Eletrônica Básica - Diodos Optoeletrônicos

Estes são os diodos que funcionam com luz. A palavra "Opto" significaLight. Existem tipos cuja condução depende da intensidade da luz e outros tipos cuja condução fornece alguma luz. Cada tipo tem aplicativos próprios. Vamos discutir os tipos proeminentes entre esses.

Alguns diodos conduzem de acordo com a intensidade da luz que incide sobre eles. Existem dois tipos principais de diodos nesta categoria. Eles são fotodiodos e células solares.

Foto-diodo

Fotodíodo, como o nome indica, é uma junção PN que funciona com luz. A intensidade da luz afeta o nível de condução neste diodo. O fotodíodo tem um material do tipo P e um material do tipo N com umintrinsic material ou um depletion region entre.

Este diodo é geralmente operado em reverse biasdoença. A luz quando focada na região de depleção, pares elétron-buraco são formados e o fluxo de elétron ocorre. Esta condução de elétrons depende da intensidade da luz focada. A figura abaixo mostra um fotodíodo prático.

A figura abaixo indica o símbolo de um fotodiodo.

Quando o diodo é conectado em polarização reversa, uma pequena corrente de saturação reversa flui devido aos pares de elétrons gerados termicamente. Como a corrente em polarização reversa flui devido a portadoras minoritárias, a tensão de saída depende dessa corrente reversa. À medida que a intensidade da luz focada na junção aumenta, o fluxo de corrente devido aos portadores minoritários aumenta. A figura a seguir mostra o arranjo básico de polarização de um fotodíodo.

O foto diodo é encapsulado em uma embalagem de vidro para permitir que a luz incida sobre ele. Para focalizar a luz exatamente na região de depleção do diodo, uma lente é colocada acima da junção, conforme ilustrado acima.

Mesmo quando não há luz, uma pequena quantidade de corrente flui que é denominada como Dark Current. Ao alterar o nível de iluminação, a corrente reversa pode ser alterada.

Vantagens do fotodíodo

O foto diodo tem muitas vantagens, como -

• Barulho baixo
• Alto ganho
• Operação de alta velocidade
• Alta sensibilidade à luz
• Baixo custo
• Tamanho pequeno
• Longa vida

Aplicações de fotodíodo

Existem muitas aplicações para fotodíodo, como -

• Detecção de personagem
• Os objetos podem ser detectados (visíveis ou invisíveis).
• Usado em circuitos que requerem alta estabilidade e velocidade.
• Usado na Demodulação
• Usado em circuitos de comutação
• Usado em codificadores
• Usado em equipamentos de comunicação óptica

Outro diodo desse tipo é a célula solar. É denominado como uma célula, embora seja um diodo. Deixe-nos entrar em detalhes.

Célula solar

Os diodos dependentes de luz incluem a célula solar, que é um diodo de junção PN normal, mas tem sua condução pela onda de fótons que são convertidos no fluxo de elétrons. É semelhante a um fotodíodo, mas tem outro objetivo de converter o máximo de luz incidente em energia e armazená-la.

A figura abaixo representa o símbolo de uma célula solar.

Uma célula solar tem seu nome e símbolo indicando armazenamento de energia, embora seja um diodo. A característica de extrair mais energia e armazená-la está concentrada na célula solar.

Construção de uma célula solar

Um diodo de junção PN com um material intrínseco na região de deleção é feito para encapsular em um vidro. A luz é feita para incidir na área máxima possível com vidro fino na parte superior de forma a coletar o máximo de luz com o mínimo de resistência.

A figura a seguir mostra a construção de uma célula solar.

Quando a luz incide na célula solar, os fótons da luz colidem com os elétrons de valência. Os elétrons são energizados para deixar os átomos pais. Assim, um fluxo de elétrons é gerado e essa corrente é diretamente proporcional à intensidade da luz focada na célula solar. Este fenômeno é chamado dePhoto-Voltaic effect.

A figura a seguir mostra a aparência de uma célula solar e como várias células solares juntas são feitas para formar um painel solar.

Diferença entre um foto diodo e célula solar

O Photo Diode funciona mais rápido e concentra-se na comutação, em vez de fornecer mais potência na saída. Ele tem um valor de capacitância baixo por causa disso. Também a área de incidência de energia luminosa é menor no fotodíodo, de acordo com suas aplicações.

Uma célula solar concentra-se em fornecer energia de alta produção e armazenar a energia. Este temhigh capacitancevalor. A operação é um pouco mais lenta do que o foto diodo. De acordo com a finalidade da célula solar, a área de incidência da luz é maior do que o fotodíodo.

