodu nośników mniejszościowych, napięcie wyjściowe zależy od tego prądu wstecznego. Wraz ze wzrostem natężenia światła skupionego na złączu zwiększa się przepływ prądu spowodowany nośnikami mniejszościowymi. Poniższy rysunek przedstawia podstawowe ustawienie polaryzacji fotodiody.

Fotodioda jest zamknięta w szklanym opakowaniu, aby umożliwić padanie na nią światła. Aby skupić światło dokładnie w obszarze zubożenia diody, soczewka jest umieszczona nad złączem, tak jak pokazano powyżej.

Nawet gdy nie ma światła, niewielka ilość prądu przepływa, co jest określane jako Dark Current. Zmieniając poziom oświetlenia, można zmienić prąd wsteczny.

Zalety diody foto

Fotodioda ma wiele zalet, takich jak -

Niski dźwięk
Wysoki zysk
Praca z dużą prędkością
Wysoka wrażliwość na światło
Niska cena
Mały rozmiar
Długa żywotność

Zastosowania diody foto

Istnieje wiele zastosowań fotodiody, takich jak -

Wykrywanie postaci
Można wykrywać obiekty (widoczne lub niewidoczne).
Stosowany w obwodach wymagających dużej stabilności i szybkości.
Używany w demodulacji
Stosowany w obwodach przełączających
Używany w koderach
Używany w optycznym sprzęcie komunikacyjnym

Inną tego rodzaju diodą jest ogniwo słoneczne. Nazywa się to komórką, chociaż jest diodą. Przejdźmy do szczegółów.

Ogniwo słoneczne

Diody zależne od światła obejmują ogniwo słoneczne, które jest normalną diodą złączową PN, ale ma swoje przewodzenie przez strumień fotonów, które są przekształcane w przepływ elektronów. Jest to podobne do fotodiody, ale ma inny cel polegający na zamianie maksymalnego światła padającego na energię i magazynowaniu go.

Poniższy rysunek przedstawia symbol ogniwa słonecznego.

Ogniwo słoneczne ma swoją nazwę i symbol wskazujący na magazynowanie energii, chociaż jest to dioda. Funkcja pozyskiwania większej ilości energii i jej magazynowania jest skoncentrowana w ogniwie słonecznym.

Budowa ogniwa słonecznego

Dioda złączowa PN z wewnętrznym materiałem w obszarze delecji jest zamknięta w szkle. Światło pada na maksymalną możliwą powierzchnię za pomocą cienkiego szkła na górze, aby zebrać maksymalne światło przy minimalnym oporze.

Poniższy rysunek przedstawia budowę ogniwa słonecznego.

Kiedy światło pada na ogniwo słoneczne, fotony w świetle zderzają się z elektronami walencyjnymi. Elektrony są zasilane energią, aby opuścić atomy macierzyste. W ten sposób generowany jest przepływ elektronów, a prąd ten jest wprost proporcjonalny do natężenia światła skupionego na ogniwie słonecznym. Zjawisko to nosi nazwęPhoto-Voltaic effect.

Poniższy rysunek pokazuje, jak wygląda ogniwo słoneczne i jak wiele ogniw słonecznych razem tworzy panel słoneczny.

Różnica między diodą fotograficzną a ogniwem słonecznym

Fotodioda działa szybciej i koncentruje się na przełączaniu, a nie na dostarczaniu większej mocy na wyjściu. Z tego powodu ma niską wartość pojemności. Również obszar padania energii świetlnej jest mniejszy w przypadku diody fotowoltaicznej, zgodnie z jej zastosowaniami.

Ogniwo słoneczne koncentruje się na dostarczaniu wysokiej energii wyjściowej i magazynowaniu energii. To mahigh capacitancewartość. Działanie jest nieco wolniejsze niż fotodioda. Zgodnie z przeznaczeniem ogniwa słonecznego obszar padania światła jest większy niż fotodioda.

Zastosowania ogniwa słonecznego

Istnieje wiele zastosowań ogniw słonecznych, takich jak -

Science and Technology

Używany w panelach słonecznych do satelitów
Używany w telemetrii
Używany w systemach zdalnego oświetlenia itp.

Commercial Use

Używany w panelach słonecznych do magazynowania energii elektrycznej
Używany w przenośnych zasilaczach itp.
Używany do zastosowań domowych, takich jak gotowanie i ogrzewanie za pomocą energii słonecznej

Electronic

Watches
Calculators
Zabawki elektroniczne itp.

Niektóre diody emitują światło w zależności od przyłożonego napięcia. W tej kategorii występują dwa główne typy diod. Są to diody LED i diody laserowe.

