Elektronika va avtomatika

1.2.Optoelektron asboblar (OA)
OA larni ishi olishni elektron – foton jarayonlarioga asoslanagn shuningdek ularni uzatish va axborotlarni saqlashga.
Oddiy OA bo’lib optopara yoki optron hisoblanadi optronning ishlash tamoyili inversion muhitdagi (yorug’lik tashuvchini) va foto qabul qilgich nurlanish manbayidan tashkil topgan, elektr signalni optikga shundan keyin esa yana elektrikga aylanishiga asoslang.
Optronlar funksional asboblar kabi oddiy radio elementlardan quyidagi afzalliklarga egaliklari bilan farq qiladi: to’liq “kirish va chiqishni” galvanik ajratilishi (izolatsiya qarshiligi 10¹² – 10¹⁴ Оm dan oshadi);
Axborot uzatish kanalidagi absolyut xalaqitdan himoyalanganligi (axborot tashuvchilar bo’lib elektr jihatdan netral bo’lgan zarralar – fotonlar hisoblanadi);
Axborot oqimini bir tomonga yo’nalganligi, u yorug’likni tarqalishi yo’nalishi xususiyati bilan bog’liq;
Yo’lining kengligi optik tebranishlarni chastotasini yuqoriligi sababli, yetarli darajada tez ishlashi (nano sekund birliklarida);
Teshib o’tish kuchlanishini yuqoriligi (o’nlab kilovolt);
Shovqinlarni darajasini pastligi;
Yaxshi mexanik mustahkamligi;
Optron funksiyalarini bajarishi bo’yicha transformator (aloqa elementi rele oldidagi) (kalit bilan) solishitirish mumkin.
Optron asboblarida yarim o’tgazgichli nurlanish manbalaridan foydalaniladi А^III B^V, guruh materiallari birikmasidan tayyorlangan yorug'lik nurlovchi diodlar, ularni ishida eng istiqbollisi fosfid va galliy arsinidi hisoblanadi ularni nurlanish spektri ko'rinadigan va yaqin infra qizil nurlanishlar (0,5 – 0,98 mkm) doirasida yotadi. Galliy fosfodi asosidagi yorug’lik chiqaruvchi diodlar qizil va yashil rangli yorishishga ega. Kremniy karbitidan ishlangan svetodiodlar istiqbolli ular sariq rangda yorishadi va yuqori haroratlarda, namlik va faol muhitlarda ishlay oladi.
Ko’rinadigan diapozonda yorug’lik nurlaydigan svetodiodlar elektron soatlar va mikro kolkulatorlarda ishlatiladi.
Yorug’lik nurlovchi diodlar nurlanishni spektral tarkibi bilan ifodalanadi ular yetarlicha keng diagrammasining yo’nalishi bo’yicha; kvant effektivligi bu kattalik yorug’lik chiqaradigan kvantlar sonini p – n o’tish orqali o’tgan elektronlarni miqdoriga nisbati bilan aniqlanadi; quvvati (ko’rinmaydigan nurlanishlarda) va yorqinligi (ko’rinadigan nurlanishlarda); volt-amper lyumin-amper va vatt-amper xarakteriskalari; tez ishlashi (impulsli g’allayonlanishda elektrolyuminensiyani tez oshishi va kamayishi), ishchi harorat diapozoni bilan ifodalanadi. Ishchi harorat oshishi bilan svetodoidyorqinligi kamayadi va nurlanish quvvati ham kamayadi.
Ko’rinadigan diapozondagi yorug’lik nurlovchi diodlarni xarakteriskalari jadval 1, da infra qizil diapozondagisi esa jadval 2, da keltirilgan.
Jadval 1. Ko’rinadigan diapozondagi yorug’lik chiqaruvchi diodlarni asosiy xarakteriskalari

Diodni hili	yorqinligi kd/m^2, yoki yorug’lik kuchi mkkd	O’zgarmas tog’ri kuchlanish V	Yorishish rangi	O’zgarmas to’gri tok mA	Massa g
KL101 А – V AL102 А – G AL307 А – G	10 – 20 kd/m^2 40 – 250 mkkd 150 – 1500 mkkd	5,5 2,8 2,0 – 2,8	Sariq Qizil , yashil Qizil yashil	10 – 40 5 – 20 10 – 20		0,03 0,25 0,25

Yorug’lik nurlovchi diodlar OA larda inversion muhitdagi FQQ lar bilan bog’lanadi, ularga asosiy talab bo’lib signallarni kichik yo’qotish va buzulishlar bilan uzatish hisoblanadi. OA larda qattiq inversion muhitlarda foydalaniladi – polimer organik brikmalardan (optik yelim va laklardan), xalkogenik muhitlar va tolali yorug’lik tashuvchidan foydalaniladi. Optik kanalni nurlatgich va qabul qilgichlari orasidagi OA larni orasidagi optik kanalni uzunligiga bog’liq ravishda ularni optoparalarga (kanal uzunligi 100 – 300 mkm), opto izolyatorlarga (1 m gacha) va aloqani tolali optika linyalariga OTAL (o’nlab kilometrgacha) bo'lishi mumkin.

