2. Qaytargichlar, linzalar, filьtrlar va svetovodlar

3-ma’ruza. FOTOPRIYOMNIKLAR VA ULARNING ASOSIY XARAKTERISTIKALARI.

Reja: 1. Fotopriyomniklar asosiy turlari va ularning xarakteristikalari.

2. Qaytargichlar, linzalar, filьtrlar va svetovodlar.

Tayanch so‘zlar: Fotopriyomnik, linza, qaytargich, filьtrlar, svetovod. fotoeffektli,
fotoo‘tkazuvchanlik, fototranzistor, germaniy, kremniy, xarakteristika, fototok, turlari, volьt-amper xarakteristikasi.


1. Fotopriyomniklar asosiy turlari va ularning xarakteristikalari.

Svetodiodli qurilmalarda ham ichki fotoeffektli ham tashqi fotoeffektli fotopriyomnik qo‘llanishi mumkin. Svetodiodlar ishlatiladigan qurilmalarda asosan kichik xajmli va past to‘lqinli manba bo‘lganiligi uchun fotopriyomnikli fotodiodlar va fototranzistorlar ishlatiladi[7]. Fotorezistorlarda fotoo‘tkazuvchanlikni o‘zgarishi va ham toza, ham aralashmalar fotoo‘tkazuvchanligiga ega bo‘lgan yarim o‘tkazgichlar asosida tayyorlanadi.

Birinchi guruxga qo‘rg‘oshin (RbSe, RbS, RbTe) va indiy (InSb,InAs) aralashmalari asosida yaratilgan fotorezistorlar kiradi. Ikkinchi guruxga germaniy va kremniyga turli elementlar aralashmalari–oltin, qo‘rg‘oshin, simob, bo‘r, kadmiy, rux va hakazolar qo‘shilgan qorishmalar asosidagi fotorezistorlar kiradi.
Fotorezistorlarning asosiy xarakteristikasi volьt-amper xarakteristikalari hisoblanadi.
5.1-rasmda bir nechta fotorezistorlar uchun spektral xarakteristiklari keltirilgan.
Odatda, fotorezistorlar volьt-amper xarakteristikasi chiziqlidir.



5.1-rasm. a) SHaxsiy fotoo‘tkazuvchanlikli fotorezistorlarni spektral xarakteristikalari; b) Aralashmali fotoo‘tkazuvchanlikli fotorezistorlarni spektral xarakteristikalari.

Amaliyotdan ma’lumki umumiy barcha fotorezistorlar chiziqsiz lyuks-amper xarakteristikaga ega, uni qisqartirilgan holda quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi:

I_f=SI^.F_

bu erda: I_f-fototok; S-doimiy, material xususiyatlaridan aniqlanadigan kattalik; U-fotorezistorga qo‘yilgan kuchlanish; F –fotorezistorning sezuvchi qismiga tushayotgan nurlanish oqimi; ,  - nochiziqlilik koeffitsienti.

I_n fotorezistor orqali oqib o‘tayotgan to‘la tok quyidagi tenglamaga teng:
I_n= I_f+ I_t
bu erda: I_t - fotorezistor yoritilmagandagi oqib o‘tayotgan qorong‘ulik toki:

bu erda, R_t- qorong‘ulik qarshiligi.
Lyuks-ommik xarakteristikani quyidagicha izoxlanadi:

bu erda, R₀ –fotorezistorning yoritilganlikdagi qarshiligi.
Inersiyalanish, yuqorida aytib o‘tilganidek, fotopriyomniklarning kamchiliklaridan biri bo‘lib hisoblanadi, shunday ekan ko‘pchilik hollarda svetodiodli qurilmalarda impulьsli rejim ishlatiladi.
Inersiyalanish doimiy vaqtning o‘sishi _n va fototokning kamayuvchi kuchlanishda pasayishi _s bilan xarakterlanadi. Fotorezistorning tez harakatchanlik bo‘yicha tanlashda quyidagicha qabul qilingan, impulьsning doimiyligi vaqtning doimiy o‘suvchanligidan uch-to‘rt marta katta bo‘lishi kerak, shunday ekan shu vaqt ichida fototok o‘zining yuqori qiymatiga erishadi.
YUklama qarshiligini ma’lum formuladan keltirib chiqarish mumkin:

