Tipuri de dispozitive optoelectronice

Tipuri de dispozitive optoelectronice

Definitie : Sunt dispozitive ce realizeaza operatia de transformare a energiei luminoase (radiatie electromagnetica) in energie electrica, a energiei electrice in radiatie luminoasa sau care detecteaza radiatia luminoasa prin intermediul unor procese luminoase.

1. Fotodioda

Definitie: Fotodioda este un dispozitiv optoelectronic format dintr-o jonctiune pn fotosensibila, utilizata intotdeauna in regim de polarizare inversa.

a. Simbol, aspect fizic si marcare

Marcarea se face in functie de fabricant, de exemplu cu simbolurile MRD, FD.

Fig 1.41 Simbolul si aspectul fizic al fotodiodei

b. Principiul de functionare

Datorita polarizarii inverse, prin fotodioda trece un curent dat de purtatorii minoritari generati pe cale termica numit curent de saturatie sau curent de intuneric care este foarte mic. La fotodiode cu Si i _sat = 1-2mA.

Datorita fluxului luminos Ф, prin dioda apare un curent i_Ф dependent proportional de Ф.

i_Ф = S_P Ф S_P - sensibilitate spectrala

Deoarece curentul prin fotodioda nu depinde de tensiunea de polarizare inversa, fotodioda se comporta ca un generator de curent, al carui curent depinde de fluxul luminos incident Ф.

c. Parametri fotodiodei

Sensibilitatea spectrala S_P - raspunsul la diferite lungimi de unda ale luminii

Tensiunea inversa maxima

Curentul de intuneric, i _sat - indicat de producator la o anumita valoare a tensiunii.

d. Utilizari  

Ca detectoare de radiatie

Ca celula fotovoltaica, daca lucreaza fara polarizare din exterior

In circuite de comanda si echipamente de automatizare

Comanda automata a iluminatului exterior

2. Fotoelementul

Definitie: Fotoelementul este o fotodioda ce lucreaza fara polarizare din exterior.

a. Simbol, aspect fizic si marcaj

Marcarea se face cu simboluri, de exemplu MRD, BPX, in functie de fabricant.

Fig. 1.42 Fotoelementul - simbol si aspect fizic

b. Functionare

Sub influenta unui flux luminos, la bornele lui apare o tensiune electromotoare

Fotoelementul se comporta ca un generator de tensiune ce poate debita putere

Se realizeaza cu suprafata cat mai mare de expunere la lumina

Deoarece sursa luminoasa este de obicei soarele, fotoelementele se mai numesc baterii solare

3. Fototranzistorul

Definitie: Fototranzistorul este un dispozitiv optoelectronic format dintr-un tranzistor, al carui curent de colector este comandat de un flux luminos.

a. Simbol, aspect fizic si marcaj

Marcarea se face cu aceleasi litere ca la fotodioda, difera doar cifrele.

Fig.1.43 Fototranzistor - Simbol, configuratie terminale

Fig. 1.44 Fototranzistor - aspect fizic

b. Principiul de functionare

Deoarece comanda curentului de colector I_c revine fluxului luminos Ф, structura se realizeaza si fara electrodul baza

Fototranzistorul cu baza poate stabiliza PSF la variatiile de temperatura

Polarizarea se face ca la un tranzistor obisnuit

Tranzistorul se plaseaza intr-o capsula prevazuta cu o fereastra in care este montata o lentila pentru focalizarea fluxului luminos.

c. Parametri limita

Tensiunea maxima colector - emitor U_CEmax

Curentul de colector maxim I_Cmax

Puterea disipata maxima P_dmax

Sensibilitatea S = Ic / Ф

3. Dioda electroluminiscenta LED

Definitie: LED - ul este un dispozitiv fotoelectronic format dintr-o jonctiune pn polarizata direct, care emite lumina .

a. Simbol, aspect fizic

Fig 1.45 LED - simbol si aspect fizic

b. Principiu de functionare

LED - ul emite lumina cand este polarizat direct

Sunt realizate din compusi ai galiului cu elemente trivalente sau pentavalente

Culoarea este data de semiconductorul utilizat si de dopant

c. Parametri electrici

Sunt ca la diodele obisnuite:

I_Dmax ( I_Fmax ) - curentul maxim direct de ordinul mA

U_F - tensiunea de deschidere ,este intre 1,2 V si 3,2 V

U_invmax ( U_R ) - tensiunea inversa ce poate avea valori de cativa V

d. Polarizarea LED - ului

In curent continuu

Fig 1.46 a. LED - polarizarea in c.c.

