Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Optoelektronika opticko-elektrické převodníky - fotorezistor, fotodioda, fototranzistor, solární články, optron Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Optoelektronika opticko-elektrické převodníky - fotorezistor, fotodioda, fototranzistor, solární články, optron Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)"— Transkript prezentace:

1 Optoelektronika opticko-elektrické převodníky - fotorezistor, fotodioda, fototranzistor, solární články, optron Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

2 Opticko-elektrické převodníky  fotodetektor x převodník → není to úplně stejné  fotodetektor – důležitá citlivost  převod světelného záření na el. signál  záření působí na vodivost – fotorezistor, fototranzistor, fototyristor  převodník – důležitá účinnost  vytváří fotoelektrické napětí – fotodioda, solární články Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

3 Fotorezistor (Photoresistor)  není přímo převodník – pouze detektor  dvojpól – velikost odporu se mění s osvětlením  závisí na šířce zakázaného pásu a vlnové délce fotonu  foton prochází – není pohlcen  foton předává energii  excitace elektronů z valenčního pásu do vodivostního  změna koncentrace nosičů  změna koncentrace nosičů – změna vodivosti Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

4 Fotorezistor  světlem vybuzené nosiče – nerovnovážné  rekombinace nosičů po ukončení působení světla  významná změna vodivosti způsobená světlem G – generace (koncentrace nosičů za jednotku doby) – souvisí s intenzitou dopadajícího záření  – doba života (jak dlouho vydrží v excitovaném stavu)  – činitel jakosti fotocitlivých polovodičů

5 Fotorezistor Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

6 Fotorezistor Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

7 Fotorezistor  fotoelektrický zisk – důležitý konstrukční parametr  U – napětí na elektrodách  L – vzdálenost elektrod Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

8 Fotorezistor  požadavky  nekonečný odpor pro E=0 lx (tma) – minimální proud (I=0)  vysoká pohyblivost – velký činitel jakosti  realita  konečný odpor pro E=0 lx – protéká proud  ztráta citlivosti  použité materiály – monokrystaly a polykrystaly  skupina II.A a VI. B – CdS, CdSe, ZnS, PbO infračervené detektory → větší vlnová délka → E g = 0,6 eV Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

9 Fotodioda (Photodiode)  polovodičová součástka založena na PN přechodu  skutečný opticko-elektrický převodník  energie fotonu větší než energie zakázaného pásu  elektron bude excitován energií fotonu  vznik páru elektron-díra vlivem absorbce světelného kvanta  vnitřní fotojev  vznik pouze lokálního páru elektron-díra – nedochází k rekombinaci  oddělení nosičů PN přechodem  generované elektrony přechází do N  generované díry přecházejí do P  polarita na PN přechodu – lze odebírat energii – chová se jako zdroj  typ N – mínus  typ P - plus Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

10 Fotodioda  V-A charakteristika  usměrňovací dioda – I. a III. kvadrant – vždy jako spotřebič  fotodioda – I. a III. kvadrant – spotřebič + IV. kvadrant – zdroj Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

11 Fotodioda  IV. kvadrant – výkon záporný  zdroj fotoelektromotorického napětí  difúze většinových nosičů přes PN přechod – snížení potenciálové bariéry (difúzní napětí) o hodnotu fotoelektromotorického napětí  vznik nové dynamické rovnováhy – tzv. hradlový režim Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

12 Fotodioda  IV. kvadrant  připojeným odporem prochází proud  optimalizace zatěžovacího odporu – největší možný výkon  aplikace – solární články Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

13 Fotodioda  optimální výkon – lze zvolit zatěžovacím odporem  odebíraný výkon - maximální  příkon  účinnost Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

14 Fotodioda  III. kvadrant – odporový režim (pasivní režim)  odporová fotodioda  fotodetektor – detekce světla  proud za tmy (E=0 lx) – dán sytným proudem  fotodioda nižší proud než fotoodpor  tvoří tzv. pozadí – určuje citlivost detekce  čím menší proud za tmy, tím lepší citlivost Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

15 Fototranzistor (Phototransistor)  dopad světla do oblasti báze, emitoru nebo kolektoru  vznik páru elektron-díra  nosiče odděleny PN přechody  zvýšení emitorového i kolektorového proudu  lze použít každý tranzistor – mechanická konstrukce musí umožnit dopad světla na příslušnou oblast Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

16 Fototranzistor Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

17 Fototranzistor  zapojení SK – nízký výstupní odpor  v praxi se příliš nepoužívají – vhodnější zapojení fotodiody a tranzistorového zesilovače Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

18 Solární (fotovoltaické) články  princip objeven 1839 – E. Becquerel  fotovoltaický efekt 1877 na selenu – W. G. Adams a R. E. Day  solární článek Fritts  křemíkový solární článek 1941 – R. S. Ohl  současná podoba solárního článku 1954 – Pearson, Chapin, Fuller (Bell Laboratories)  největší problém - účinnost  1883 – 1%; ,5 %; 6%; 2008 – cca 30% (závisí na typu) Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

