Dioda LED-Diody świecące LED (Light Emitting Diode) emitują promieniowanie (fotony) pod wpływem przepływu przez nie prądu w kierunku przewodzenia tj. od warstwy p do warstwy n. Działanie diody opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku (rekombinacja promienista)

Zasada działania

ZASADA DZIAŁANIA diod elektroluminescencyjnych jest oparta na zjawisku elektroluminescencji, które polega na zamianie energii nośników ładunku (elektronów) na energię promienistą (jest to rekombinacja) i wyemitowaniu kwantu promieniowania w postaci fotonu

Schemat zastępczy

Fotorezystorem nazywa się element półprzewodnikowy bezzłączowy, który pod wpływem promieniowania świetlnego silnie zmienia swoją rezystancję. Część roboczą (światłoczułą) fotorezystora stanowi cienka warstwa półprzewodnika osadzona na podłożu dielektrycznym wraz z elektrodami metalowymi doprowadzającymi prąd ze źródła zewnętrznego. Całość umieszcza się w obudowie z okienkiem, służącym do przepuszczania promieniowania świetlnego

Charakterystyka prądowo-napięciowa

Zależność rezystancji fotorezystora od natężenia oświetlenia

Budowa - footorezystory wykonuje się najczęściej w postaci cienkich półprzewodnikowych warstw monokrystalicznych lub polikrystalicznych naniesionych izolacyjne np. szklane podłoże. Materiał światłoczuły rozdzielają dwie metalowe elektrody mające wyprowadzenia. Elektrody te często mają kształt grzebieniowy. Nad powierzchnią światłoczułą umieszcza się okienko i zamyka w obudowie, chroniącej przed uszkodzeniami, a niekiedy umożliwiającej pracę w obniżonej temperaturze

Fotodioda - Przyrządy fotoelektryczne z warstwą zaporową tzw. fotodiody półprzewodnikowe, są to najogólniej biorąc, złącza pn, w których zakłócenia koncentracji nośników mniejszościowych dokonuje się za pomocą energii fotonów docierających do złącza przez odpowiednie okienko wykonane w obudowie fotodiody.

Promieniowanie świetlne padające na złącze p-n powoduje wytworzenie nośników.

Praca przy polaryzacji zaporowej

Ch-ka prądowo-napięciowa

Fotodioda PN-pracuje przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym. W stanie ciemnym (przy braku oświetlenia) przez fotodiodę płynie tylko prąd ciemny, będący prądem wstecznym złącza określonym przez termiczną generację nośników. Oświetlenie złącza powoduje generację dodatkowych nośników i wzrost prądu wstecznego złącza, proporcjonalny do natężenia padającego promieniowania.

Fotodioda PIN- w fotodiodzie pin między domieszkowanymi obszarami p-n znajduje się warstwa półprzewodnika samoistnego i. W takiej strukturze warstwa zaporowa ma dużą grubość, równą w przybliżeniu grubości warstwy samoistnej, co powoduje że pojemność takiego złącza jest bardzo mała, z czym wiąże się mała bezwładność działania fotodiody.

Fotodioda lawinowa- jest elementem pracującym w zakresie przebicia lawinowego złącza pn.

Fotodioda lawinowa jest najbardziej czułym, półprzewodnikowym detektorem światła. Fotoprądjest tak duży, jak w zwykłej fotodiodzie, ale jest wzmacniany w warstwie, gdzie fotoelektrony są przyspieszane przez silne pole elektryczne. Pociąga to za sobą dalsze elektrony, które z kolei pociągają następne. Jest to tak zwany efekt lawinowy. Sygnał jest wzmacniany wewnętrznie ok. 100 razy. Diody lawinowe są czułe na różnice napięcia i temperatury i dlatego muszą być bardzo dokładnie kompensowane.

Fototranzystory, są to tranzystory bipolarne (najczęściej typu npn) w których obudowie wykonano okno umożliwiające oświetlenie obszaru bazy tranzystora. Fototranzystor polaryzujemy tak jak zwykły tranzystor tj. złącze baza emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze baza kolektor w kierunku zaporowym. Powszechnie fototranzystory wykonywane są jako elementy dwukońcówkowetj. wyprowadzone są kontakty emitera i kolektora, baza zazwyczaj pozostaje nie wyprowadzona na zewnątrz. Przy braku oświetlenia przez fototranzystor płynie prąd zerowy, związany z termiczną generacją nośników, jest to prąd zaporowo spolaryzowanego złącza p-nna granicy obszarów bazy i kolektora.