LED (diody elektroluminescencyjne)

To najpopularniejsze diody używane w życiu codziennym. Jest to również normalna dioda złączowa PN, z tym wyjątkiem, że zamiast krzemu i germanu w jej konstrukcji zastosowano materiały takie jak arsenek galu, fosforek arsenku galu.

Poniższy rysunek przedstawia symbol diody elektroluminescencyjnej.

Podobnie jak normalna dioda złączowa PN, jest ona podłączona w stanie przewodzenia, tak aby dioda przewodziła. Przewodzenie zachodzi w diodzie LED, gdy wolne elektrony w paśmie przewodnictwa łączą się z dziurami w paśmie walencyjnym. Ten proces rekombinacji emitujelight. Ten proces nazywa sięElectroluminescence. Kolor emitowanego światła zależy od przerwy między pasmami energii.

Zastosowane materiały mają również wpływ na kolory, takie jak fosforan arsenku galu emituje czerwony lub żółty fosforek galu emituje czerwony lub zielony, a azotan galu emituje światło niebieskie. Natomiast arsenek galu emituje światło podczerwone. Diody LED niewidocznego światła podczerwonego są używane głównie w pilotach.

Poniższy rysunek pokazuje, jak wyglądają praktyczne diody LED o różnych kolorach.

Dioda LED na powyższym rysunku ma płaską stronę i zakrzywioną stronę, przewód po płaskiej stronie jest krótszy niż drugi, aby wskazać, że krótszy jest Cathode lub ujemny terminal, a drugi jest Anode lub dodatni zacisk.

Podstawowa struktura diody LED jest pokazana na poniższym rysunku.

Jak pokazano na powyższym rysunku, gdy elektrony wskakują do dziur, energia jest samorzutnie rozpraszana w postaci światła. LED jest urządzeniem zależnym od prądu. Natężenie światła wyjściowego zależy od prądu płynącego przez diodę.

Zalety LED

Istnieje wiele zalet diod LED, takich jak -

Wysoka wydajność
Wysoka prędkość
Wysoka niezawodność
Niskie rozpraszanie ciepła
Dłuższa żywotność
Niska cena
Łatwo sterowane i programowalne
Wysoki poziom jasności i intensywności
Wymagania dotyczące niskiego napięcia i prądu
Wymagane mniej okablowania
Niskie koszty utrzymania
Brak promieniowania UV
Natychmiastowy efekt świetlny

Zastosowania LED

Istnieje wiele zastosowań diod LED, takich jak -

In Displays

Szczególnie używany do wyświetlania siedmiosegmentowego
Zegary cyfrowe
Kuchenka mikrofalowa
Sygnalizacja ruchu
Tablice informacyjne na kolei i w miejscach publicznych
Toys

In Electronic Appliances

Tunery stereo
Calculators
Zasilacze DC
Wskaźniki On / Off we wzmacniaczach
Wskaźniki mocy

Commercial Use

Maszyny odczytywane w podczerwieni
Czytniki kodów kreskowych
Wyświetlacze wideo półprzewodnikowe

Optical Communications

W zastosowaniach przełączania optycznego
Dla sprzężenia optycznego, gdzie pomoc ręczna jest niedostępna
Przekazywanie informacji przez FOC
Obwody wykrywania obrazu
Alarmy antywłamaniowe
W technikach sygnalizacji kolejowej
Drzwi i inne systemy kontroli bezpieczeństwa

Tak jak dioda LED ma wiele zalet i zastosowań, jest jeszcze jedna ważna dioda zwana diodą laserową, która ma również wiele zaawansowanych funkcji i perspektyw na przyszłość. Porozmawiajmy o diodzie laserowej.

Dioda laserowa

Dioda laserowa to kolejna popularna dioda tego rodzaju. Jest to dioda optyczna, która emituje światło, ale proces ten jest stymulowany. ImięLASER sugeruje Ldobrze Amplifikacja przez Sw czasie Emisja Radiacja.

Emisja stymulowana

Jest to dioda złączowa PN, której działanie rozpoczyna się, gdy padnie na nią promień światła. W przypadku promienia świetlnego, kiedy fotony padają na atom, atom zostaje wzbudzony i osiąga wyższy poziom, który można określić jakoHigher Energy Level.

Atom po przejściu z wyższego poziomu energii do a Lower Energy Level, uwalnia two photons które są similar in characteristics do zdarzającego się fotonu i są w equal phasedo tego. Ten proces nazywa sięStimulated Emission. Atom może ogólnie pozostać w tym stanie wzbudzonym przez10^-8 secs czasu.

Tak więc powyższy proces określa zasadę działania diody laserowej.

