Оптоэлектронные устройства

Оптоэлектроника — это исследование, разработка и производство аппаратного устройства, которое преобразует электрическую энергию в свет, а свет — в энергию с использованием полупроводников. Это связь между оптикой и электроникой. Оптоэлектронные устройства представляют собой специальные типы полупроводниковых устройств, которые способны преобразовывать световую энергию в электрическую или электрическую энергию в световую энергию. Для изготовления этого устройства используются твердые кристаллические минералы, которые тяжелее изоляторов, но легче металлов. Оптоэлектронное устройство представляет собой электрическое устройство, использующее свет. Эта технология используется во многих приложениях оптоэлектроники, в том числе в вооруженных силах, телекоммуникациях, автоматических системах контроля доступа и медицинском оборудовании.

Свойства оптоэлектронных устройств

• Такие устройства имеют большую длину волны.
• Их можно легко изготовить.
• Они рентабельны.
• Они имеют размер манометра.
• В таких устройствах используются мощные источники света.
• Оптоэлектронные переходные устройства представляют собой устройства с p-n переходом, в которых носители генерируются фотонами.

Некоторыми примерами оптоэлектронных устройств являются светоизлучающие диоды (LED), солнечные элементы и фотодиоды. Остановимся подробнее на этих устройствах.

Светоизлучающий диод (LED)

Светодиод состоит из сильно легированного диода с p-n переходом и используется в прямом смещении. Как мы знаем, p-сторона богата дырками, а n-сторона богата электронами. Таким образом, когда ток подается в прямом смещении, электроны с n-стороны диода движутся к p-стороне, которая имеет дырки. Комбинация 1 электрона и 1 дырки приводит к высвобождению фотона, который излучается в виде света, который мы видим в светодиодах.

Свойства светодиода

• Интенсивность света, излучаемого светодиодом, прямо пропорциональна величине тока, потому что при подаче большего тока будет высвобождаться больше фотонов, а интенсивность света будет больше.
• Цвет излучаемого света зависит от ширины запрещенной зоны (зазора между зоной проводимости и валентной зоной) полупроводника.
• Обратное напряжение пробоя для светодиода низкое.
• Светодиод может быть сформирован только с использованием составных полупроводников, таких как GaAs.

Символ светодиода

В физике светодиод можно представить с помощью следующего символа:

Преимущества светодиода

• Они прочные и не требуют обслуживания.
• У них быстрое время отклика.
• Они излучают монохроматический свет.
• Они требуют низкого рабочего напряжения и потребляют меньше энергии.

Солнечная батарея

Солнечная батарея — это электрическое устройство, которое преобразует световую энергию в электрическую. Это полупроводник с p-n-переходом, который генерирует электричество только тогда, когда энергия падающего света превышает его ширину запрещенной зоны.

Работа солнечной батареи

Работа солнечных батарей объясняется в статье ниже.

• Когда свет (фотоны) с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника, попадает в солнечный элемент, энергия фотонов передается ячейке.
• Энергия фотонов передается электронам в нижнем слое p-типа.
• За счет этой энергии электроны могут перейти в верхний слой, т.е. слой n-типа, а затем двигаться в цепь через металлические проводящие полоски.
• За счет движения электронов в цепи возникает ток.

Фотодиод

Это устройство, преобразующее световую энергию в электрическую. Он используется в условиях обратного смещения и обычно изготавливается из таких материалов, как кремний, германий и индий-галлий-арсенид.

Символ фотодиода

В физике фотодиод можно представить с помощью следующего символа:

Символ фотодиода такой же, как у светодиода, за исключением того факта, что стрелки указывают внутрь, что означает, что фотодиод поглощает световую энергию, тогда как светодиод излучает световую энергию.

Работа фотодиода

• Когда свет с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника, используемого в фотодиоде, падает на фотодиод, электронно-дырочные пары генерируются вблизи обедненной области диода с p-n-переходом.
• Эти электроны и дырки отделены друг от друга за счет электрического поля обедненной области и не рекомбинируют.
• Электроны движутся к n-стороне, а дырки движутся к p-стороне полупроводника.
• Благодаря этому движению наблюдается ЭДС.
• При подключении внешней нагрузки к фотодиоду можно наблюдать протекание тока в нагрузке.

Часто задаваемые вопросы об оптоэлектронных устройствах

Вопрос 1: Каковы реальные приложения оптоэлектронных устройств?

Решение:

LED, LASER, photodiode and solar cell are the real-life applications of optoelectronic devices.

Вопрос 2: Объясните фотоэлектрический эффект.

Решение:

The generation of voltage or electric current in a substance as a result of exposure to light is known as the photovoltaic effect, which is a physical and chemical process.

Вопрос 3: Почему мы используем фотодиод с обратным смещением?

Решение:

A photodiode that is reverse biassed has a wider depletion layer than one that is forward biassed, and it also has a little reverse current (dark current) flowing through it. Under reverse bias, a photodiode greatly increases the amount of incoming light that it converts to current relative to forward bias current.

Вопрос 4: От каких факторов зависит цвет света, излучаемого светодиодом?

Решение:

Light-emitting diodes, sometimes known as LEDs, are semiconductors that transform electrical energy into light energy. The type of semiconductor material affects the hue of the light that is emitting. UV, visible, and infrared are the three wavelengths into which LEDs may be categorised.

Вопрос 5: Различайте фотодиод и солнечный элемент.

Решение:

A photodiode cell works with an external bias while a solar cell doesn’t work with any external bias.

Вопрос 6: Каково значение типичного рабочего тока светодиода?

Решение:

The value of the typical operating current for a light-emitting diode is approximately 5 to 20 mA.

Связанные ресурсы

• EMF Formula
• Intrinsic Semiconductors and Extrinsic Semiconductors
• Transformer