19 Solární články (Solar Cells)  zpracování okamžité světelné energie  vznik pomocí termonukleární reakce  uvolnění energie sloučením – rozdíl proti štěpení jádra  chemické reakce  energie získaná přeměnou ztracené hmoty  ztráta hmoty při sloučení Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

20 Solární články Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

21 Solární články  výkon vyzářen do plochy – hustota výkonu  dopadající výkon na povrch Země – velice nízká hodnota  výkon snížen o ztráty v atmosféře  cca 300 W/m 2 - absorbce  cca 100 W/m 2 - rozptyl  velice malá hustota výkonu – závisí na průhlednosti atmosféry  články vyráběny z křemíku  není vhodný materiál – minimální energie 1,12 eV → vlnová délka 1,1  m  je dobře technologicky zvládnutý  křemík nezachycuje celé viditelné spektrum – max. 1,1  m R – vzdálenost Země od slunce (cca 150 mil. km)

22 Solární články  princip činnosti – fotodioda ve IV. kvadrantu  nutná excitace elektronů  vznik páru elektron-díra  hromadění elektronů – nemohou přecházet přes PN přechod – vznik elektrického potenciálu  elektrický potenciál – 0,5 - 0,6 V na jeden článek Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

23 Solární články Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

24 Solární články  konstrukce  2 vrstvy krystalického Si – vytvoření PN přechodu  1. vrstva – Si sycen fosforem – typ N  2. vrstva – na Si vrstva Ag nebo Al – průnik do vrstvy Si – typ P Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

25 Solární články  výroba  křemíková technologie  tlustovrstvá technologie – Si plátky, vytvořen PN přechod – fotodioda (monokrystal, polykrystal) – 85% článků na trhu,  účinnost – 15 % (komerčně používané články), 30 až 40% (výzkum)  tenkovrstvá technologie – tenká vrstva Si na nosném podkladu, vytvořen PN přechod, lacinější výroba,  účinnost – 9%  nekřemíková technologie  organické sloučeniny, polymery – výzkum  malá účinnost – 4,5% Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

26 Optron  základem optronová dvojice  zdroj světla  fotodetektor  elektro-optický a opticko-elektrický převodník  dvojbran  vstup – zdroj světla  výstup - fotodetektor  galvanicky oddělené součástky  ztráta možnosti využít mag. vazbu  základní součástka optoelektronických obvodů a systémů Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

27 Optron  zdroj světla  luminiscenční dioda  laserová dioda  fotodetektor  fotorezistor – nutný přídavný zdroj napětí  fotodioda  fototranzistor  fototyristor  použití – galvanické oddělení obvodů  galvanické oddělení vstupu a výstupu  styk vysokofrekvenčních a nízkofrekvenčních obvodů  styk obvodů s výrazně odlišnými napěťovými hladinami Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

28 Optron  přenos signálu  elektrický signál → optický signál → elektrický signál  změna na vstupu (napětí, proud) – změna intenzity záření  změna na výstupu – změna velikosti odporu, napětí, proudu  proudový přenosový činitel CTR (Current Transfer Ratio) Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

29 Optron  přímá optická vazba  zpětná vazba  optron s elektrooptickou vazbou  elektrická vazba mezi součástkami optronu  kladná zpětná vazba – snížení odporu fotodetektoru vede na zvýšení intenzity záření  záporná zpětná vazba – snížení odporu fotodetektoru vede ke snížení intenzity záření Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

30 Další typy O-E převodníků  fotonka – vakuová elektronka  foton vyráží z fotokatody elektrony (fotoelektrony)  vnější fotojev  proud – určen počtem vyražených elektronů, souvisí s intenzitou světla  energie fotoelektronu závisí na vlnové délce, nezávisí na intenzitě světla  energetická rovnice pro vnější fotojev (Einsteinova rovnice) příkon výstupní energie elektronu kinetická energie fotonu Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

31 Další typy O-E převodníků  fotonásobič (photomultiplier)  vnější fotojev + sekundární emise elektronů  dynody – sekundární emise elektronů > 1  dochází k lavinovému násobení – neustálé vyrážení elektronů  základ snímacích elektronek a obrazovek   = 5 a počet dynod = 9 → zisk fotonásobiče 5 9 – cca kinetická energie primárního elektronu výstupní energie počet elektronů vyražených primárním elektronem kinetická energie sekundárních elektronů

32 Fotonásobič  skleněná baňka s vakuem  fotokatoda – dostatečná energie záření k vyražení elektronu  dynody – různý potenciál k urychlení elektronů  anoda Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

33 Fotonásobič  parametry  plocha a tvar elektrod  spektrální charakteristika citlivosti  zisk  citlivost fotokatody, anody  anodový proud za tmy  doba průletu fotoelektronu  doba náběhu impulzu  max. anodové napětí a proud  použití  detekce slabého světelného záření s velkým odstupem signál/šum  astronomie Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

34 Děkuji za pozornost Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)


Stáhnout ppt "Optoelektronika opticko-elektrické převodníky - fotorezistor, fotodioda, fototranzistor, solární články, optron Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)"

Podobné prezentace


Reklamy Google