Elementy optoelektroniczne. Przygotował: Witold Skowroński



Podobne dokumenty
Elementy optoelektroniczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Wybrane elementy optoelektroniczne. 1. Dioda elektroluminiscencyjna LED 2. Fotodetektory 3. Transoptory 4. Wskaźniki optyczne 5.

Fotoelementy. Symbole graficzne półprzewodnikowych elementów optoelektronicznych: a) fotoogniwo b) fotorezystor

Ćwiczenie nr 34. Badanie elementów optoelektronicznych

spis urządzeń użytych dnia moduł O-01

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Elementy optoelektroniczne

Elektronika. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

SYMBOLE GRAFICZNE. Tyrystory. Struktura Charakterystyka Opis

Dioda półprzewodnikowa OPRACOWANIE: MGR INŻ. EWA LOREK

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 6a

Urządzenia półprzewodnikowe

Zasada działania tranzystora bipolarnego

Dioda półprzewodnikowa

UKŁADY ELEKTRONICZNE Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Badanie transoptora

Diody i tranzystory. - prostownicze, stabilizacyjne (Zenera), fotodiody, elektroluminescencyjne, pojemnościowe (warikapy)

POLITECHNIKA POZNAŃSKA KATEDRA STEROWANIA I INŻYNIERII SYSTEMÓW

7. Tyrystory. Tyrystor SCR (Silicon Controlled Rectifier)

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

4. Diody DIODY PROSTOWNICZE. Są to diody przeznaczone do prostowania prądu przemiennego.

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

WYKORZYSTANIE FOTOPRZETWORNIKÓW W UKŁADACH AUTOMATYKI.

Układy nieliniowe - przypomnienie

Instytut Fizyki LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI, ELEKTRONIKI I MIERNICTWA

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 7

E104. Badanie charakterystyk diod i tranzystorów

Badanie detektorów promieniowania optycznego

Badanie charakterystyk elementów półprzewodnikowych

Skończona studnia potencjału

1. Wymień trendy rozwojowe współczesnej elektroniki. 2. Zdefiniuj pojęcie sygnału. Jakie rodzaje sygnałów występują w elektronice?

1 Źródła i detektory VI. FOTOTRANZYSTOR

5. Tranzystor bipolarny

PRACOWNIA ELEKTRYCZNA I ELEKTRONICZNA. Zespół Szkół Technicznych w Skarżysku-Kamiennej. Sprawozdanie

Miłosz Andrzejewski IE

Elementy elektroniczne Wykłady 5,6: Tranzystory bipolarne

PL B1. WOJSKOWY INSTYTUT MEDYCYNY LOTNICZEJ, Warszawa, PL BUP 23/13

Elementy półprzewodnikowe. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

PODSTAWOWE ELEMENTY ELEKTRONICZNE DIODA PROSTOWNICZA. W diodach dla prądu elektrycznego istnieje kierunek przewodzenia i kierunek zaporowy.

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

Optyczne elementy aktywne

Temat i cel wykładu. Tranzystory

Laboratorium elektroniki. Ćwiczenie E12FT. Elementy optoelektroniczne. Wersja 1.0 (18 marca 2016)

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Wykład VIII TRANZYSTOR BIPOLARNY

Ćwiczenie 5. Zastosowanie tranzystorów bipolarnych cd. Wzmacniacze MOSFET

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Część 3. Przegląd przyrządów półprzewodnikowych mocy. Łukasz Starzak, Przyrządy i układy mocy, studia niestacjonarne, lato 2018/19 51

2.1. Charakterystyki statyczne i parametry fotodiody krzemowej

Optoizolacja cyfrowa

Fotodetektor. Odpowiedź detektora światłowodowego. Nachylenie (czułość) ~0.9 ma/mw. nachylenie = czułość (ma/mw) Prąd wyjściowy (ma)

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Ćwiczenie 2 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

III. TRANZYSTOR BIPOLARNY

1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 2. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane 3. Złącze pn 4. Polaryzacja złącza

1. Zarys właściwości półprzewodników 2. Zjawiska kontaktowe 3. Diody 4. Tranzystory bipolarne

Wiadomości podstawowe

7. TYRYSTORY 7.1. WSTĘP

TRANZYSTORY BIPOLARNE ZŁĄCZOWE

Diody półprzewodnikowe

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

Stanowisko do badania zjawiska tłumienia światła w ośrodkach materialnych

Laboratorium Elementów Elektronicznych. Sprawozdanie nr Charakterystyki i parametry dyskretnych półprzewodnikowych.

Ćwiczenie nr 4 Tranzystor bipolarny (npn i pnp)

L E D light emitting diode

Diody półprzewodnikowe

Ćwiczenie 10 Temat: Własności tranzystora. Podstawowe własności tranzystora Cel ćwiczenia

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Stanowisko do pomiaru fotoprzewodnictwa

Wykład X TRANZYSTOR BIPOLARNY

Właściwości tranzystora MOSFET jako przyrządu (klucza) mocy

Opracowane przez D. Kasprzaka aka 'master' i D. K. aka 'pastakiller' z Technikum Elektronicznego w ZSP nr 1 w Inowrocławiu.

