Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Задача № 1
Изобразить структуру фотоприемника. Изобразить ВАХ фото-приемника. Дать определение основным параметрам. Пояснить принцип работы фотоприемника.
Таблица 1. Варианты и типы фотоприемников
|
Вариант |
Тип фотоприемника (ФП) |
|
0 |
Фотодиод на основе р-n перехода |
Решение:
Фотодиоды с p–n структурой
Структура фотодиода
Простейший фотодиод представляет собой обычный полупроводниковый диод, в котором обеспечивается возможность воздействия оптического излучения на р–n-переход. В равновесном состоянии, когда поток излучения полностью отсутствует, концентрация носителей, распределение потенциала и энергетическая зонная диаграмма фотодиода полностью соответствуют обычной p-n-структуре. При воздействии излучения в направлении, перпендикулярном плоскости p-n-перехода, в результате поглощения фотонов с энергией, большей, чем ширина запрещенной зоны, в n-области возникают электронно-дырочные пары. Эти электроны и дырки называют фотоносителями. При диффузии фотоносителей в глубь n-области основная доля электронов и дырок не успевает рекомбинировать и доходит до границы p–n-перехода. Здесь фотоносители разделяются электрическим полем p–n-перехода, причем дырки переходят в p-область, а электроны не могут преодолеть поле перехода и скапливаются у границы p–n-перехода и n-области.
Таким образом, ток через p–n-переход обусловлен дрейфом неосновных носителей – дырок. Дрейфовый ток фотоносителей называетсяфототоком.
Фотоносители – дырки заряжают p-область положительно относительно n-области, а фотоносители – электроны – n-область отрицательно по отношению к p-области. Возникающая разность потенциалов называется фотоЭДС Eф. Генерируемый ток в фотодиоде – обратный, он направлен от катода к аноду, причем его величина тем больше, чем больше освещенность.
Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов – без внешнего источника электрической энергии (режим фотогенератора) либо с внешним источником электрической энергии (режим фотопреобразователя). Фотодиоды, работающие в режиме фотогенератора, часто применяют в качестве источников питания, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую.
При работе фотодиода в фотопреобразовательном режиме источник питания Е включается в цепь в запирающем направлении (рис. 1, а). Используются обратные ветви ВАХ фотодиода при различных освещенностях (рис. 1,б).
Рис. 1. Схема включения фотодиода в фотопреобразовательном режиме: а - схема включения, б - ВАХ фотодиода
Ток и напряжение на нагрузочном резисторе Rн могут быть определены графически по точкам пересечения ВАХ фотодиода и линии нагрузки, соответствующей сопротивлению резистора Rн. При отсутствии освещенности фотодиод работает в режиме обычного диода. Темновой ток у германиевых фотодиодов равен 10 - 30 мкА, у кремниевых 1 - 3 мкА.
Если в фотодиодах использовать обратимый электрический пробой, сопровождающийся лавинным умножением носителей заряда, как в полупроводниковых стабилитронах, то фототок, а следовательно, и чувствительность значительно возрастут. Чувствительность лавинных фотодиодов может быть на несколько порядков больше, чем у обычных фотодиодов (у германиевых – в 200 – 300 раз, у кремниевых – в 104 – 106 раз).
Лавинные фотодиоды являются быстродействующими фотоэлектрическими приборами, их частотный диапазон может достигать 10 ГГц. Недостатком лавинных фотодиодов является более высокий уровень шумов по сравнению с обычными фотодиодами.
Конструкция фототранзистора подобна обычному транзистору, у которого в корпусе имеется окошко, через которое может освещаться база. УГО фототранзистора – транзистор с двумя стрелками, направленными к нему.
Светодиоды и фотодиоды часто используются в паре. При этом они помещаются в один корпус таким образом, чтобы светочувствительная площадка фотодиода располагалась напротив излучающей площадки светодиода. Полупроводниковые приборы, использующие пары «светодиод – фотодиод», называются оптронами (рис. 3).
Рис. 3. Оптрон: 1 – светодиод, 2 – фотодиод
Входные и выходные цепи в таких приборах оказываются электрически никак не связанными, поскольку передача сигнала осуществляется через оптическое излучение.
Задача № 2
Определить длинноволновую границу фотоэффекта гр и фоточувствительность приемника. Изобразить вид спектральной характеристики фотоприемника и указать на ней гр.
Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 2.
