Điện tử cơ bản - Điốt quang điện tử

Đây là những điốt hoạt động bằng ánh sáng. Từ "Opto" có nghĩa làLight. Có những loại dẫn truyền phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và những loại khác mà sự dẫn truyền của chúng mang lại một số ánh sáng. Mỗi loại đều có ứng dụng của riêng chúng. Hãy để chúng tôi thảo luận về các loại nổi bật trong số những loại này.

Một số điốt dẫn điện theo cường độ ánh sáng chiếu vào chúng. Có hai loại điốt chính trong danh mục này. Chúng là Điốt quang và Pin mặt trời.

Diode ảnh

Điốt ảnh, như tên của nó, là một điểm nối PN hoạt động trên ánh sáng. Cường độ ánh sáng ảnh hưởng đến mức độ dẫn điện trong diode này. Điốt quang có vật liệu loại P và vật liệu loại N vớiintrinsic vật liệu hoặc một depletion region ở giữa.

Diode này thường được vận hành trong reverse biastình trạng. Ánh sáng khi hội tụ ở vùng suy giảm, các cặp electron - lỗ trống được hình thành và xảy ra sự chuyển động của electron. Sự dẫn truyền này của các electron phụ thuộc vào cường độ ánh sáng hội tụ. Hình dưới đây cho thấy một diode Photo thực tế.

Hình bên dưới chỉ ra ký hiệu của một photodiode.

Khi diode được kết nối phân cực ngược, một dòng điện bão hòa ngược nhỏ chạy qua do các cặp lỗ trống điện tử được tạo nhiệt. Khi dòng điện phân cực ngược chảy do các hạt tải điện thiểu số, điện áp đầu ra phụ thuộc vào dòng điện ngược này. Khi cường độ ánh sáng tập trung vào đường giao nhau tăng lên, dòng điện do các hạt tải điện thiểu số tăng lên. Hình dưới đây cho thấy sự sắp xếp xu hướng cơ bản của một diode quang.

Diode ảnh được gói gọn trong một gói thủy tinh để cho phép ánh sáng chiếu vào nó. Để tập trung ánh sáng chính xác vào vùng suy giảm của điốt, một thấu kính được đặt phía trên đường giao nhau, giống như minh họa ở trên.

Ngay cả khi không có ánh sáng, một lượng nhỏ dòng điện chạy qua được gọi là Dark Current. Bằng cách thay đổi mức độ chiếu sáng, có thể thay đổi dòng điện ngược.

Ưu điểm của Diode ảnh

Diode ảnh có nhiều ưu điểm như -

Tiếng ồn thấp
Tăng cao
Hoạt động tốc độ cao
Độ nhạy cao với ánh sáng
Giá thấp
Kích thước nhỏ
Thời gian tồn tại lâu dài

Các ứng dụng của Diode ảnh

Có nhiều ứng dụng cho diode ảnh như -

Phát hiện ký tự
Đối tượng có thể được phát hiện (nhìn thấy hoặc không nhìn thấy).
Được sử dụng trong các mạch yêu cầu độ ổn định và tốc độ cao.
Được sử dụng trong giải điều chế
Được sử dụng trong các mạch chuyển mạch
Được sử dụng trong bộ mã hóa
Được sử dụng trong thiết bị thông tin quang

Một diode khác thuộc loại như vậy là Pin mặt trời. Nó được gọi là một tế bào mặc dù nó là một diode. Hãy để chúng tôi đi vào chi tiết.

Pin mặt trời

Các điốt phụ thuộc vào ánh sáng bao gồm Pin mặt trời, là một điốt tiếp giáp PN bình thường nhưng có sự dẫn truyền của nó bởi sự dồn dập của các photon được chuyển thành dòng electron. Điều này tương tự như một diode quang nhưng nó có một mục tiêu khác là chuyển đổi ánh sáng tới cực đại thành năng lượng và lưu trữ nó.

Hình dưới đây là biểu tượng của pin mặt trời.

Pin mặt trời có tên và biểu tượng cho thấy việc lưu trữ năng lượng mặc dù nó là một diode. Tính năng trích xuất nhiều năng lượng hơn và lưu trữ nó được tập trung trong pin mặt trời.

Xây dựng pin mặt trời

Một điốt tiếp giáp PN với vật liệu bên trong trong vùng xóa được chế tạo để bao bọc trong thủy tinh. Ánh sáng được tạo ra trên diện tích tối đa có thể với lớp kính mỏng ở phía trên để thu thập ánh sáng tối đa với lực cản tối thiểu.