bu erda, R_K – qorong‘ulik qarshiligi; R_YO – yorug‘lik qarshiligi.
Fotodiodlar, fotorezistorlardan farqli holda, yarim o‘tkazgich plastikani tashkil qiladi, uning ichida quyidagi soxalar mavjud elektron (n-soxa) va teshik (r-soxa) o‘tkazuvchilar, n-r o‘tkazgichlarga bo‘lingan.
Fotodiodlarda ikki xil ish rejimi ajratiladi fotodiodli va fotogeneratorli. Fotodiodni yoritilganda va fotodiodli rejimda yordamchi tashuvchilar ajratiladi, toki oshadi, bu tokning ortishi asosiy tashuvchilar tokidan ma’lum darajada katta bo‘ladi, ya’ni yorug‘lik tokining qorong‘ilik tokiga munosabati fotodiodlarda ancha ortiq, fotorezistorlarda ham shunday munosabat bo‘ladi. Fotodiod orqali o‘tayotgan to‘la tok teskari siljishda quyidagiga teng:

bu erda, I_F – fototok, I_S –r-n o‘tish orqali teskari tok, D – koeffitsient, I – fotodiod kuchlanishi, fototok quyidagiga teng:

bu erda, S – fotodiodning integral tok sezgirligi.
Fotogeneratorli rejimda, ya’ni tashqi manbasiz, r-n o‘tishning vazifasi asosan yorug‘lik ta’sirida paydo bo‘luvchi zaryad tashuvchilarni ajratish (elektron va teshik), uning natijasida fotodiod foto EYUK ishlab chiqaradi.
Salt ishlash rejimida fotogeneratordagi kuchlanish nur oqimi logarifmiga proporsional, ya’ni,

Ta’kidlash kerakki, fotodiodning inersiyalanishi fotodiodli rejimga nisbatan fotogenerator rejimida ancha yuqoridir.
Fotodiodning spektral xarakteristikasi qanday fotodiodning qaysi material asosida tayyorlanishiga bog‘liq bo‘ladi. Ko‘pincha, fotodiodlar germaniy va kremniydan tayyorlanadi. Kremniyli fotodiodlar 0,80,9 mkm spektral xarakteristikaga ega bo‘lsa, germaniyli fotodiodlar maksimum 1,2 mkm gacha bo‘ladi.
Fototranzistorlar fototokni kuchaytirish xususiyatiga ega. Uchta ketma-ket soxalardan tashkil topgan elektron va teshikli o‘tkazuvchilar, sxemaga kiritish uchun chiqishlar bilan ta’minlangan, baza soxasiga yorug‘lik bilan ta’sir qilinadi. Inersion fotopriyomniklarni nurlanish impulьslarini qayd qilish uchun ham ishlatish mumkin. Buning uchun yuklama o‘rniga induktivlik qo‘shiladi. Haqiqatdan ham, tenglamadan kelib chiqqan holda yarim o‘tkazgichning o‘tkazish soxasidagi elektronlar sonining o‘zgarishi nurlanish ta’sirida, fotopriyomnik orqali tokning bog‘liqligi I_F(t) tushayotgan nurlanish intensivligidan F(t) quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi:



bunda U – fotopriyomnikka qo‘yilgan kuchlanish; g_T –o‘tkazuvchan-lik;  - doimiylik, _R –o‘tkazish zonasidagi elektronlar yashash vaqti.
Qisqa impulьslar uchun, impulьslar davomiyligi t_u<<_R, bo‘lganda:

ya’ni, fotopriyomnik orqali o‘tayotgan tok nurlanish intensivligi integralli funksiyasi bo‘lib hisoblanadi.
SHundan kelib chiqib, fototokni differensiallash orqali nurlanish intensivligiga proporsional signal olamiz. Xususiy holda, agar tok induktivlik orqali o‘tsa, induktivlikdagi kuchlanish U_chiq quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:

SHunday qilib, shu usulni qo‘llab, yoritish davomiyligi kam bo‘lgan fotopriyomnikidan optik nurlanishni qayd qilishda foydalanish mumkin.
YUqorida keltirilgan ma’lumotlardan xulosa qilib aytish mumkinki ikki to‘lqinli optoelektron qurilmalarda fotopriemnik sifatida fotorezistor ishlatish maqsadga muvofiqdir. Ikki to‘lqinli optoelektron qurilmalarda tanlangan fotopremnik xar ikkala to‘lqin uzunligidagi yorug‘liklarni bir xilda sezishi kerak shuning optoelektron qurilma uchun PbSe- yarim o‘tkazgichli fotorezistor SF4–3D mos keladi. SF4–3D fotorezistorining spektral xarakteristikasi 5.2 - rasmda keltirilgan. Uning konstruktiv sxemasi 5.3-rasmda keltirilgan.

5.2-rasm. SF4–3D fotorezistorining spektral xarakteristikasi.

5.3-rasm. SF4-1D fotorezistorining konstruksiyasi.

SF2-1 fotorezistori konstruktiv sxemasi 5.4.- rasmda keltirilgan. Spektral xarakteristikasi esa 5.5 - rasmda keltirilgan.

5.4-rasm. SF2-1 fotorezistorining konstruksiyasi.