Таблица 2. Варианты и данные фотоприемников
|
Вариант |
Тип ПП материала |
Квантовая эффективность, |
Ширина запрещенной зоны W, эВ |
|
0 |
Ge |
0,2 |
0,6 |
Решение:
Определим длину волны, выше которой излучение перестает существовать:
Определим фоточувствительность Sф :
где - длина волны фотона, мкм; Iф - фототок, А; Фе - поток излучения, Вт.
Рис.8. Спектральная характеристика фотоприемника
Задача №3
Изобразить принципиальную схему включения семисегментного полупроводникового индикатора. Описать принцип действия индикатора. Указать какой цифровой код и состояния выходов дешифратора соответствуют индикации цифры, соответствующей последней цифре Вашего (пароля). Результаты оформить в виде таблицы истинности.
Рис.9. Принципиальная схема включения семисегментного полупроводникового индикатора
Решение:
Все знаковые индикаторы подключаются к цифровым устройствам через дешифраторы, при увеличении числа светящихся точек быстро возрастает разрядность дешифратора, поэтому индикаторные элементы матричных панелей подключаются к дешифраторам через адресные шины. При отображении буквенно — цифровой информации используется дешифратор и блок ПЗУ. Дешифратор преобразует код цифры или буквы в двумерный код описывающий графическое изображение знака. ПЗУ хранит информацию о конфигурации всех отображаемых знаков в виде двумерных кодов.
Управляются матричные панели 2 способами:
1. Статическим
2. Динамическим.
При статическом способе управляющее устройство находит адреса светящихся точек и подключает соответствующие провода к источнику питания, выбранные элементы излучают свет до смены изображения, такой способ удобен для индикации результатов измерений (данных графика и т. д.).
При динамическом способе отображается подвижные изображения. Отдельные ячейки панели возбуждаются импульсным источником и излучают свет в течение короткого интервала времени. Все изображение получается путем многократного возбуждения.
Рис.10. Семисегментный шрифт: таблица истинности для СД.
Таблица 3. Входной двоичный код и состояния выходов дешифратора.
|
Номер варианта |
Входной код |
Состояние выходов дешифратора |
|||||||||
|
23 |
22 |
21 |
20 |
А |
В |
С |
D |
Е |
F |
G |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Задача № 4
Изобразить схему включения светодиода, с указанием полярности включения источника питания Uпит и номинала ограничительного сопротивления Rогр . Рассчитать какую силу света обеспечивает светодиод, при заданных Uпит и Rогр. Определить длину волны соответствующую максимуму спектрального распределения. Исходные данные Вашего варианта указаны в табл. 4.
Таблица 4. Варианты и исходные данные задачи №4
|
№ варианта |
Тип светодиода |
Напряжение питания Uпит, В |
Номинал ограничительного сопротивления, Ом |
|
0 |
АЛ102В |
5 |
510 |
Электрические и световые справочные параметры
при Токр= 25 С:
Сила света, не менее:
АЛ102В …………………………………………….………….….…..0,2 мкд
Цвет свечения:
АЛ102В ………………………………………………………….….зеленый
Максимум спектрального распределения излучения на длине волны:
АЛ102В ……………………………………………………………0,53 мкм
Рис.11. Схема включения светодиода
Для того чтобы определить какую силу света обеспечивает светодиод, при заданных Uпит и Rогр , необходимо найти Iпр сид . Для этого построим линию нагрузки : при Iпр сид =0, Uпр сид=Uпит=5В,
при U пр сид = 0 Iпр сид = Uпит/Rогр= 5/510 = 9,8 мА
Рис.12. Вольт-амперная характеристика (зона разброса и усредненная кривая)
Найдем Iпр сид при заданных Uпит и Rогр :
Iпр сид = (Uпит – U пр сид )/Rогр= (5 – 1,9 )/510 = 6,08 мА
По зависимости силы света I0 = F(Iпрсид) определим какую силу света обеспечивает светодиод
Рис.13. Зависимость силы света в относительных единицах от прямого тока
Сила света I0 = 0,4 мкд (что соответствует справочному параметру – не менее 0,2мкд при Токр= 25С)
Рис. 14. Спектры излучения светодиодов 1-красного, 2-зеленого цвета свечения
Поскольку у АЛ102В цвет свечения зеленый, по графику 2 вычисляем длину волны, соответствующую максимуму спектрального распределения: λ=0,53 мкм, что полностью совпадает со справочным параметром.
Министерство Российской Федерации по связи информатизации
Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики
“Физические основы оптоэлектроники”
Контрольная работа
по предмету «Устройства оптоэлектроники»
Факультет ЗО
Студент группы: ЗМ-21
Брютова И.И
Преподаватель: Игнатов А.Н
Новосибирск 2014
Список литературы: