3-амалий машғулот Толали оптик алоқа тизимларида қўлланиладиган

3-амалий машғулот
Толали оптик алоқа тизимларида қўлланиладиган
фотоқабулқилгичларнинг асосий параметрларини ҳисоблаш

	Оптик алоқа тизимларида қўлланиладиган фотоқабулқилгичлар
	Фотоқабулқилгичларнинг иш принципи, характеристика ва параметрларини ўрганиш, уларни ҳисоблаш усулларини Ўзлаштириш.

Топшириқнинг мазмуни


1. Қуйидаги саволларга ёзма равишда жавоб беринг:

1.1. Оптик сигналларни қабул қилувчи модулнинг вазифаси ва тузилишини

тушунтиринг.
1.2. Оптик сигналларни қабул қилувчи модулда қўлланиладиган
фотоқабулқилгичларга қандай талаблар қўйилади?
1.3. Фотоқабулқилгичлар қандай материаллардан тайёрланади?
1.4. Оптик алоқа тизимларида фотоқабулқилгичнинг қандай турларидан
фойдаланилади?
1.5. Фотодиоднинг вольт-ампер характеристикалари оиласини тафсивланг.
Уни қандай миқдорий муносабат билан ифодалаш мумкин.
1.6. Фотодиоднинг энергетик характеристикасини тафсивланг.
1.7. Фотодиоднинг спектрал характеристикасини тафсивланг.
1.8. Фотодиоднинг тезкорлиги қандай омиллар билан белгиланади? Уларни
тафсивланг. Фотодиоднинг чегаравий частотасига таъриф беринг ва
уни аниқлаш усулини тафсивланг.
1.9. Фотодиоднинг квант самарадорлиги коэффициентига таъриф беринг.
1.10. Фотодиоднинг сезгирлик параметрларига таъриф беринг. Ушбу
параметрларнинг қиймати қайси омиллар билан белгиланади?
1.11. Фотодиоднинг қандай турлари мавжуд? Уларга қисқача тафсив беринг.
1.12. p – i – n фотодиодининг тузилиши ва иш принципини тафсивланг. Бу
турдаги фотодиоднинг афзалликлари нимада?
1.13. Кўчкили фотодиоднинг тузилиши ва иш принципини тафсивланг. Бу
турдаги фотодиоднинг афзаллик ва камчиликлари нимада?
1.14. Кўчкили фотодиоднинг вольт – ампер характеристикасини тафсивланг.
Уни қандай миқдорий муносабат билан ифодалаш мумкин?
1.15. Кўчкили фотодиоднинг сезгирлиги қандай муносабат билан
аниқланади?
1.16. Фототранзисторнинг тузилиши ва иш принципини тушунтиринг.
1.17. Фототранзисторнинг вольт-ампер характеристиклари оиласини
тафсивланг.
1.18. Фототранзисторнинг сезгирлиги қандай муносабат билан аниқланади?
1.19. Фототранзисторнинг афзаллик ва камчиликлари нимада?
1.20. p-i-n фотодиоди, кўчкили фотодиод ҳамда фототранзисторларга уларни
толали оптик алоқа тизимларида қўллаш нуқтаи назаридан қиёсий
тафсив беринг.


2. Ўзингизга тегишли вариант (n) бўйича фотодиоднинг қуйидаги жадвалнинг 2-9 устунларида келтирилган параметрлари бўйича унинг охирги устунида кўрсатилган параметрлари қийматларини аниқланг.

3-жадвал

n	Pнурл mВТ	W^ё^мм.э.с эВ	Nф,	æ			М	Iф, mkA	Қийматлари аниқланадиган параметрлар
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	-	1,46	1,4∙10^15	0,2	0,8	0,7	-	-	, , Рнурл, Iф, S, W^фдм.э.с
2	0,42	-	2,8∙10^15	0,3	0,7	0,8	-	-	W^ё^мм.э.с, , , Рнурл, Iф, S, W^фдм.э.с
3	0,54	0,8	-	0,2	0,8	0,7	-	-	, , Nф, Iф, S, Wм.э.с
4	1,3	1,46	-	-	0,8	0,7	-	894	, , Nф, æ, S, W^фд м.э.с
5	0,46	1,46	-	0,3	-	0,7	-	224	, , , , S, W^фд м.э.с
6	0,54	-	4,2∙10^15	0,2	-		-	672	W^ё^мм.э.с ,, ,S, W^фдм.э.с
7	1,49	0,93	-	0,2	0,7	0,8	-	717	, , Nф, S, М, W^фд м.э.с
8	6,4	-	5∙10^16	0,2	0,7	0,8	1000	3,14	Wм.э.c , , , Iф, S, W^фдм.э.с
9	-	1,46	10^14	0,2	0,7	0,8	10^4	-	, , Рнурл, Iф, S, М, W^фд м.э.с
10	0,117	1,46	-	0,2	0,7	0,8	5∙10^4	-	, , Nф , Iф, S, W^фд м.э.с

