Qarshi muhandislik-iqtisodiyot instituti elektronika va avtomatika fakulteti texnologik jarayonlarni avtomatlashtirish va boshqaruv kafedrasi

Adabiyotlar

1. Alferov J. I. / / yarim o'tkazgichlarning fizikasi va texnikasi. 1998. T. 32. №1. P. 3-18.

   
   

2. Losev O. V. yarimo'tkazgich texnikasining kelib chiqishi: tanlangan ishlar. L., 1972.

   
   

3. Magyari B. optoelektronika va fotovoltaik avtomatika elementlari.

   
   

4. Nemenov L. L., Sominskiy M. S. yarim o'tkazgichlarning fizikasi va texnikasi asoslari.

   
   

5. Nosov Yu. R. Optoelektronika. Fizika asoslar, asboblar va qurilmalar.

   
   

14-AMALIY ISH


Fotodetektor_parameterlarini_hisoblash__Ishdan_maqsad:_Fotodetektor_parameterlarini_hisoblash_o’rganish'>Fotodetektor parameterlarini hisoblash
Ishdan maqsad: Fotodetektor parameterlarini hisoblash o’rganish

Fotodetektorlar deb nomlangan fotosensorlar, bor sensorlar ning yorug'lik yoki boshqa elektromagnit nurlanish.[1] Fotosurat detektorida p – n birikmasi yorug'lik fotonlarini oqimga aylantiradigan. Yutilgan fotonlar hosil qiladi elektron teshik juftlari ichida tükenme mintaqasi. Fotodiodlar va foto transistorlar - bu foto detektorlarining bir nechta namunalari. Quyosh xujayralari yutilgan yorug'lik energiyasining bir qismini elektr energiyasiga aylantirish.

Fotodetektor bu elektr signalini ishlab chiqaruvchi, bu qurilmaga tushadigan nurga bog'liq bo'ladi. Ya'ni, bu elektromagnit nurlanish ko'p yoki kamroq ta'sir qilganda, u talqin qilinishi mumkin bo'lgan u yoki bu signalni ishlab chiqaradi. Yoki harakatni yaratish yoki shunchaki bu nurlanish miqdorini o'lchash uchun.
Bu fotodetektorlarning ba'zilari effektga asoslangan bo'lib, ular quyidagilar bo'lishi mumkin: fotoelektrokimyoviy, fotoo'tkazgichli yoki fotoelektrik yoki fotovoltaik. Ikkinchisi eng keng tarqalganlardan biri bo'lib, unga elektromagnetik nurlanish tushganda, odatda, yorug'lik yoki UV nurida, bunday xususiyatlarga ega bo'lgan materialning elektronlar chiqarishidan iborat. Boshqacha qilib aytganda, ishlatilgan material yorug'lik energiyasining bir qismini elektr energiyasiga aylantira oladi.
Ba'zi ilg'or fotodetektorlar, masalan CCD va CMOS sensorlar Ular matritsani yaratish va video va tasvirlarni olish uchun bu turdagi miniatyuralangan detektorlarning matritsasiga ega, bu yanada rivojlangan evolyutsiya.



Turlari
Fotomissiya yoki fotoelektr effekti: Fotonlar elektronlarning o'tishiga olib keladi o'tkazuvchanlik diapazoni vakuumdagi yoki gazdagi elektronlarni bo'shatish uchun material.
Issiqlik: Fotonlar elektronlarning o'rta bo'shliqqa o'tishiga olib keladi, so'ngra pastki polosalarga parchalanib, induktsiya qiladi fonon avlod va shu tariqa issiqlik.
Polarizatsiya: Fotonlar mos materiallarning qutblanish holatida o'zgarishlarni keltirib chiqaradi, bu esa o'zgarishga olib kelishi mumkin sinish ko'rsatkichi yoki boshqa qutblanish effektlari.
Fotokimyoviy: Fotonlar materialning kimyoviy o'zgarishini keltirib chiqaradi.
Zaif shovqin effektlari: fotonlar foton tortishish kabi ikkinchi darajali ta'sirlarni keltirib chiqaradi[5][6] detektorlar yoki gaz bosimining o'zgarishi Golay hujayralari.
Fotodetektorlar turli xil konfiguratsiyalarda ishlatilishi mumkin. Yagona sensorlar umumiy yorug'lik darajasini aniqlashi mumkin. A-da bo'lgani kabi fotodetektorlarning 1-o'lchovli massivi spektrofotometr yoki a Chiziqli skaner, nurning chiziq bo'ylab tarqalishini o'lchash uchun ishlatilishi mumkin. Fotodetektorlarning 2-o'lchovli qatori sifatida ishlatilishi mumkin tasvir sensori oldidagi yorug'lik naqshidan tasvirlarni shakllantirish.
Fotodetektor yoki qator odatda yoritish oynasi bilan qoplanadi, ba'zida esa aks ettiruvchi qoplama.
Xususiyatlari
Shuningdek, bir qator ishlash ko'rsatkichlari mavjud xizmatlari ko'rsatkichlari, bu bilan fotodetektorlar tavsiflanadi va taqqoslanadi[2][3]

Spektral javob: Fotodetektorning reaktsiyasi foton chastotasi.

