15-laboratoriya ishi optoelektron asboblar va qurilmalar ishlashini o‘rganish ishdan maqsad

15-LABORATORIYA ISHI
OPTOELEKTRON ASBOBLAR VA QURILMALAR ISHLASHINI O‘RGANISH

1. 
   ISHDAN MAQSAD
   

Svetodiod, fototranzistor, ustunli indikator va svetodiodlar chizg‘ichlarini sinovdan o‘tkazish va ishlash prinsiplari (tamoyillari) bilan tanishish.

2. 
   UMUMIY MA’LUMOTLAR
   

Yarim o‘tkazgichli optoelektron asbobning ishlash tamoyili optik diapazonda ma’lumotlarni uzatish, qayta ishlash yoki tasvirlash uchun elektromagnit nurlanishlardan foydalanishga asoslangan. Nokogerrent optoelektronikaning asboblari oilasiga nurlanuvchi svetodiod, raqamli-harfli indikatorlar (displeylar), rezistorli, diodli, tranzistorli, tiristorli opto-juftliklar va optoelektron integral mikrosxemalar kiradi.

Opto-juftlik asbobi deb, orasida optik bog‘lanish mavjud bo‘lgan, hamda elektr jihatdan izolatsiya bilan ta’minlangan nurlanuvchi va foto-qabul qilgichli
elementlardan tuzilgan asbobga aytiladi. Rezistorli Opto-juftlikda foto-qabul qilgich elementi sifatida fotorezistor (9.1, a-rasm),

diodli, tranzistorli va tiristorli opto-juftliklarda esa  mos ravishda fotodiod, fototranzistor va fototiristorlar qo‘llaniladi (9.2, b-g-rasm).

Optoelektron integral mikrosxemalarda alohida uzellar (tugunlar) yoki komponentlar orasidagi optik bog‘lanish ularni bir-biridan izolatsiya qilish (galvanik jihatdan ajratish, galvanik ajratma) maqsadida amalga oshiriladi. Bunday IMS larda o‘zida gibrid modullarini namoyon qiladigan komparatorlar, hisoblagichlar, deshifratorlar va indikatorlar, hamda nurlatgich (nur tarqatgich) lar va foto-qabul qilgichlardan tashqari foto-qabul qilgichdan olingan signalni qayta ishlaydigan qurilma, signal darajasi, ishga tushish, tez ishlash ko’rsatkichlari bo‘yicha opto-elektron qurilmani mantiqiy IMS bilan moslashtirish qurilmasi ham mavjud bo‘ladi.

MS10 dasturiy muhit kutubxonasi tarkibiga quyidagi optoelektron asboblar kiradi:

• 
  turli rangdagi svetodiodlar, shu jumladan ikki xil rangda nur taratadigan svetodiodlar;
  
• 
  tranzistorli opto-juftlik va gibrid mikrosxemalar;
  
• 
  7- va 16-segmentli diodli displeylar;
  
• 
  chiziqli shkalalar (o‘nta erkin svetodiodlardan,shu jumladan analog-raqamli o‘zgartirgich (ARO‘) da qurilgan chizg‘ichlar) va displeylar.
  