3-жадвални тузишда қуйидаги белгилашлардан фойдаланилган: æ – фотодиод сиртининг ёруғлик нурини қайтариш коэффициенти;  – фотодиодда содир бўладиган фотоэлектрик ўзгаришларнинг самарадорлигини ифодаловчи катталик (квант самарадорлиги);  – фотодиод сиртига тушган ёруғлик нурланишининг унинг хажмида ютилган улушини кўрсатувчи, сон қиймати бирдан кичик бўлган ўлчамсиз катталик; М – асосий заряд ташувчиларнинг кўчкисимон кўпайишини ифодаловчи коэффициент; I_ф – фотодиод орқали оқиб ўтадиган фототок; S_ - фотодиоднинг спектрал сезгирлиги; W^ём_м.э.с ва W^фд _м.э.с – мос равишда ёруғлик манбаи ва фотодиод тайёрланган ярим ўтказгич материали ман этилган энергетик соҳаларининг кенглиги.

3- топшириқнинг 2-бандини бажариш бўйича кўрсатмалар

1. Ёруғлик нурланиши таъсирида фотодиодда ҳосил бўладиган фототок қуйидаги муносабат билан аниқланади:

I_ф=q(1-æ)α N_ф =q(1-æ) αP_нурл/h, (3.1)

бу ерда q – электрон заряди, q = 1,6*10^-19 Кл;

æ - фотодиоднинг ёруғликка сезгир сирти юзасининг қайтариш коэффициенти;
α – фотодиод сиртига тушган ёруғлик нурланишининг унинг ҳажмида ютилган улушини кўрсатувчи, сон қиймати бирдан кичик бўлган ўлчамсиз катталик;
 - фотодиодда содир бўладиган фотоэлектрик ўзгаришларнинг самарадорлигини ифодаловчи катталик. Квант самарадорлиги деб аталадиган бу катталик фотодиод сиртига тушган битта фотон хисобига ҳосил бўладиган электрон – ковак жуфтларининг ўртача сонини кўрсатади:

=N_{э – к}/N_{ф .} (3.2)

Фотодиодда ютилган фотонлар таъсирида ҳосил бўлган электрон-ковак жуфтларининг барчаси ҳам ҳажмий заряд соҳасига етиб келолмаслигини ва фототок ҳосил бўлишида иштирок этмаслигини эътиборга олинса, бу катталикнинг сон қиймати 1 дан кичик бўлади (юқори сифатли кремнийли фотодиоднинг квант самарадорлиги 0,8 га етиши мумкин).

N_ф = Р_нурл/h - фотодиод сиртига вақт бирлиги ичида тушаётган фотонлар сони;
Р_нурл- фотодиод сиртига тушаётган нурланишнинг қуввати;
h - фотонлар энергияси;
h – Планк доимийси, 6,62 10^-34 Джс;
- ёруғлик частотаси.

2. Фотоқабулқилгичларнинг, жумладан, фотодиоднинг ток бўйича сезгирлиги қуйидаги муносабат билан аниқланади:

. (3.3)

Бу катталик фотодиод орқали оқиб ўтадиган токнинг (унинг асосий қисмини фототок ташкил этади) фотодиод сиртига тушаётган ёруғлик қувватига нисбатини кўрсатади.

Фотоқабулқилгич (фотодиод) нинг интеграл сезгирлиги
(3.3)

ва спектрал сезгирлиги

(3.3) ни фарқлайдилар.
(3.1) ифодани эътиборга олсак, фотодиоднинг спектрал сезгирлиги учун қуйидаги муносабатга келамиз:
. (3.4)
=С₀/ эканлигини ҳисобга олсак ва тўлқин узунлиги  ни мкм ларда ўлчасак, бу ифодани қуйидаги кўринишда ёзиш мумкин:


(3.4)