Tranzystory bipolarne elementarne układy pracy i polaryzacji

PL B1. POLITECHNIKA OPOLSKA, Opole, PL BUP 05/18. JAROSŁAW ZYGARLICKI, Krzyżowice, PL WUP 09/18

Budowa. Metoda wytwarzania

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych test kompetencji zagadnienia

Rozmaite dziwne i specjalne

11. Elementy i podzespoły optoelektroniczne

Diody, tranzystory, tyrystory. Materiały pomocnicze do zajęć.

Tranzystor. C:\Program Files (x86)\cma\coach6\full.en\cma Coach Projects\PTSN Coach 6 \Elektronika\Tranzystor_cz2b.cmr

Tranzystory. 1. Tranzystory bipolarne 2. Tranzystory unipolarne. unipolarne. bipolarny

Nowoczesne sieci komputerowe

Ćwiczenie 4- tranzystor bipolarny npn, pnp

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Wpływ oświetlenia na półprzewodnik oraz na złącze p-n

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNE

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Opis przedmiotu zamówienia

Ćwiczenie - 3. Parametry i charakterystyki tranzystorów

Diody półprzewodnikowe

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Elementy optoelektroniczne

Parametry i technologia światłowodowego systemu CTV

Transkrypt:

Elementy optoelektroniczne Przygotował: Witold Skowroński

Plan prezentacji Wstęp Diody świecące LED, Wyświetlacze LED Fotodiody Fotorezystory Fototranzystory Transoptory

Dioda LED Dioda LED z elektrycznego punktu widzenia pełni taką samą rolę jak zwykła dioda. Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia oraz przepływie prądu o wartości kilkunastu ma dioda świeci

Diody LED Zasada działania Charakterystyka przejściowa diody LED Napięcie progowe od 1.5 do 3V

Wyświetlacz LED Kilka diod połączonych wspólną katodą lub anodą może stanowić wyświetlacz Przy wielu segmentach może być konieczne zastosowanie dodatkowych układów wzmacniających wydajność prądową

LED - podział Arsenek galu, GaAs, (650 nm). Arsenofosforek galu, GaAsP, (630-590 nm). Fosforek galu, GaP, (565 nm). Azotek galu, GaN, (430 nm). Azotek indowo-galowy InGaN/YAG (białe)

LED - zastosowanie Wyświetlanie wyników pomiarów, działania układu. Stanowi rodzaj interfejsu użytkownika Nadajniki promieniowania podczerwonego

LED - parametry Długość fali emitowanego promieniowania Natężenie światła Prąd przewodzenia (typowy, maksymalny) Kąt świecenia Napięcie przewodzenia

LED - przykład

LED - odmiany Istnieją migające diody LED z wbudowanymi układami odpowiadający mi za migotanie (zazwyczaj kilka Hz)

LED odmiany cd. Połączenie dwóch diod LED przeciwsobnie pozwala na uzyskanie diody dwukolorowej W zależności od kierunku przepływu prądu dioda świeci na różny kolor

LED do montażu powierzchniowego W przypadku lepszej technologii lub konieczności minimalizacji rozmiarów fizycznych płytki można skorzystać z diod świecących typu SMD

LED konfiguracje pracy 1) sygnalizator włączenia zasilania przy napięciu stałym 2) sygnalizator włączenia zasilania przy napięciu zmiennym (jeśli amplituda napięcia przekracza napięcie wsteczne LED, należy zastosować dodatkową diodę prostowniczą) 3) sterowanie wyświetlaczem LED pin sterowanie uaktywnia wyświetlacz, piny A,B,C odpowiadają za kolejne segmenty (oba aktywne 0 )

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.

Fotodioda zasada działania Promieniowanie świetlne padające na złącze p-n powoduje wytworzenie nośników Stan podobny do stanu wprowadzania prądów z zewnątrz Praca przy polaryzacji zaporowej

Fotodioda rodzaje Zwykła fotodioda na złączu p-n Fotodioda PIN Fotodioda lawinowa

Fotodioda PN Fotodioda 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 PN - przykład

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 PIN - przykład

Fotodioda lawinowa Fotodioda lawinowa jest elementem pracującym w zakresie przebicia lawinowego złącza pn. Fotodioda lawinowa jest najbardziej czułym, półprzewodnikowym detektorem światła. Fotoprąd jest 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.

Fotodioda lawinowa - przykład

Fotodioda zastosowanie Detektory światła widzialnego i podczerwonego Detektory kartek, końca taśmy Mierniki odległości Mierniki wymiarów Komunikacja światłowodowa

Fotodioda - parametry Maksymalne napięcie wsteczne Ur Czułość na natężenie oświetlenia Czułość na moc promieniowania Czas narastania Prąd ciemny Kąt detekcji Zależność czułości od długości fali padającego światła

Fotodioda konfiguracje pracy cd.