Hình dưới đây mô tả cấu tạo của pin Mặt trời.

Khi ánh sáng chiếu tới trên pin mặt trời, các photon trong ánh sáng va chạm với các electron hóa trị. Các electron được cung cấp năng lượng để rời khỏi nguyên tử mẹ. Do đó, một dòng electron được tạo ra và dòng điện này tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng tập trung vào pin mặt trời. Hiện tượng này được gọi làPhoto-Voltaic effect.

Hình sau đây cho thấy một pin mặt trời trông như thế nào và cách một số lượng pin mặt trời kết hợp với nhau để tạo thành một tấm pin mặt trời.

Sự khác biệt giữa Diode ảnh và Pin mặt trời

Photo Diode hoạt động nhanh hơn và tập trung vào việc chuyển đổi hơn là cung cấp nhiều năng lượng hơn ở đầu ra. Nó có giá trị điện dung thấp vì điều này. Cũng theo các ứng dụng của nó, vùng ảnh hưởng của năng lượng ánh sáng cũng ít hơn trong Diode ảnh.

Pin mặt trời tập trung vào việc cung cấp năng lượng đầu ra cao và lưu trữ năng lượng. Điều này cóhigh capacitancegiá trị. Hoạt động chậm hơn một chút so với diode quang. Theo mục đích của pin mặt trời, vùng chiếu sáng lớn hơn so với diode quang.

Các ứng dụng của pin mặt trời

Có rất nhiều ứng dụng cho Pin mặt trời như -

Science and Technology

Được sử dụng trong các tấm pin mặt trời cho vệ tinh
Được sử dụng trong đo từ xa
Được sử dụng trong hệ thống chiếu sáng từ xa, v.v.

Commercial Use

Được sử dụng trong các tấm pin mặt trời để lưu trữ điện
Được sử dụng trong các nguồn cung cấp điện di động, v.v.
Được sử dụng trong các mục đích gia dụng như nấu ăn và sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời

Electronic

Watches
Calculators
Đồ chơi điện tử, v.v.

Một số điốt phát ra ánh sáng tùy theo hiệu điện thế. Có hai loại điốt chính trong danh mục này. Chúng là đèn LED và điốt Laser.

LED (Điốt phát sáng)

Đây là một trong những điốt phổ biến nhất được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng tôi. Đây cũng là một diode tiếp giáp PN bình thường ngoại trừ việc thay vì silicon và germani, các vật liệu như gallium arsenide, gallium arsenide phosphide được sử dụng trong cấu tạo của nó.

Hình dưới đây cho thấy biểu tượng của một Diode phát quang.

Giống như một diode tiếp giáp PN bình thường, điều này được kết nối trong điều kiện phân cực thuận để diode dẫn điện. Sự dẫn điện diễn ra trong đèn LED khi các điện tử tự do trong vùng dẫn kết hợp với các lỗ trống trong vùng hóa trị. Quá trình tái tổ hợp này phát ralight. Quá trình này được gọi làElectroluminescence. Màu sắc của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào khoảng cách giữa các dải năng lượng.

Các vật liệu được sử dụng cũng ảnh hưởng đến màu sắc như, gallium arsenide phosphide phát ra màu đỏ hoặc vàng, gallium phosphide phát ra màu đỏ hoặc xanh lá cây và gallium nitrate phát ra ánh sáng xanh lam. Trong khi đó gallium arsenide phát ra ánh sáng hồng ngoại. Đèn LED cho ánh sáng hồng ngoại không nhìn thấy được sử dụng hầu hết trong các điều khiển từ xa.

Hình dưới đây cho thấy các đèn LED thực tế có màu sắc khác nhau trông như thế nào.

Đèn LED trong hình trên có một mặt phẳng và mặt cong, dây dẫn ở mặt phẳng được làm ngắn hơn dây dẫn còn lại, để chỉ ra rằng dây dẫn ngắn hơn là Cathode hoặc thiết bị đầu cuối âm và thiết bị đầu cuối còn lại là Anode hoặc thiết bị đầu cuối Tích cực.

Cấu tạo cơ bản của đèn LED như hình bên dưới.