Jadval 2. Infra qizil diapozonda yorug’lik nurlovchi diodlarni asosiy xarakteriskalari

Diodni hili	Nurlanishni to’liq quvvati mVt	O’zgarmas to’g’ri kuchlanish V В	Nurlanishni to’lqin uzunligi mkm	Nurlanishni impulsini o’sish vaqti ns	Nurlanish impulsini tushish vaqti ns	Massa gr
AL103 A, B AL106 А – D AL107 А, Б AL108 А АL109 А АL115 А	0,6 – 1 (tok 50 mA bo’lganda) 0,2 – 1,5 (tok100 mА bo’lganda) 6 – 10 (tok 100 mА bo’lganda) 1,5 (tok100 mА bo’lganda) 0,2 (20 mА bo’lganda) 10 (tok 50 mА bo’lganda)	1,6 1,7 – 1,9 2 1,35 1,2 2,0	0,95 0,92 – 0,935 0,95 0,94 0,94 0,9 – 1	200 – 300 10 – 400 – 300	500 20 – 1000 – 500	0,1 0,5 0,2 0,15 0,006 0,2

OA larda ishlatiladigan FQQ larga nurlanishni spektral xarakteriskalari muvofiqlashtirish bo’yicha talablar qo’yiladi, yorug’lik signalini elektrga aylantirishda yo’qotishlar minimum bo’lishi, foto sezgirlik tez ishlash, foto sezgir yuzani o’lchami ishonchliligi va shovqin darajasiga.

Optronlar uchun eng istiqbolli ichki foto effektli FQQ lar, qachonki materiallar ichidagi elektronlarni fotonlar bilan o’zaro ta’siri ma’lum fizik xossalariga ko’ra bu materiallarni kristall panjaralari hajmida elektronlarni o’tishiga olib keladi.
Ichki fotoeffekt ikkiyoqlama namoyon bo’ladi: FQQ ni yorug’lik ta’sirida qarshiligini o’zgarishi (fotorezistorlarda) yoki foto EYUK ni ikki materialni bo’linish chegarasida – yarimo’tgazgich – yarimo’tgazgich, metal – yarim o’tgazgich (vintelli fotoelementlar fotodiodlar fotorezistorlar) paydo bo’lishida.
Ichki fotoeffektli FQQ lar p – n o’tishli MDYAO’ – strukturali, Shottki to’sig’ili, fotodiodlarga, fotorezistorlarga, ichki kuchaytirishga ega bo’lgan FQQ larga (fototranzistorlar tarkibli fototranzistorlar maydon fototranzistorlari va fototiristorga) bo’linadi.
Fotodiodlar kremniy va germaniy asosida yasaladi kremniyni spektral maksimal sezgirligi 0,8 mkm germaniyniki esa 1,8 mkm gacha. Ular p – n o’tishni teskari silchishida ishlaydi bu esa ularni tez ishlashini stabilligini va xarakteriskasini chiziqliligini oshirish imkonini beradi.
OA larda FQQ sifatida ko’pincha turli murakkablikga ega bo’lgan p – i – n strukturali fotodiodlardan foydalanadi bu yerda i – yuqori elektr maydoni qashshoqlashgan sohasi. Bu sohani qalinligini o’zgartirib tez ishlash va sezgirlik bo’yicha kichik sig’im va tashuvchilarni uchib o’tish vaqti hisobiga yaxshi xarakteriskalarni olish mumkin.
Oshirilgan sezgirlik va tez ishlashga oqimli fotodiodlar ega bo’ladi ular zaryad tashuvchilarni ko’payishida foto tokni kuchayishidan foydalanishadi. Ammo bu fotodiodlarda harorat diapozonida parametrlarni stabilligi yetarli emas va ular yuqori kuchlanishli ta’minot manbalarini talab qiladi. Foydalanish uchun to’lqin uzunligini ma’lum diapozonlarida Shottki to’sig’ili va MDYAO’ strukturali fotodiodlardan foydalanish istiqbolli hisoblanadi.
Fotorezistorlarni asosan birikmalar asosidagi (kamiyni oltin gugurt va seroy bilan) yarim kristalli yarim o’tgazgichli plyonkalardan asosan tayyorlashadi fotorezistorlarni maksimal spektral sezgirligi 0,5 – 0,7 mkm. Fotorezistorlar qoidaga ko’ra yoritilganlik past bo’lganda qo’llaniladi; sezgirligiga ko’ra ularni foto elektron kuchaytirishlar bilan solishtirish mumkin – tashqi fotoeffektli asboblar bilan, ammo past voltli ta’minotni talab qiladi. Fotorezistorlarni kamchiligi bo’lib sekin ishlashi va shovqinlarnin yuqori darajasi hisoblanadi.
Eng ko’p tarqalgan ichki kuchaytirishga ega bo’lgan FQQ bo’lib fototristorlar va fototranzistorlar hisoblanadi. Fototranzistorlar fotodiodlardan segirroq ammo ularni tez ishlashi kamroq. FQQ ni sezgirligini kattaroq oshirish uchun tarkibiy fototranzistordan foydalaniladi ular fot va kuchaytiruvchi tranzistorlarni birligidan iborat ammo ularni tez ishlashi uncha baland emas.
Optronlarda FQQ sifatida fototristordan (uchta p – n o’tishli yarimo’tgazgichli asbob, yoritilgan ulab uziladi) foydalanish mumkin u yuqori sezgirlik va chiqish signalini kattarog’iga ega ammo tez ishlashi yetarli emas optron hillarini ko’pligi FQQ larni asosiy hossalari va xarakteriskalari bilan ifodalanadi. Optronni asosiy qo’llanishlardan biri raqamli va analog signallarni uzatuvchilar va qabul qilgichlarni effektiv galvanik ajralishidir. Bunday holatda optronni o’zgartirish yoki signallarni uzib ulash rejimlarida foydalanish mumkin. Optron mumkin bo’lgan kirish signali (boshqaruv toki), tokni uzatish koeffitsienti tez ishlashi (uzib ulanish vaqti) va iste’molchilk xususiyati bilan ifodalanadi.
Tokni uzatish koeffisentini uzib ulanish vaqtiga nisbati optronni asilliligi deyiladi va fotodiodlilar uchun 10⁵ – 10⁶ va fototranzistorli optronlar uchun tashkil qiladi. Fototristor asosidagi optronlardan keng foydalaniladi. Fotorezistordagi optronlar vaqt va harorat stabilligini past ekanligi sababli keng tarqalishga erishmadilar bazi optronlarni sxemalari rasm 12, a – g da keltirilgan.