Zasada działania diody laserowej

Za każdym razem, gdy na atomie pojawia się foton, atom ten jest wzbudzany ze stanu o niższej energii do stanu o wyższej energii i w tym procesie uwalniane są dwa fotony. W rzeczywistości atom może ogólnie pozostawać w tym stanie wzbudzonym przez10^-8sekund. Tak więc, aby osiągnąć wzmocnienie, podczas tego wzbudzonego procesu atom jest wprowadzany w inny stan zwanyMeta Stable State który jest poniżej wyższego poziomu energii i powyżej niższego poziomu energii.

Atom może pozostać w tym stabilnym stanie Meta przez 10^-3sek. Podczas gdy atom przechodzi do niższego stanu z tego, uwalniane są dwa fotony. Jeśli więcej atomów jest w stanie wzbudzonym, zanim fotony uderzą w atomy, to mamyLasing Effect.

W tym procesie musimy zrozumieć dwa terminy. Posiadanie większej liczby atomów w stanie Meta Stable niż stan niższej energii lub stan podstawowy nazywa się asPopulation inversion. Następnie energia, która pozwala atomom na wysyłanie ze stanu o niższej energii do wyższego stanu energetycznego w celu uzyskania inwersji populacji, nazywana jestPumping. To jestOptical pumping.

Zalety

Dioda laserowa ma wiele zalet, takich jak:

Moc pobierana przez diody laserowe jest znacznie mniejsza
Wyższa prędkość włączania / wyłączania
Bardziej kompaktowy
Tańszy
Są tańsze niż generatory laserowe
Mniejsze szanse na porażenie prądem

Niedogodności

Istnieje kilka wad diody laserowej, takich jak -

Bardziej rozbieżne promienie, a zatem jakość nie jest tak dobra
Ich żywotność jest krótsza w porównaniu do diod LED.
Podatny na uszkodzenia podczas niestabilnych zasilaczy

Aplikacje

Istnieje wiele zastosowań diody laserowej, takich jak:

Używany jako laser pompowy i laser nasienny
Używany w optycznych urządzeniach do przechowywania danych
Stosowany w drukarkach laserowych i laserowych faksach
Używany we wskaźnikach laserowych
Używany w czytnikach kodów kreskowych
Są używane w napędach DVD i CD
Używany w technologii HD DVD i BLU RAY
Ma wiele zastosowań przemysłowych, takich jak obróbka cieplna, napawanie, spawanie itp.
Ma wiele zastosowań w technologiach komunikacyjnych, takich jak łączenie i transmisja danych.

Po przejściu przez to wszystko spróbujmy zrozumieć kilka terminów.

Składnik

Komponenty to poszczególne podstawowe elementy elektroniki.
Mają różne właściwości konstrukcyjne.
Każdy komponent ma inne zastosowania.

Ex - Rezystor, kondensator, dioda itp.

Obwód

Obwód to sieć różnych elementów
Wszystkie komponenty obwodu przetrwają zgodnie z przeznaczeniem.
Jeśli obwód ma być aktywny, powinien zawierać źródło zasilania.

Ex - obwody zaciskowe i zaciskowe, obwody wzmacniacza, obwody przekaźnikowe itp.

Urządzenie

Urządzenie to sprzęt składający się z różnych obwodów.
Wszystkie obwody w urządzeniu pomagają mu spełniać swoje zadanie.
Urządzenie może służyć do pomiaru sygnałów, generowania sygnałów, kontrolowania wyników lub ochrony obwodów i tak dalej.

Ex - CRO, generator funkcji itp.

Urządzenia półprzewodnikowe

Wcześniej mieliśmy lampy próżniowe, które działają na zasadzie termioniki i są wewnątrz wypełnione próżnią. Były większe niż dzisiejsze komponenty. Te lampy próżniowe zostały zastąpione urządzeniami półprzewodnikowymi, które są również nazywane jakoSolid state devices.

Aktywne urządzenia

Urządzenia (lub dokładnie komponenty), które mogą sterować przepływem prądu, można nazwać urządzeniami aktywnymi.

Wymagają pewnego zasilania wejściowego, aby uzyskać przewodzenie.
Działanie tych elementów definiuje zachowanie obwodu.

Ex - Lampy próżniowe, diody, tranzystory, SCR

Urządzenia pasywne

Urządzenia (a dokładnie komponenty), które nie mogą kontrolować przepływu prądu, można nazwać urządzeniami pasywnymi.

Nie wymagają zasilania wejściowego do pracy.
Działanie tych elementów nieznacznie zmienia zachowanie obwodu.

Ex - Rezystor, kondensator, cewka itp.

Doping

Proces dodawania elektronów lub tworzenia dziur w celu zmiany właściwości materiału półprzewodnikowego, poprzez zwiększenie dodatnich lub ujemnych, można rozumieć jako Doping.

Zastosowania diod obejmują wiele obwodów począwszy od obwodów zaciskowych i zaciskowych, które zostaną omówione w tutorialu OBWODY ELEKTRONICZNE.