Оптоэлектронные устройства

В оптоэлектронике для передачи, обработки и хранения информации используются электрические и оптические средства. В оптоэлектронике световой луч выполняет те же функции управления, что и электрический сигнал в цепи.

Оптоэлектронные устройства имеют широкую полосу пропускания, высокое быстродействие, большую информационную емкость ( Гц). Так как носителями заряда являются фотоны, то на оптоэлектронные устройства практически не влияют всевозможные помехи, вызванные электрическими и магнитными полями.

К недостаткам оптоэлектронных устройств относится плохая временная и температурная стабильность, большая потребляемая электрическая мощность.

Основными компонентами оптоэлектроники являются «пара с фотонной связью», называемая оптроном.

Оптрон можно представить в виде четырехполюсника (рис. 16). 1 – источник света, 2 – световод, 3 – приемник света. Входной электрический сигнал в виде импульса возбуждает фотоизлучатель и вызывает световое излучение. Световой сигнал по световоду попадает на фотоприемник, где преобразуется в электрический импульс.

Светодиоды – токовые приборы, питать и управлять которые необходимо с помощью источников тока. Условное обозначение светодиода и его люкс-амперная характеристика представлены на рис. 17. Характеристика имеет нелинейный начальный участок, характеризуемый низкими выходными яркостями, и практически линейный участок, в пределах которого яркость изменяется в 10-100 раз. Этот участок используется в качестве рабочего.

Изменения цвета происходит из-за того, что в составе излучения p-n-перехода имеется несколько световых полос, яркость которых неодинаково изменяется при изменении протекающего тока. При их смешивании получается результирующее изменение цвета, которое зависит от значения яркости отдельных полос.

В светодиодах используются двухпереходные структуры GaP. На кристалле фосфида галлия созданы два p-n-перехода. Примеси подобраны так, что один p-n-переход излучает свет красного цвета, а другой – зеленого цвета. При их смешивании получается желтый цвет. В структуре имеется три выхода, что позволяет через каждый p-n-переход пропускать свое значение тока (рис. 18). Изменяя токи переходов удается менять цвет излучения от желто-зеленого до красно-желтого оттенка, а также получать чистые красный и зеленый цвета.

Фотодиоды.

Вентильный фотоэлемент представляет собой фотоэлектрический полупроводниковый прибор с внутренним фотоэффектом, имеющий один (или два) p-n-переход, при освещении которого появляется ЭДС или изменяется величина обратного тока. Вентильный элемент с одним p-n-переходом называется фотодиодом.

При попадании светового потока на фотодиод фотоны сообщают части валентных электронов энергию, необходимую для перехода в зону проводимости. Под действием контактной разности потенциалов неосновные носители заряда n-области – дырки перейдут в p-область, а неосновные носители заряда p-области – электроны – в n-область. В результате в n-области появится избыточное число электронов, а в p-области – избыточное число дырок. Это приводит к созданию на внешних зажимах фотодиода разности потенциалов, называемой фото-ЭДС , которая составляет у фотодиодов величину около 0.1В.

Если к фотодиоду подключить внешний источник питания (рис. 19) с полярностью, при которой фотодиод будет заперт, то фотодиод начнет работать в режиме фотопреобразователя.

При освещении фотодиода увеличивается обратный ток, что приводит к увеличению тока во внешней цепи, определяемого напряжением внешнего источника и световым потоком. Фотодиод, работающий в режиме фотопреобразователя, имеет высокую чувствительность.

Полевые транзисторы.