W fototranzystorach końcówka może być wyprowadzona na zewnątrz obudowy lub nie, dlatego też fototranzystor może pracować jako:

a)Fotoogniwo (wykorzystuje się złącze kolektor - baza)

b)Fotodioda (wykorzystuje się złącze kolektor - baza, przy polaryzacji zaporowej)

c)Fototranzystor bez wyprowadzonej końcówki

d)Fototranzystor z wyprowadzoną końcówką bazy

a) b) c) d)

Ch-ka prądowo napięciowa(rys.a), ch-ka czułości widmowej(rys.b)

Charakterystyka prądowo - napięciowa. Jest ona identyczna z kształtem konwencjonalnego tranzystora. Ze wzrostem temperatury złącza zwiększa się prąd ciemny i prąd fotoelektryczny. Wartość prądu ciemnego zależy od napięcia UCE. Przypatrując się charakterystyce czułości widmowej (rys. poniżej a) zauważamy, że jest bardzo zbliżona do analogicznych charakterystyk fotodiod.

Z charakterystyki odczytujemy, że czułość fototranzystora zwiększa się wraz ze wzrostem napięcia polaryzacji. Istotny wpływ na czułość ma kierunek padającego promieniowania.

Fototranzystory mają w porównaniu z fotodiodami dwie zalety, a mianowicie: znacznie większą czułość dzięki wzmocnieniu wewnętrznemu pierwotnego prądu fotoelektrycznego oraz możliwość jednoczesnego sterowania prądu kolektora za pomocą sygnałów elektrycznych i świetlnych. Wadą fototranzystorów jest ich mała prędkość działania. Częstotliwość graniczna fT jest rzędu kilkudziesięciu kiloherców.

Transoptor-jest półprzewodnikowym elementem optoelektronicznym, składającym się z co najmniej jednego fotoemitera i co najmniej jednego fotodetektora, umieszczonych we wspólnej obudowie.

Budowa

1.fotoemiter

2.fotodetektor

3.światłowód

4.obudowa

Transoptor pozwala przesyłać sygnały elektryczne z wejścia na wyjście bez połączeń galwanicznych obwodów wejściowego i wyjściowego

W transoptorze rolę fotoemitera w obwodzie wejściowym spełnia zwykle dioda elektroluminescencyjna z arsenku galu GaAs. Na wyjściu transoptora może znajdować się fotodioda lub fototranzystor.

Schemat transoptora(a-z fotodioda, b-z fototranzystorem)

Parametry transoptora charakteryzują właściwości jego elementów składowych, tzn. diody elektroluminescencyjnej i fotodetektora.

Charakterystyka przejściowa przedstawia zależność prądu wyjściowego Io (np. prądu kolektor-emiter ICE fototranzystora) od prądu wejściowego II (np. prądu przewodzenia IF fotodiody). Z nachylenia tej charakterystyki możemy wyznaczyć wzmocnienie transoptora, nazywane również przekładnią prądową CTR

Transoptory stosuje się:

do galwanicznego rozdzielania obwodów, - np. w technice wysokich napięć,

w technice pomiarowej i automatyce,

w sprzęcie komputerowym,

w sprzęcie telekomunikacyjnym

Układ do pomiaru charakterystyk wyjsciowych,

oraz charakterystyki wejsciowej transoptora.

Układ do pomiaru charakterystyk pradowo-napieciowych fotodiody.

Układ do pomiaru charakterystyk prad-nap fotoogniwa.

Układ do obserwacji przebiegów zmiennych na wyjsciu transoptora tj. na fototranzystorze, pobudzanym zmiennym sygnałem wejsciowym.

Układ do obserwacji przebiegów zmiennych na fotodiodzie,

oswietlanej przez diode LED, pobudzanej sygnałem zmiennym z generatora.

Charakterystyka wyjściowa Ic(Uce) transoptora

---