Svetodiodlar – bu elektr energiyasini bevosita nokogerrent yorug‘lik nurlanishi energiyasiga aylantirish uchun mo‘ljallangan nurlanuvchi (nur chiqaruvchi) yarim o‘tkazgichli asboblar (indikatorlar) dir.
Svetodiodlarni ishga tushishi asosida elektr energiyasini to‘lqinlar uzunligi 0,45...0,68 mkm ni tashkil etadigan, spektri to‘liq yoki qisman ko‘rinish sohasida yotadigan elektromagnit nurlanishlarga aylantirish yotadi. Svetodiod tuzulmasi o‘zida p-n-o‘tishni aks ettirib, ikki o‘tish sohasidan bir necha millimetr masofadan to‘g‘ri tok oqib o‘tganida injektlangan (issiqlik, yorug‘lik va boshqa omillar natijasida uchib chiqqan (bug’langan)) elektron va g‘ovaklarning rekombinatsiyasi (elektron va g‘ovaklarni qayta tartiblanishi) hosil bo‘ladi, lekin injektrlangan elektronlarning yorug‘lik energiyasiga eng samarador o‘zgarishi bazali r-oralig‘ida sodir bo‘ladi.
Energiyaning maksimal qiymati, rekombinatsiya jarayonida ajralib chiqishi mumkin bo‘lib, berilgan yarim o‘tkazgichning taqiqlangan zona kengligiga teng bo‘ladi. Taqiqlangan zona kengligi 1,8 eV dan kichik bo‘lgan yarim o‘tkazgichli materiallarda 0,7 mkm dan ko‘proq uzunlikka ega bo‘lgan nurlanishlar hosil bo‘lishi mumkin bo‘lib, ular ko‘rinuvchi yorug‘lik to‘lqinlarining uzunliklar diapozoni chegarasidan tashqarida yotadi. Shuning uchun seriyali svetodiodlarni ishlab chiqarishda qo‘llaniladigan asosiy yarim o‘tkazgich materiallar galiy fosfidi (GaP), GaAsP, GaAlP qattiq aralashmalari va 2 eV dan ortiq bo‘lgan taqiqlangan zona kengligiga ega bo‘lgan kremniy karbidi (SiC) hisoblanadi.



9.2-rasm

Svetodiodning muhim xususiyatidan biri ravshanlik tavsifidir V(Ipr), bu yerda B – yorug‘lik ravshanligi, bunda chiziqli uchastka qo‘llaniladi (9.3, a-rasm). To‘g‘ri va teskari kuchlanish 2…3 V (Uobr_.max  5 V) bo‘lganida seriyali svetodiodlardagi nominal tok I_to’g’ = 2…20 mA ga teng.