(3.4) ифодадан кўринадики, фотодиоднинг спектрал сезгирлиги æ, α ва  катталикларининг қийматига боғлиқ. æ- катталикнинг қиймати қанчалик кичик ҳамда α ва  катталикларнинг қийматлари қанчалик катта бўлса, фотодиоднинг сезгирлиги шунчалик катта бўлади.
Ушбу ифодадан, биринчи қарашда ёруғликнинг тўлқин узунлиги  ни ошириш йўли билан сезгирлик қийматини исталганча ошириш мумкиндек кўринади. Бироқ фотонлар энергияси

h ≥ W ^фд_м.э.с (3.5)

муносабатни қаноатлантириш зарурлигини эътиборга олсак (бу ифодада W^фд _м.э.с – фотодиод тайёрланган ярим ўтказгич ман этилган энергетик соҳасининг кенглиги) тўлқин узунлигининг қиймати

(3.5)

уй ҳарорати шароитида кремнийли фотодиод учун (W^фд_м.э.с =1,12 эВ) ~ 1,1 мкм, германийли фотодиод учун (W^фд_м.э.с =0,72 эВ) ~ 1,72 мкм, InGaAsP ярим ўтказгичли фотодиод учун (W^фд_м.э.с=0,8 эВ) ~ 1,55 мкм қиймат билан чекланганлиги маълум бўлади.

3. Ёруғлик манбатидан тарқалаётган ва оптик тола бўйлаб фотоқабулқилигич сиртига тушаётган нурланиш қувватининг ўртача қиймати қуйидаги миқдорий муносабат билан аниқланади:

(3.6)

4. Ёруғлик нураланиши фотоқабулқилгич - фотодиод сиртига тушиб, унда электрон ковак жуфтларини генерациялаши ва фототок ҳосил қилиши учун унинг тарқибидаги фотонлар энергияси қуйидаги шартни қаноатлантириш зарур:

. (3.7)

Агар ёруғлик манбаи учун

муносабат ўринли эканлигини эътиборга олсак, фотоқабулқилгичнинг ёруғлик манбаи билан спектрал жиҳатдан мувофиқлигини ифодаловчи (3.7) муносабат қуйидаги кўринишни олади:

W^фд_м.э.с  W^ЁМ_м.э.с. (3.8)

3- топшириқнинг 2-бандини бажариш бўйича мисол келтирамиз:

Ёруғлик манбаи – ёруғлик диоди ёки лазер диоди ҳамда фотодиодни тафсивловчи қуйидаги параметрлар берилган бўлсин:

; ; æ=0,2;  = 0,8; =0,7
Фотодиод сиртига тушаётган ёруғлик нурланишининг ва фотодиоднинг қуйидаги параметрларини аниқланг.

W^ЁМ_м.э.с =?; =?; =?; I_ф=? S_ =?; ΔW^ФД_м.э.с.=?

Масаланинг ечими:

3.1. Ёруғлик манбаининг нурланиш қуввати учун ўринли бўлган (3.6) миқдорий муносабатдан фойдаланиб, нурланиш таркибидаги фотонлар энергиясини аниқлаймиз:




3.2. миқдорий муносабатдан фойдаланиб, ёруғлик манбаи тайёрланган ярим ўтказгич материали ман этилган энергетик соҳасининг кенглигини, нурланиш частотасини ва тўлқин узунлигини аниқлаймиз:

,


,


.

3.3. (3.1) миқдорий муносабатдан фойдаланиб, фотодиоддан оқиб ўтадиган фототок қийматини аниқлаймиз:

.

3.4. (3.3) миқдорий муносабатдан фойдаланиб, фотодиоднинг спектрал сезгирлигини аниқлаймиз:

.
3.5. (3.8) миқдорий муносабатдан фойдаланиб, фотодиод ман этилган энергетик соҳасининг кенглиги қуйидаги муносабатни қаноатлантирадиган ярим ўтказгич материалидан тайёрланиши кераклигини аниқлаймиз:

<W^ЁМ_м.э.с, яьни W^фд_м.э.с<0.8 эВ.
4-топшириқни бажариш бўйича кўрсатма

1.1.-1.7 бандлар бўйича. Ўқув материали, [2] нинг 95-100 бетларида, [6] нинг 103-112 бетларида, [7]нинг 186-190 бетларида баён этилган.

1.8-1.12 бандлар бўйича. Ўқув материали [2] нинг 100-107 бетларида, [6] нинг 209-211 бетларида, [8]нинг 13-18 бетларида баён этилган.
1.13-1.18 бандлар бўйича. Ўқув материали [7] нинг 45 ва 146-177 бетларида баён этилган.
1.17 банд бўйича [2] нинг 33-44, 37 бетларида баён этилган.