Như trong hình trên, khi các electron nhảy vào các lỗ trống, năng lượng bị tiêu tán một cách tự phát dưới dạng ánh sáng. LED là một thiết bị phụ thuộc vào dòng điện. Cường độ ánh sáng đầu ra phụ thuộc vào dòng điện qua diode.

Ưu điểm của đèn LED

Có nhiều ưu điểm của đèn LED như -

Hiệu quả cao
Tốc độ cao
Độ tin cậy cao
Tản nhiệt thấp
Tuổi thọ lớn hơn
Giá thấp
Dễ dàng điều khiển và lập trình
Mức độ sáng và cường độ cao
Yêu cầu điện áp và dòng điện thấp
Yêu cầu ít dây hơn
Chi phí bảo trì thấp
Không có bức xạ UV
Hiệu ứng ánh sáng tức thì

Ứng dụng của đèn LED

Có rất nhiều ứng dụng cho đèn LED như -

In Displays

Đặc biệt được sử dụng cho màn hình bảy phân đoạn
Đồng hồ kỹ thuật số
Nhiều lò vi sóng
Tín hiệu giao thông
Bảng hiển thị trên đường sắt và nơi công cộng
Toys

In Electronic Appliances

Bộ chỉnh âm thanh nổi
Calculators
Bộ nguồn DC
Chỉ báo Bật / Tắt trong bộ khuếch đại
Đèn báo nguồn

Commercial Use

Máy đọc được hồng ngoại
Máy đọc mã vạch
Màn hình video trạng thái rắn

Optical Communications

Trong các ứng dụng chuyển mạch quang
Đối với khớp nối quang khi không có trợ giúp thủ công
Truyền thông tin qua FOC
Mạch cảm biến hình ảnh
Chuông bao động trộm
Trong Kỹ thuật báo hiệu đường sắt
Cửa và các hệ thống kiểm soát an ninh khác

Cũng giống như LED có nhiều ưu điểm và ứng dụng, có một loại diode quan trọng khác được gọi là Diode Laser, cũng có nhiều tính năng tiên tiến và phạm vi của tương lai. Hãy để chúng tôi thảo luận về Diode Laser.

Diode Laser

Diode Laser là một loại diode phổ biến khác. Đây là một diode quang phát ra ánh sáng nhưng với quá trình kích thích. TênLASER ngụ ý Lcó thể Amplification bởi Sthời gian Enhiệm vụ của Rlời khuyên nhủ.

Phát thải kích thích

Đây là một diode tiếp giáp PN có hoạt động bắt đầu khi có tia sáng chiếu vào nó. Với một tia sáng, khi các photon tới một nguyên tử, nguyên tử sẽ bị kích thích và nó đạt đến mức cao hơn có thể được gọi làHigher Energy Level.

Nguyên tử khi dịch chuyển từ mức năng lượng cao hơn đến một Lower Energy Level, nó phát hành two photons đó là similar in characteristics tới photon sự cố và đang ở equal phasevới nó. Quá trình này được gọi làStimulated Emission. Một nguyên tử nói chung có thể ở trong trạng thái kích thích này cho10^-8 secs của thời gian.

Vì vậy, quá trình trên thiết lập nguyên tắc cho diode laser.

Nguyên lý của Diode Laser

Bất cứ khi nào một photon tới nguyên tử, nguyên tử đó được kích thích từ trạng thái năng lượng thấp hơn sang trạng thái năng lượng cao hơn và hai photon được giải phóng trong quá trình này. Trên thực tế, một nguyên tử nói chung có thể ở trạng thái kích thích này cho10^-8giây của thời gian. Vì vậy, để đạt được sự khuếch đại, trong quá trình kích thích này, nguyên tử được đặt ở trạng thái khác gọi làMeta Stable State nằm dưới mức năng lượng cao hơn và trên mức năng lượng thấp hơn.

Một nguyên tử có thể ở trong trạng thái ổn định Meta này cho 10^-3giây. Trong khi nguyên tử chuyển đến trạng thái thấp hơn từ trạng thái này, hai photon được giải phóng. Nếu có nhiều nguyên tử hơn ở trạng thái kích thích, trước khi các photon đập vào các nguyên tử, thì chúng ta cóLasing Effect.

Trong quá trình này, chúng ta có hai thuật ngữ cần hiểu. Có nhiều nguyên tử hơn ở trạng thái ổn định Meta hơn trạng thái năng lượng thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản được gọi làPopulation inversion. Khi đó, năng lượng cho phép các nguyên tử chuyển từ trạng thái năng lượng thấp hơn sang trạng thái năng lượng cao hơn để đạt được sự nghịch đảo dân số, được gọi làPumping. Đây làOptical pumping.