Turli rangdagi svetodiodlar, tasvirlanuvchi qurilmalarda yorug‘lik nurini sochuvchi hamma asboblar kabi ma’lumotlarni vizual tasvirilash uchun ishlatiladi. O‘zgaruvchan rangli nurlanishli svetodiodlar korpusida ikkita yorug‘lik nurini sochuvchi p-n – o‘tish mavjud bo‘ladi, ulardan biri keskin ifoda etilgan maksimal spektral tavsifdagi qizil yo‘lakchada, ikkinchisi esa – yashil yo‘lakchada. p-n-o‘tishlar birgalikda ishlaganidagi svetodiodning nurlanish rangi ushbu o‘tishlar orqali o‘tgan toklarning nisbatiga bog‘liq bo‘ladi. Ular elektron zanjirlarda tok rejimlari o‘zgarishi indikatorlari (tok rejimlari o‘zgarishini qayd etuvchi indikatorlar) sifatida xizmat qilishi mumkin.
Svetodiod bir satr afzalliklarga ega: kichik gabaritlar, kam kuchlanish manbayi, turli nurlanish ranglari to‘plami, uzoq muddat ishlashi va shu kabilar. Shuning uchun ulardan ulash (yoqish), ishlashga tayyorgarlik, blokdagi kuchlanish mavjudligi, uzel va boshqa sxemalardagi buzilish holatlarida xabar berish indikatsiya sxemalarida foydalaniladi va elektrli ko‘rsatkichlari bo‘yicha yarim o‘tkazgichli asboblar va mikrosxemalar bilan yaxshi bog‘lanadi. Dasturiy muhit kutubxonasiga oid diodlar kuchlanishining to‘g‘ridan-to‘g‘ri tushuvi 1,5 V ga teng, ammo svetodiod modellaridagi ichki qarshilik nolga teng deb qabul qilingan.
Amaliy maqsadlarda foydalanilganda svetodiodlar ko‘pincha o‘nta elementlardan tuzilgan yagona to‘plamga biriktirib, chiziqli shkala yoki erkin svetodiodlar chizg‘ichi hosil qilinadi.
Fotodiod – bu p-n-o‘tishga ega bo‘lgan yarim o‘tkazgichli asbob bo‘lib, teskari tok F yoritilishiga bog‘liq bo‘ladi (9.3, b-rasm). p-n-o‘tishida yoki unga tutashgan yarim o‘tkazgichli kristall sohalari chegaralarida yorug‘lik kvantlari yutilishi yutilishi natijasida yangi zaryad tashuvchilar hosil bo‘ladi (elektron-g‘ovak juftligi), shuning uchun fotodiod orqali o‘tadigan teskari tok (fototok) yoritilish paytida o‘sib boradi. F yorug‘lik oqimini ko‘payishi bilan o‘tish qarshiligi kamayadi (9.3, v-rasm). Ushbu hodisalarda foydalaniladigan asboblar fotorezistorlar deb ataladi, bir vaqtda fototokni kuchaytirish imkoniga ega bo‘lgan va yorug‘lik oqimida nurlanish samaradorligida ta’sirlanuvchi tranzistor va tiristorlarni esa fototranzistor va fototiristor deb ataladi.
Diodli optronlar – bu optik jihatdan o‘zaro bog‘langan optronli juftlik (svetodiodni boshqaruvchi va fotodioddan nur qabul qiluvchi) elementlardan tashkil topgan asbobdir va elektr, hamda optik funksional o‘zgarishlarni bajarish uchun mo‘ljallangan. 15, g-rasmda to‘g‘ridan-to‘g‘ri ichki optik aloqali diodli optron sxemasi tasvirlangan. Svetodiod orqali o‘tayotgan kirish toki I_kir ning o‘zgarishi uning nurlanish ravshanligini o‘zgarishi va fotodiod qarshiligi kamayishi, hamda optron orqali chiqadigan I_chiq tokini mos ravishda oshishiga olib keladigan fotodiodning yoritilishi o‘zgarishi bilan davom etadi. (9.3, d-rasm).
Bunday optronning muhim xususiyatlaridan biri asbobning chiqishidan kirishiga bo‘lgan teskari elektr aloqani oldini oladigan, qurilmaning kirish va chiqishini elektr jihatdan to‘liq ajratish hisoblanadi.
Alfavit-raqamli 7- va 16-segmentli displeylar va turli rangdagi mantiqiy sinovchi qurilmalardan raqamli qurilmani modellashtirishda keng foydalaniladi. Mantiqiy sinovchi qurilmalarning 2,5 V li ishga tushish kuchlanishi TTL-seriyali (5 V ta’minot manbaiga ega) raqamli IMS mantiqiy “1” signalining minimal qiymatiaga mos keladi. Mantiqiy sinovchi qurilmalar tokni iste’mol qilmaydi, shuning uchun ular sxemani ishga tushurishga ta’sir ko‘rsatmaydi.
Dasturiy muhit kutubxonasiga oid, kelayotgan kodlarni deshifrlamaydigan (kodlarni shifrsizlantirmaydigan) ustunli indikator o‘zida svetodiodlar to‘plamiga o‘xshab ketadigan o‘nta bir xil dioddan iborat to‘plamni namoyon qiladi, biroq u svetodiodlar to‘plamidan bir satr ko‘rsatkichlari bilan farqlanadi. Birinchidan, diodlar ichki qarshilikka ega, ikkinchidan, ular 5 mA tokni talab qiladi, buni esa sxemani loyihalashtirishda hisobga olishga to‘g‘ri keladi. 1,5 V ga to‘g‘ridan-to‘g‘ri kuchlanish tushuvi mavjud bo‘lmagan holdagina tok har bir dioddan ikki yo‘nalishda ham o‘tishi mumkin, bu esa svetodiodlarning o‘ziga xos hususiyati hisoblanadi. Biroq har bir diod 500 Om ichki qarshilikka ega va pastki mos keluvchi chizig‘i asbobda yoritilmaydigan tokning chegaraviy qiymati (5 mA) bilan tavsiflanadi. Asbobning dialogli darchasida diodning qarshiligi qanday o‘lchangan bo‘lsa, chegaraviy tokni ham shunday o‘lchash mumkin bo‘ladi.
MS10 dasturiy muhit kutubxonasida shuningdek, bir analog kirishga ega bo‘lgan analogli ustunli indikator joylashtirilgan. O‘rnatilgan mantiqiy sxemalar mavjudligi sababli indikator analogli signalni o‘nta raqamli signallarga o‘zgartiradi, bular esa o‘z displeyida ustun darajasida tasvirlanadi.