Mūsdienu zinātne aktīvi attīstās dažādos virzienos, cenšoties aptvert visas iespējamās potenciāli noderīgās darbības jomas. No visa tā jāizceļ optoelektroniskās ierīces, kuras tiek izmantotas gan datu pārraides procesā, gan to uzglabāšanā vai apstrādē. Tos izmanto gandrīz visur, kur tiek izmantotas vairāk vai mazāk sarežģītas tehnoloģijas.
Kas tas ir?
Optoelektroniskās ierīces, kas pazīstamas arī kā optrones, ir īpašas pusvadītāju tipa ierīces, kas spēj raidīt un uztvert starojumu. Šos konstrukcijas elementus sauc par fotodetektoru un gaismas izstarotāju. Viņiem var būt dažādas iespējas sazināties vienam ar otru. Šādu izstrādājumu darbības princips ir balstīts uz elektrības pārvēršanu gaismā, kā arī šīs reakcijas apgriezto pusi. Rezultātā viena ierīce var nosūtīt noteiktu signālu, bet otra to saņem un "atšifrē". Optoelektroniskās ierīces tiek izmantotas:
- iekārtu sakaru vienības;
- mērīšanas ierīču ieejas ķēdes;
- augstsprieguma un lielas strāvas ķēdes;
- jaudīgi tiristori un triaki;
- releja ierīces uttnākamais.
Visus šādus produktus var klasificēt vairākās pamatgrupās atkarībā no to individuālajām sastāvdaļām, dizaina vai citiem faktoriem. Vairāk par to tālāk.
Emitētājs
Optoelektroniskās ierīces un ierīces ir aprīkotas ar signālu pārraides sistēmām. Tos sauc par emitētājiem, un atkarībā no veida produkti tiek sadalīti šādi:
- Lāzers un gaismas diodes. Šādi elementi ir vieni no daudzpusīgākajiem. Tiem ir raksturīga augsta efektivitāte, ļoti šaurs staru spektrs (šis parametrs ir zināms arī kā kvazihromatiskums), diezgan plašs darbības diapazons, saglabājot skaidru starojuma virzienu un ļoti lielu ātrumu. Ierīces ar šādiem emitētājiem darbojas ļoti ilgu laiku un ir ārkārtīgi uzticamas, tās ir maza izmēra un labi darbojas mikroelektronisko modeļu jomā.
- Elektroluminiscējošās šūnas. Šāds dizaina elements parāda ne pārāk augstu konversijas kvalitātes parametru un nedarbojas pārāk ilgi. Tajā pašā laikā ierīces ir ļoti grūti pārvaldīt. Tomēr tie ir vislabāk piemēroti fotorezistoriem, un tos var izmantot, lai izveidotu daudzelementu, daudzfunkcionālas struktūras. Tomēr to nepilnību dēļ tagad šāda veida izstarotājus izmanto diezgan reti, tikai tad, kad no tiem tiešām nevar iztikt.
- Neona lampas. Šo modeļu gaismas atdeve ir salīdzinoši zema, turklāt tie labi neiztur bojājumus un nekalpo ilgi. Atšķiras lielos izmēros. Tie tiek izmantoti ārkārtīgi reti, dažu veidu ierīcēs.
- Kvēlspuldzes. Šādus emitētājus izmanto tikai rezistoru iekārtās un nekur citur.
Tā rezultātā LED un lāzera modeļi ir optimāli piemēroti gandrīz visām darbības jomām, un tikai dažās jomās, kur citādi nav iespējams, tiek izmantotas citas iespējas.
Fotodetektors
Optoelektronisko ierīču klasifikācija tiek veikta arī pēc šīs konstrukcijas daļas veida. Kā uztveršanas elementu var izmantot dažāda veida produktus.
- Fototiristori, tranzistori un diodes. Visi no tiem pieder pie universālām ierīcēm, kas spēj strādāt ar atvērta tipa pāreju. Visbiežāk dizains ir balstīts uz silīciju, un tāpēc produkti iegūst diezgan plašu jutības diapazonu.
- Fotorezistori. Šī ir vienīgā alternatīva, kuras galvenā priekšrocība ir īpašumu maiņa ļoti sarežģītā veidā. Tas palīdz īstenot visu veidu matemātiskos modeļus. Diemžēl tieši fotorezistori ir inerciāli, kas būtiski sašaurina to pielietojuma jomu.
Starpstaru uztveršana ir viens no jebkuras šādas ierīces pamatelementiem. Tikai pēc tam, kad to varēs saņemt, sākas tālāka apstrāde, un tā nebūs iespējama, ja komunikācijas kvalitāte nebūs pietiekami augsta. Rezultātā liela uzmanība tiek pievērsta fotodetektora dizainam.
