Элементы оптоэлектроники

Оптоэлектроника – это раздел электроники, в котором изучаются вопросы генерации, передачи и хранения информации на основе совместного использования оптических и электрических явлений. Элементная база:

1. Фотоэлектрические полупроводниковые приборы – преобразователи световой энергии в электрическую.

2. Светодиодные оптоизлучатели– преобразователи электрической энергии в световую.

3. Оптоэлектрические пары (оптопары, оптроны) – приборы для электрической изоляции при передаче информации по световому каналу.

Обратный ток утечки в p-n переходе обусловлен неосновными носителями. Обычно пары электрон-дырка образуются за счет тепловой энергии. Но если на p-n переход падает свет, то это приводит к значительному увеличению концентрации неосновных носителей. Электроны и дырки, освобожденные энергией фотонов, вызывают значительное увеличение обратного тока утечки.

Фотодиод – это p-n переход, помещенный в корпус с прозрачным окном. Обычно такой диод работает со смещением в обратном направлении и типичное значение его тока в темноте равно 1нА. При освещении с интенсивностью 1мВт/см² ток увеличивается до 1 мкА. Такую интенсивность дает лампа мощностью 60 Вт на расстоянии 30 см. Изображение фотодиода на электрических схемах показано на рис.144а.

Фототранзистор – это обычный транзистор с прозрачным окном в корпусе. Когда свет падает на транзистор, в обоих p-n переходах освобождаются неосновные носители, но увеличение фототока дают те из них, которые образуются у смещенного в обратном направлении перехода коллектор-база. Как тепловой ток утечки I_КО перехода коллектор-база усиливается транзистором и дает больший ток утечки коллектор-эмиттер, так же усиливается и

фототок. Чувствительность фототранзисторов обычно в сто раз выше, чем у фотодиода. Базовый вывод у фототранзистора часто не используется. Изображение фототранзистора на электрических схемах показано на рис.144б.

Светодиоды – это полупроводниковые диоды на основе фосфида галлия и арсенида галлия, которые излучают свет при протекании прямого тока. Обычно прямой ток составляет 5…80 млА и для ограничения его последовательно с диодом включают резистор. Имеются светодиоды с красным, зеленым, желтым и довольно слабым синим свечением. Срок службы светодиодов практически не ограничен. Изображение светодиода на электрических схемах показано на рис.144в. Для индикации цифр на цифровых дисплеях применяют светодиодные индикаторы. Наиболее распространены семисегментные индикаторы.

Оптроны – это приборы, содержащие в одном корпусе оптоизлучатель и фотоприемник, оптически связанные друг с другом. В качестве оптоизлучателя используются светодиоды, работающие в инфракрасном диапазоне излучения. В качестве фотоприемников используются фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры. Т.к. между приемником и излучателем существует только оптическая связь, это позволяет передавать сигналы при разности потенциалов между приемником и излучателем до нескольких кВ. При этом практически полностью исключаются паразитные емкостные и индуктивные связи в канале передачи информации, поэтому оптический канал связи обладает высокой помехоустойчивостью и надежностью. Обозначения различных оптопар (оптронов) показано на рис.145.