Aplicações da célula solar

Existem muitas aplicações para células solares, como -

Science and Technology

• Usado em painéis solares para satélites
• Usado em telemetria
• Usado em sistemas de iluminação remota etc.

Commercial Use

• Utilizado em painéis solares para armazenamento de eletricidade
• Usado em fontes de alimentação portáteis, etc.
• Usado em usos domésticos, como cozinhar e aquecer usando energia solar

Electronic

• Watches
• Calculators
• Brinquedos eletrônicos, etc.

Alguns diodos emitem luz de acordo com a voltagem aplicada. Existem dois tipos principais de diodos nesta categoria. Eles são LEDs e diodos laser.

LED (diodos emissores de luz)

Este é um dos diodos mais populares usados ​​em nossa vida diária. Este também é um diodo de junção PN normal, exceto que, em vez de silício e germânio, os materiais como arseneto de gálio e fosforeto de arseneto de gálio são usados ​​em sua construção.

A figura abaixo mostra o símbolo de um diodo emissor de luz.

Como um diodo de junção PN normal, ele é conectado na condição de polarização direta para que o diodo conduza. A condução ocorre em um LED quando os elétrons livres na banda de condução se combinam com os buracos na banda de valência. Este processo de recombinação emitelight. Este processo é chamado deElectroluminescence. A cor da luz emitida depende do intervalo entre as bandas de energia.

Os materiais usados ​​também afetam as cores, como o fosfeto de arsenieto de gálio emite vermelho ou amarelo, o fosfeto de gálio emite vermelho ou verde e o nitrato de gálio emite luz azul. Enquanto o arsenieto de gálio emite luz infravermelha. Os LEDs para luz infravermelha invisível são usados ​​principalmente em controles remotos.

A figura a seguir mostra como são os LEDs práticos de cores diferentes.

O LED na figura acima tem um lado plano e um lado curvo, o cabo do lado plano é feito mais curto do que o outro, de modo a indicar que o mais curto é Cathode ou terminal negativo e o outro é Anode ou o terminal positivo.

A estrutura básica do LED é mostrada na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura acima, conforme os elétrons saltam para os buracos, a energia é dissipada espontaneamente na forma de luz. LED é um dispositivo dependente da corrente. A intensidade da luz de saída depende da corrente através do diodo.

Vantagens do LED

Existem muitas vantagens do LED, como -

• Alta eficiência
• Alta velocidade
• Alta fiabilidade
• Baixa dissipação de calor
• Maior expectativa de vida
• Baixo custo
• Facilmente controlado e programável
• Altos níveis de brilho e intensidade
• Requisitos de baixa tensão e corrente
• Menos fiação necessária
• Baixo custo de manutenção
• Sem radiação UV
• Efeito de iluminação instantânea

Aplicações de LED

Existem muitas aplicações para LED, como -

In Displays

• Especialmente usado para display de sete segmentos
• Relógios digitais
• Fornos de microondas
• Sinalização de trânsito
• Painéis de exibição em ferrovias e lugares públicos
• Toys

In Electronic Appliances

• Sintonizadores estéreo
• Calculators
• Fontes de alimentação DC
• Indicadores liga / desliga em amplificadores
• Indicadores de potência

Commercial Use

• Máquinas legíveis por infravermelho
• Leitores de código de barras
• Exibições de vídeo de estado sólido

Optical Communications

• Em aplicações de comutação ótica
• Para acoplamento óptico onde a ajuda manual não está disponível
• Transferência de informações através do FOC
• Circuitos de detecção de imagem
• Alarmes contra roubo
• Em técnicas de sinalização ferroviária
• Porta e outros sistemas de controle de segurança

Assim como o LED tem muitas vantagens e aplicações, existe outro diodo importante chamado diodo laser, que também tem muitos recursos avançados e possibilidades de futuro. Vamos discutir sobre o diodo laser.

Diodo laser

O diodo laser é outro diodo popular para seu tipo. Este é um diodo óptico que emite luz mas com processo estimulado. O nomeLASER implica Light Aamplificação por Stimulado Emissão de Radiação.

Emissão estimulada

Este é um diodo de junção PN cuja ação começa quando um raio de luz incide sobre ele. Com um raio de luz, quando os fótons incidem em um átomo, o átomo fica excitado e atinge um nível superior que pode ser denominado como umHigher Energy Level.

O átomo quando muda de um nível de energia superior para um Lower Energy Level, ele libera two photons que são similar in characteristics para o fóton incidente e estão em equal phasepara isso. Este processo é chamado deStimulated Emission. Um átomo geralmente pode permanecer neste estado excitado por10^-8 secs de tempo.