Optiskais kanāls
Izstrādājumu dizaina iezīmes var labi parādīt, izmantojot fotoelektronisko un optoelektronisko ierīču apzīmējumu sistēmu. Tas attiecas arī uz datu pārraides kanālu. Ir trīs galvenās iespējas:
- Pagarināts kanāls. Fotodetektors šādā modelī atrodas pietiekami tālu no optiskā kanāla, veidojot īpašu gaismas vadu. Tieši šī dizaina iespēja tiek aktīvi izmantota datortīklos aktīvai datu pārsūtīšanai.
- Slēgts kanāls. Šāda veida konstrukcijai tiek izmantota īpaša aizsardzība. Tas lieliski aizsargā kanālu no ārējām ietekmēm. Tiek izmantoti galvaniskās izolācijas sistēmas modeļi. Šī ir diezgan jauna un daudzsološa tehnoloģija, kas tagad tiek nepārtraukti pilnveidota un pakāpeniski aizstāj elektromagnētiskos relejus.
- Atvērt kanālu. Šis dizains nozīmē gaisa spraugas esamību starp fotodetektoru un emitētāju. Modeļi tiek izmantoti diagnostikas sistēmās vai dažādos sensoros.
Spektrālais diapazons
No šī indikatora viedokļa visu veidu optoelektroniskās ierīces var iedalīt divos veidos:
- Tuva diapazona. Viļņa garums šajā gadījumā svārstās no 0,8 līdz 1,2 mikroniem. Visbiežāk šāda sistēma tiek izmantota ierīcēs, kas izmanto atvērtu kanālu.
- Tāls attālums. Šeit viļņa garums jau ir 0,4-0,75 mikroni. Izmanto lielākajā daļā citu šāda veida produktu veidu.
Dizains
Pēc šī rādītāja optoelektroniskās ierīces iedala trīs grupās:
- Īpašs. Tas ietver ierīces, kas aprīkotas ar vairākiem izstarotājiem un fotodetektoriem, klātbūtnes, pozīcijas, dūmu sensoriem un tā tālāk.
- Integrāls. Šādos modeļos papildus tiek izmantotas īpašas loģiskās shēmas, komparatori, pastiprinātāji un citas ierīces. Cita starpā to izejas un ieejas ir galvaniski izolētas.
- Elementāri. Šī ir vienkāršākā produktu versija, kurā uztvērējs un izstarotājs ir tikai vienā eksemplārā. Tie var būt gan tiristori, gan tranzistori, diodes, pretestības un vispār jebkuri citi.
Ierīcēs var izmantot visas trīs grupas vai katru atsevišķi. Strukturālie elementi spēlē nozīmīgu lomu un tieši ietekmē produkta funkcionalitāti. Tajā pašā laikā sarežģītā iekārtā var izmantot arī visvienkāršākās, elementārās šķirnes, ja tas ir piemērots. Bet ir arī pretējais.
Optoelektroniskās ierīces un to lietojumprogrammas
No ierīču lietošanas viedokļa tās visas var iedalīt 4 kategorijās:
- Integrētās shēmas. Izmanto dažādās ierīcēs. Princips tiek izmantots starp dažādiem konstrukcijas elementiem, izmantojot atsevišķas daļas, kas ir izolētas viena no otras. Tas novērš komponentu mijiedarbību jebkādā citā veidā, izņemotizstrādātāja nodrošinātais.
- Izolācija. Šajā gadījumā tiek izmantoti īpaši optisko rezistoru pāri, to diodes, tiristoru vai tranzistoru šķirnes utt.
- Pārvērtības. Šis ir viens no visizplatītākajiem lietošanas gadījumiem. Tajā strāva tiek pārveidota gaismā un tiek pielietota šādā veidā. Vienkāršs piemērs ir visu veidu lampas.
- Apgrieztā transformācija. Šī ir pilnīgi pretēja versija, kurā tā ir gaisma, kas tiek pārveidota par strāvu. Izmanto, lai izveidotu visu veidu uztvērējus.
Patiesībā ir grūti iedomāties gandrīz jebkuru ierīci, kas darbojas ar elektrību un kurai trūkst kāda veida optoelektronisko komponentu. Tie var būt uzrādīti nelielā skaitā, taču tie joprojām būs klāt.
Rezultāti
Visas optoelektroniskās ierīces, tiristori, diodes, pusvadītāju ierīces ir dažāda veida iekārtu konstrukcijas elementi. Tie ļauj cilvēkam uztvert gaismu, pārraidīt informāciju, apstrādāt vai pat uzglabāt to.