Kogerent nurlanish manbayi sifatida yuqori stabillikga yaxshi energetik xarakteristika va effektivlikga ega bo’lgan lazerlardan foydalaniladi. Optoelektronikda kompakt qurilmalarni loyihalash uchun yarim o’tgazgichli lazerlardan – lazerli diodlardan foydalaniladi ular masalan tolali optika aloqa linyalarida ananaviy aloqa uzatish linyalari – kabelli va simlar bilan birgalikda qo’llaniladi. Ular yuqori o’tgazish xususiyatiga ega (o’tgazish yo’lining kengligi gigo gers birliklarida), elektromagnit xalaqitlarini ta’siriga chidamli, kichik massa va gabaritlarga, kirishdan chiqishga to’liq elektr izolatsiyasiga ega bo’lishi, yong’in va portlash xavfsizligiga ega bo’lishi kerak. OTAL ni alohidaligida maxsus tolali optika kabelidan foydalanish hisoblanadi uning struktuurasi rasm 5, da ko’rsatilgan. Bunay kabellarni sanoat namunalari 1 – 3 dB/km va undan kamroq so'nishga ega. OTAL lardan telefon va hisoblash tarmoqlarini, tasvirni yuqori sifat bilan uzatadigan kabelli televideniya tizimlarini qurishda foydalaniladi. Bu linyalar bir vaqtni o’zida o’nlab ming telefon gaplashuvlari va televideniyani bir necha dasturini uzatish imkonini beradi.

Keying vaqtlarda optic integrall sxemalar (OIS) ishlab chiqilmoqda va tarqalmoqda, ularni har bir elementlari kerakli materiallardan asosga cho’ktirib shakllantirilmoqda.
Optoelektronikada istiqbolli asboblardan suyuq kristall asosidagi asboblar hisoblanadi, ulardan elektron soatlarda indikator sifatida keng foydalanilmoqda. Suyuq kristallar kristall xossasiga ega bo’lgan organik moddalardan (suyuqlikdan) iborat bo’lib ular kristall faza va suyuqlik orasidagi o’tish holatida bo’ladi.
Suyuq kristalli indikatorlar yuqori ruhsat etish imkoniyatiga ega, nisbatan arzon, kichik quvvatni iste’mol qiladi va yoritilganlikni yuqori darajalarda ham ishlaydi.
Suyuq kristallar monokristallarga o’xshagan xossalari bilan (nematiklar) juda ko’p marta yorug’lik indikatorlarida va optik xotira qurilmalarida ishlatiladi. Qizish vaqtida rangini o’zgartiruvchi (hollisteriklar) suyuq kristallar ishlab chiqilgan va keng foydalanilmoqda. Suyuq kristallarni boshqa hillari (simmetriklar) axborotni termo optik yozilishida qo’llaniladi.
OA lar nisbatan yaqinda ishlab chiqilganlar fan va texnikani turli sohalarida keng tarqalishga erishdilar o’zlarining ajoyib xossalari sababli ularni ko’pchiligi vaakum va yarim o’tgazgich texnikasida o’xshashiga ega emas. Ammo yechilmagan muammolar ham mavjud yangi materiallarni ishlab chiqish bilan bog’liq bo’lgan bu asboblarni elektr va ishlatish xarakteriskalarini yaxshilash va ularni tayyorlashni yangi texnologiyalarini rivojlanishi bilan bog’liq bo’lgan.

2.