Fotodioda konfiguracje pracy cd.

Fotodioda konfiguracje pracy - uwagi Należy pamiętać, żeby fotodioda pracowała w liniowym zakresie pracy, co wiąże się z jej odpowiednią polaryzacją w kierunku zaporowym

Fotorezystor Fotorezystorem nazywa się element półprzewodnikowy bezzłączowy, który pod wpływem promieniowania świetlnego silnie zmienia swoją rezystancję. Część roboczą (światłoczułą) fotorezystora stanowi 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.

Fotorezystor zasada działania Zmiana rezystancji pod wpływem promieniowania Maksymalna czułość dla odpowiedniej długości fali

Fotorezystory podział Siarczek kadmu CdS czuły na światło widzialne Selenek kadmu CdSe czuły na światło podczerwone

Fotorezystory zastosowanie Automatyczne włączanie lamp w nocy Proste wersje mierników światła w kamerach Najczulsze detektory promieniowania podczerwonego odbieranego z kosmosu

Fotorezystory - parametry Rezystancja przy oświetleniu E = 10lx Rezystancja przy oświetleniu E = 100lx Rezystancja ciemna po 1 sekundzie Czułość maksymalna dla długości fali Dopuszczalne moc maksymalna Czas przełączania

Fotorezystor - przykład

Fototranzystor 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 dwukońcówkowe tj. 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-n na granicy obszarów bazy i kolektora.

Fototranzystory zasada działania Działają jak zwykłe tranzystory W obudowie okno umożliwiające podświetlenie bazy Padające promieniowanie na bazę spolaryzowanego fototranzystora powoduje powstanie nośników

Fototranzystor podział ze względu na: długość fali promieniowania, na które czuły jest fototranzystor obudowy przezroczyste, ciemne dodatkowe elementy wewnętrzne

Fototranzystor - zastosowanie Detektor światła podczerwonego Systemy zabezpieczające Kontrolery marginesów Licznik monet Piloty zdalnego sterowania

Fototranzystor - parametry Maksymalne napięcie Uce Prąd świecenia przy odpowiednim napięciu Uce oraz natężeniu promieniowania Kąt detekcji Maksymalny prąd kolektora Ic Rodzaj obudowy (czarna, przezroczysta) Charakterystyka czułości Czas narastania/opadania

Fototranzystor - przykład

Fototranzystor konfiguracje pracy

Fototranzystor konfiguracje pracy cd.

Sensory optyczne - porównanie Najczęściej używanymi sensorami optycznymi są fotodiody PIN oraz fototranzystory, rzadziej fotorezystory Fotodiody PIN mają szerokie pasmo działania i niskie szumy ( mają lepsze parametry od zwykłych fotodiod) Fototranzystory są bardziej czułe na promieniowanie, od razu wzmacniają sygnał. Są jednak nieco wolniejsze, bardziej szumią Fotodiody lawinowe są najczulsze ze wszystkich elementów, wymagają jednak kompensacji temperatury i napięcia, są drogie Fotorezystory są również czułymi elementami, są jednak wolne. Zaletą jest niski koszt

Gotowe przetworniki optyczne Istnieją gotowe przyrządy, które wraz z fotodetektorem posiadają układ obrabiający sygnał elektryczny do użytecznej postaci

OPT101 Przykładem liniowego przetwornika światło napięcie jest układ OPT101 Oprócz liniowej charakterystyki przejściowej pozwala na zredukowanie szumów fotodiody oraz eliminacje błędów związanych z prądami upływu

Transoptory Transoptory składają się z nadajnika i detektora światła zawartych w jednej obudowie. Prąd przepływający przez nadajnik, zazwyczaj diodę świecącą, powoduje jej świecenie, co zostaję odebrane w detektorze, na którego końcówkach pojawia się napięcie. W przypadku dokładnych transoptorów mogą one przekazywać sygnały nie tylko cyfrowe, ale i analogowe.

Transoptor schemat działania

Transoptory podział ze względu na detektor wyjściowy fotoopornik, fotodioda, fototranzystor, fototriak. cyfrowe oraz liniowe ze względu na możliwą prędkość transmisji do kilkudziesięciu Mbit/s

Transoptory zastosowanie izolacja galwaniczna między odbiornikiem, a nadajnikiem w takich przypadkach mogą zastępować transformatory dodatkowo nie mają dolnej częstotliwości granicznej

Transoptor parametry współczynnik sprzężenia CTR stosunek prądu wyjściowego do wejściowego wytrzymałość izolacji podana w Voltach maksymalny prąd w obwodzie wejściowym maksymalne napięcie/prąd na wejściu czas narastania / maksymalna prędkość transmisji

Transoptor przykład z fototranzystorem

Transoptor przykład z wyjściem Darlingtona

Transoptor przykład z fototriakiem

Transoptor przykład do zastosowań cyfrowych

Transoptor analogowy

Transoptor konfiguracje pracy

Dziękuję bardzo za uwagę.