Контрольная работа по "Основам оптоэлектроники"

Задача № 1

Изобразить структуру фотоприемника. Изобразить ВАХ фото-приемника. Дать определение основным параметрам. Пояснить принцип работы фотоприемника

 Вариант 8 Фототиристор

Решение задачи № 1

Фототиристор- фотоприемный прибор, имеющий три или более p-n перехода, в ВАХ которого имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления.

 

Рисунок 1.1 Структура фототиристора.

Рисунок 1.2. ВАХ фототиристора освещаемого монохроматическим светом с различной мощностью излучения.

Принцип работы:

На рисунке 1.1  изображена структура  фототиристора с тремя p-n переходами. Крайние области такой структуры р и n называются эмиттерами, а примыкающие к ним переходы - эмиттерными, центральный переход называют коллекторным. Между переходами находятся базовые области (р и n). Электрод, обеспечивающий контакт с n-эмиттером, называют катодом, а с р - эмиттером - анодом.

Когда в структуре приложено прямое напряжение (рисунок 1.1). В статическом режиме по закону непрерывности тока можно записать для тока через коллекторный переход П₂:

I_П2 = ( I_Ко + I_Ф2 ) + ( I + I_Ф1 ) a ₁ + (I + I_Ф3 ) a ₂.

Из этого выражения получим:

I ( 1 - a ₁ - a ₂ ) = I_Ко+ I_{Ф1 a 1}+ I_Ф2+ I_{Ф3 a 2},

где I_Ф1, I_Ф2, I_Ф2 - фототоки, возникающие вследствие разделения соответствующим р-n переходом генерированных излучением носителей; a ₁, a ₂ - коэффициенты передачи по току транзисторных структур р₁ п₁ р₂ и п₂ р₂ п₁.

При отсутствии освещения, т.е. при I_Ф1=I_Ф2=I_Ф2=0 получим выражение для ВАХ тиристора в случае двухэлектродного (динисторного) включения, которое определяет темновую характеристику фототиристора. При освещении ток I, протекающий через структуру, определяется совместным действием фототоков I_Ф через переходы и собственным током коллекторного перехода I_Ко. Можно утверждать, что величина I_{Ф1 a 1}+ I_Ф2+ I_{Ф3 a 2}, которая изменяется с изменением уровня освещенности играет роль тока управления в обычном тиристоре, т.е. при воздействии потока излучения изменяется напряжение включения фототиристора.

Задача № 2

Определить длинноволновую границу  фотоэффекта λ _гр и фоточувствительность приемника. Изобразить вид спектральной характеристики фотоприемника и указать на ней λ_гр.

Вариант	Тип ПП материала	Квантовая эффектив-ность, ƞ	Ширина запрещен-ной зоны Δ W, эВ
1	Si	0,7	1,12

Решение задачи № 2

 

Задача №3 (проверить рис. 37)

Изобразить принципиальную схему  включения семисегментного полупроводникового индикатора. Описать принцип действия индикатора. Указать какой цифровой код и состояния выходов дешифратора соответствуют индикации цифры 8, соответствующей последней цифре Вашего (пароля). Результаты оформить в виде таблицы истинности (таб.3).

Решение задачи № 3

Рисунок 3.1. Принципиальная схема включения семисегментного полупроводникового индикатора

Принцип действия: В каждом сегменте (от А до G) содержится один светодиод, обозначенный на рис. 3.1  В этом светодиодном индикаторе катоды всех светодиодов соединены вместе и подключены к одному выводу индикатора (общему катоду). Анод каждого диода имеет внешний вывод для подключения к дешифратору.   Для того чтобы зажечь тот или иной сегмент индикатора, необходимо на соответствующий светодиод подать положительное (относительно общего катода) напряжение, вызывающее его свечение. Чтобы отобразить на индикаторе десятичное число, следует на соответствующие выводы светодиодов подать напряжение, которое определяет уровень лог. 1.

Дешифратор имеет информационный вход  и семь линий выхода, обозначенных как A-G, которые подключаются к соответствующим входам индикатора. Дешифратор преобразует двоичный код формата 1–2–4–8, поступающий на его вход ДКД , и формирует на выходах A-G  напряжение лог. 1, которое подается на соответствующие входы семисегментного индикатора.

 

№ варианта	Входной код				Сосотояние выходов дешифратора
	23	22	21	20	A	B	C	D	E	F	G
8	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

В первой строке в графе представлен двоичный код числа 8 (1–0–0–0), которому соответствуют напряжения высокого уровня (лог. 1) на всех выходах дешифратора. Такой комбинации сигналов на входе индикатора соответствует десятичное число 8, изображаемое с помощью светодиодов A-G.

Задача № 4

Изобразить схему включения  светодиода, с указанием полярности включения источника питания  U_пит и номинала ограничительного сопротивления R_огр . Рассчитать какую силу света обеспечивает светодиод, при заданных U_пит и R_огр. Определить длину волны соответствующую максимуму спектрального распределения. Исходные данные Вашего варианта указаны в табл. 4.

№ варианта	Тип светодиода	Напряжение питания Uпит, В	Номинал ограничительного сопротивления, Ом
1	АЛ316А	9	680

 

 

 

Решение задачи №4

1. Для того чтобы определить  какую силу света обеспечивает  светодиод, при заданных U_ПИТ и R_ОГР необходимо найти I_прСИД- Для этого построим линию нагрузки: при I_прСИД = 0 U_прСИД = U_ПИТ = 9 В,

при U_прСИД = 0 I_прСИД = U_ПИТ / R_ОГР = 9/680 = 13,2 мА.

Найдем I_прСИД при заданных U_ПИТ и R_ОГР:

I_прсид = (U_ПИТ - U_прСИД) / R_ОГР = (9 - 1,76) / 680 = 10,7 мА

2. По зависимости силы  света I₀ = F(I_прСИД) определим какую силу света обеспечивает светодиод

Сила света I₀ = 10,13 мкд.

З. По спектральной характеристике определить длину волны соответствующую  максимуму спектрального распределения.

А, = 0,67 мкм