In c.c., curentul prin dioda este limitat de rezistenta R, conectata in serie cu LED - ul

U = U_R + U_D

In curent alternativ

Fig. 1.47 a. LED - polarizare in c.a.

Alternanta negativa este suprimata cu o dioda rapida montata in antiparalel.

e. Utilizari

indicativ luminos

pentru obtinerea dispozitivelor de afisaj numerice, realizate cu sapte segmente ce contin cate un LED, asezate sub forma cifrei

LED - ul necesita o tensiune de alimentare de 1,6 V la 20 mA.

4.Optocuploare

Definitie: Optocuplorul este un ansamblu de doua dispozitive optoelectrice, un emitator de radiatie LED si un receptor de lumina (fotodioda, fototranzistor) amplasate in aceeasi incinta astfel ca radiatia emisa de LED sa comande fototranzistorul.

a. Simbol, aspect fizic

Fig. 1.48 Optocuplor - simbol si aspect fizic

b. Principiul de functionare

Semnalul optic este transmis intre cele doua componente prin aer, material plastic sau fibra optica

La polarizarea directa a LED-ului, lumina emisa ajunge la fototranzistor si il deschide, generand un curent in circuitul exterior.

c. Utilizari

Pentru transmiterea unei comenzi prin intermediul undei de lumina intre doua echipamente electrice fara legatura intre ele.

Se utilizeaza in locul transformatorului, asigurand o izolare electrica totala intre un circuit de intrare si unul de iesire.

Activitatea de invatare 1.7.1

Competenta

Identifica componente electronice

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

- sa identifici fotodioda dupa simbol simbolul

- sa precizezi modul de marcare al fotodiodei

- sa precizezi parametrii fotodiodei

Obiectivul: Aceasta activitate va va ajuta sa aprofundati si sa sintetizati informatiile referitoare la fotodiode

Enunt : Folosind surse diferite ( internet, manual, reviste de specialitate, fisa de documentare 1.7, etc.) obtineti informatii despre fotodiode si organizati-le dupa modelul urmator:

Activitatea de invatare 1.7.2

Competenta

Identifica componente electronice

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

- sa precizezi structura fotoelementului

- sa identifici elementele constructive ale fototranzistorului

- sa precizezi structura optocuplorului

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili:

sa caracterizati fotoelementul

sa caracterizati fototranzistorul

sa caracterizati optocuplorul

Enunt : Cercetati si aplicati!

Fiecare grupa trebuie sa se documenteze despre fotoelementul, fototranzistorul si optocuplorul, folosind materialul din fisa de documentare 1.7. Fiecare grupa trebuie sa completeze cate o linie.

Pentru acest lucru aveti la dispozitie 10 minute. Dupa ce ati devenit "experti" in subtema studiata, reorganizati grupele astfel incat in grupele nou formate sa existe cel putin o persoana din fiecare grupa initiala. Timp de 10 minute veti impartasi cu ceilalti colegi din grupa nou formata cunostintele acumulate la pasul anterior.

Activitatea de invatare 1.7.3

Competenta

Identifica componente electronice

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

- sa identifici componente electronice

- sa analizezi montaje cu componente analogice

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili sa identificati componentele electronice si sa executati montaje cu componente analogice

Enunt

In figura 1.7.1 se reprezinta polarizarea ledului in c.a.

Pornind de la figura 1.7.1, executati schema de mai jos folosind componentele electronice din figura 1.7.2

R