Portanto, o processo acima define o princípio para o diodo laser.

Princípio do diodo laser

Sempre que um fóton incide sobre um átomo, esse átomo é excitado de um estado de energia inferior para um estado de energia superior e dois fótons são liberados neste processo. Na verdade, um átomo geralmente pode permanecer neste estado excitado por10^-8segundos de tempo. Assim, para atingir a amplificação, durante este processo de excitação, o átomo é colocado em outro estado denominadoMeta Stable State que está abaixo do nível de energia superior e acima do nível de energia inferior.

Um átomo pode permanecer neste estado Meta estável por 10^-3segundos. Enquanto o átomo atinge o estado inferior a partir disso, dois fótons são liberados. Se houver maior número de átomos no estado excitado, antes dos fótons atingirem os átomos, então temos oLasing Effect.

Nesse processo, temos dois termos para entender. Ter mais número de átomos no estado Metaestável do que o estado de energia inferior ou estado fundamental é chamado dePopulation inversion. Então, a energia que permite que os átomos enviem de um estado de energia inferior para um estado de energia superior para atingir a inversão populacional, é chamada dePumping. Isto éOptical pumping.

Vantagens

Existem muitas vantagens do diodo laser, como -

• A energia usada pelos diodos laser é muito menor
• Maior velocidade de ativação / desativação
• Mais compacto
• Menos caro
• Eles são mais baratos do que geradores a laser
• Menos chances de fornecer choques elétricos

Desvantagens

Existem algumas desvantagens do diodo laser, como -

• Raios mais divergentes e, portanto, a qualidade não é tão boa
• Sua vida útil é menor em comparação ao LED.
• Propenso a danos durante fontes de alimentação instáveis

Formulários

Existem muitas aplicações de diodo laser, como -

• Usado como laser de bomba e laser de semente

• Usado em dispositivos de armazenamento óptico de dados

• Usado em impressoras a laser e máquinas de fax a laser

• Usado em ponteiros laser

• Usado em leitores de código de barras

• Eles são usados ​​em unidades de DVD e CD

• Usado na tecnologia HD DVD e BLU RAY

• Tem muitos fins industriais, como tratamento térmico, revestimento, soldagem de costura, etc.

• Tem muitos usos em tecnologia de comunicação, como conexão e transmissão de dados.

Depois de passar por tudo isso, vamos tentar entender alguns termos.

Componente

• Os componentes são os elementos básicos individuais da eletrônica.
• Eles têm propriedades diferentes no que diz respeito à sua construção.
• Cada componente possui diferentes aplicativos.

Ex - Resistor, capacitor, diodo etc.

O circuito

• Um circuito é uma rede de diferentes componentes
• Os componentes do circuito, juntos, sobrevivem a um propósito pretendido.
• Se um circuito tiver que estar ativo, deve conter uma fonte de alimentação.

Ex - circuitos clipper e clamper, circuitos amplificadores, circuitos de relé, etc.

Dispositivo

• Um dispositivo é um equipamento composto por diferentes circuitos.

• Todos os circuitos do dispositivo ajudam a funcionar para cumprir seu propósito.

• Um dispositivo pode ser usado para medir sinais, gerar sinais, controlar os resultados ou proteger os circuitos e assim por diante.

Ex - CRO, gerador de funções etc.

Dispositivos de estado sólido

Anteriormente, tínhamos tubos de vácuo, que funcionam no princípio termiônico e são preenchidos com vácuo no interior. Eles eram maiores em tamanho do que os componentes de hoje. Esses tubos de vácuo foram substituídos por dispositivos semicondutores, também chamados deSolid state devices.

Dispositivos Ativos

Os dispositivos (ou precisamente os componentes) que podem controlar o fluxo de corrente podem ser denominados como Dispositivos Ativos.

• Eles requerem alguma fonte de alimentação de entrada para entrar em condução.
• O funcionamento desses componentes define o comportamento do circuito.

Ex - Tubos de vácuo, diodos, transistores, SCRs

Dispositivos Passivos

Os dispositivos (ou precisamente os componentes) que não podem controlar o fluxo de corrente podem ser denominados dispositivos passivos.

• Eles não requerem fonte de alimentação de entrada para funcionar.
• O funcionamento desses componentes altera ligeiramente o comportamento do circuito.

Ex - Resistor, capacitor, indutor etc.

Doping

O processo de adição de elétrons ou criação de buracos para alterar as características do material semicondutor, tornando mais positivo ou mais negativo, pode ser entendido como Doping.

As aplicações de diodos incluem muitos circuitos a partir de circuitos clipper e clamper, que serão discutidos no tutorial CIRCUITOS ELETRÔNICOS.