Ưu điểm

Có nhiều ưu điểm của Diode Laser như -

Năng lượng được sử dụng bởi điốt laser ít hơn nhiều
Tốc độ chuyển đổi BẬT / TẮT cao hơn
Nhỏ gọn hơn
Ít tốn kém
Chúng rẻ hơn máy phát laser
Ít cơ hội gây ra các cú sốc điện hơn

Nhược điểm

Có một số nhược điểm của Diode Laser như -

Nhiều tia phân kỳ hơn và do đó chất lượng không tốt
Tuổi thọ của chúng ít hơn so với đèn LED.
Dễ bị hư hỏng khi nguồn điện không ổn định

Các ứng dụng

Có rất nhiều ứng dụng của Diode Laser như -

Được sử dụng như laser bơm và laser hạt giống
Được sử dụng trong các thiết bị lưu trữ dữ liệu quang học
Được sử dụng trong máy in laser và máy fax laser
Được sử dụng trong con trỏ Laser
Được sử dụng trong máy đọc mã vạch
Chúng được sử dụng trong ổ đĩa DVD và CD
Được sử dụng trong công nghệ HD DVD và BLU RAY
Có nhiều mục đích công nghiệp như xử lý nhiệt, ốp, hàn đường nối, v.v.
Đã có nhiều ứng dụng trong công nghệ truyền thông như liên kết và truyền dữ liệu.

Sau khi xem qua tất cả những điều này, chúng ta hãy cố gắng hiểu một vài thuật ngữ.

Thành phần

Các thành phần là các yếu tố cơ bản riêng lẻ của điện tử.
Chúng có các thuộc tính khác nhau đối với công trình của chúng.
Mỗi thành phần có các ứng dụng khác nhau.

Ex - Điện trở, Tụ điện, Diode, v.v.

Mạch

Mạch là một mạng lưới các thành phần khác nhau
Các thành phần trong mạch hoàn toàn tồn tại theo một mục đích đã định.
Nếu một mạch phải hoạt động, phải chứa một nguồn điện.

Ex - mạch kẹp và mạch kẹp, mạch khuếch đại, mạch chuyển tiếp, v.v.

Thiết bị

Thiết bị là một thiết bị được tạo thành từ các mạch khác nhau.
Tất cả các mạch trong thiết bị giúp nó hoạt động để phục vụ mục đích của nó.
Một thiết bị có thể được sử dụng để đo tín hiệu, tạo ra tín hiệu, kiểm soát kết quả hoặc bảo vệ mạch, v.v.

Ex - CRO, Trình tạo chức năng, v.v.

Thiết bị trạng thái rắn

Trước đây chúng ta từng có các ống chân không, hoạt động theo nguyên lý nhiệt điện tử và bên trong chứa đầy chân không. Chúng có kích thước lớn hơn các thành phần ngày nay. Các ống chân không này đã được thay thế bằng các thiết bị bán dẫn, còn được gọi làSolid state devices.

Thiết bị hoạt động

Các thiết bị (hoặc chính xác là các thành phần) có thể kiểm soát dòng hiện tại có thể được gọi là Thiết bị Hoạt động.

Chúng yêu cầu một số nguồn điện đầu vào để dẫn điện.
Hoạt động của các thành phần này xác định hoạt động của mạch.

Ex - Ống chân không, điốt, bóng bán dẫn, SCR

Thiết bị thụ động

Các thiết bị (hoặc chính xác là các thành phần) không thể kiểm soát dòng hiện tại có thể được gọi là Thiết bị thụ động.

Chúng không yêu cầu nguồn điện đầu vào để hoạt động.
Hoạt động của các thành phần này làm thay đổi một chút hoạt động của mạch.

Ex - Điện trở, tụ điện, cuộn cảm, v.v.

Doping

Quá trình thêm điện tử hoặc tạo ra lỗ trống để thay đổi đặc tính của vật liệu bán dẫn, bằng cách tạo ra dương hơn hoặc bằng cách tạo ra nhiều âm hơn có thể được hiểu là Doping.

Các ứng dụng của điốt bao gồm nhiều mạch bắt đầu từ mạch kẹp và mạch kẹp, sẽ được thảo luận trong phần hướng dẫn MẠCH ĐIỆN TỬ.