Kvant samaradorligi: Tashuvchilar soni (elektronlar yoki teshiklar) har bir fotonda hosil bo'ladi.
Mas'uliyat: Chiqish oqimi fotodetektorga tushadigan umumiy yorug'lik kuchiga bo'linadi.
Shovqinga teng quvvat: Ga teng keladigan signalni yaratish uchun zarur bo'lgan yorug'lik kuchining miqdori shovqin qurilmaning
Detektivlik: Detektor maydonining kvadrat ildizi shovqinga teng quvvatga bo'linadi.
Daromad: Fotodetektorning chiqish oqimi detektorlarga tushgan fotonlar tomonidan to'g'ridan-to'g'ri ishlab chiqarilgan oqimga bo'linadi, ya'ni o'rnatilgan. joriy daromad.
To'q oqim: Yorug'lik bo'lmagan taqdirda ham fotodetektor orqali o'tadigan oqim.
Javob vaqti: Fotodetektor uchun sarflanadigan vaqt oxirgi mahsulotning 10% dan 90% gacha.
Shovqin spektri: chastotaning ichki shovqin kuchlanishi yoki oqimi. Buni a shaklida ifodalash mumkin shovqin spektral zichligi.
Lineer bo'lmaganlik: chastotali chastotalar fotodetektorning chiziqli bo'lmaganligi bilan cheklangan
Qurilmalar
Mexanizm bo'yicha guruhlangan fotodetektorlarga quyidagi qurilmalar kiradi:

Fotomissiya yoki fotoelektrik

Gazli ionlashtiruvchi detektorlar eksperimental sifatida ishlatiladi zarralar fizikasi uchun etarli energiyaga ega fotonlar va zarralarni aniqlash ionlashtirmoq gaz atomlari yoki molekulalari. Ionlanish natijasida hosil bo'lgan elektronlar va ionlar oqim oqimini keltirib chiqaradi, uni o'lchash mumkin.
Fotomultaylovchi tarkibida a bo'lgan naychalar fotokatod chiqaradigan elektronlar yoritilganida elektronlar keyinchalik zanjiri bilan kuchaytiriladi dinodlar.
Fototubalar o'z ichiga olgan fotokatod chiqaradigan elektronlar yoritilganida, naycha tokiga mutanosib tok o'tkazadi yorug'lik intensivligi.
Mikrokanalli plastinka detektorlari elektronlarni ko'paytirish mexanizmi sifatida gözenekli shisha substratdan foydalaning. Ular yuqorida tavsiflangan fotokataytiruvchi singari fotokatod bilan birgalikda ishlatilishi mumkin, g'ovakli shisha substrat esa dinod bosqich
Yarimo'tkazgich
Faol pikselli sensorlar (APS) mavjud tasvir sensorlari. Odatda a qo'shimcha metall-oksid-yarim o'tkazgich (CMOS) jarayoni, shuningdek, CMOS tasvir sensori deb nomlanuvchi APS'lar odatda uyali telefon kameralarida, veb-kameralarda va boshqalarda ishlatiladi DSLRlar.
Kadmiy sinkli tellurid radiatsion detektorlar suyuq azotli sovutishni talab qiladigan ba'zi boshqa materiallardan (xususan germaniydan) farqli o'laroq, xona haroratida to'g'ridan-to'g'ri konversiyalash (yoki fotokonduktiv) rejimida ishlashi mumkin. Ularning nisbiy afzalliklari orasida Cd va Te ning yuqori atom sonlari tufayli rentgen nurlari va gamma nurlariga nisbatan yuqori sezuvchanlik va sintilator detektorlariga qaraganda yaxshiroq energiya aniqligi mavjud.
Zaryad bilan bog'langan qurilmalar (CCD) - bu tasvirni yozish uchun ishlatiladigan tasvir sensori astronomiya, raqamli fotosuratva raqamli kinematografiya. 1990-yillarga qadar, fotografik plitalar astronomiyada eng keng tarqalgan edi. Kabi keyingi astronomik asboblar avlodi Astro-E2, o'z ichiga oladi kriogen detektorlari.
HgCdTe infraqizil detektorlar. Aniqlanish etarli energiyaga ega infraqizil foton elektronni valentlik zanjiridan o'tkazuvchanlik zonasiga urganda paydo bo'ladi. Bunday elektron mos keladigan tashqi o'qiladigan integral mikrosxemalar (ROIC) tomonidan yig'ilib, elektr signaliga aylantiriladi. LEDlar fotodiodlar sifatida harakat qilish uchun teskari tomonga yo'naltirilgan. Qarang Fotodiodli yorug'lik sezgichlari sifatida LEDlar.
Fotorezistorlar yoki Yorug'likka bog'liq rezistorlar (LDR) o'zgaradi qarshilik ga binoan yorug'lik intensivligi. Odatda LDR-larning qarshiligi unga tushadigan yorug'lik intensivligining oshishi bilan kamayadi.
Fotodiodlar ishlaydigan bo'lishi mumkin fotoelektrik rejimi yoki elektr o'tkazuvchan rejimiю. Fotodiodlar tez-tez konvertatsiya qilish uchun kam shovqinli analog elektronika bilan birlashtiriladi fotosurat bo'lishi mumkin bo'lgan voltajga raqamlashtirilgan.[10][11]
Fototransistorlar, ular kuchaytiruvchi fotodiodlar kabi ishlaydi.
Pinlangan fotodiodlar, past bo'lgan fotodetektor tuzilishi kechikish, past shovqin, baland kvant samaradorligiva past quyuq oqim, aksariyat CCD va CMOS tasvir sensorlarida keng qo'llaniladi.[12]
Kvant nuqta fotokonduktorlar yoki fotodiodlar, ko'rinadigan va infraqizil spektral mintaqalardagi to'lqin uzunliklarini boshqarishi mumkin.
Yarimo'tkazgich detektorlari gamma va rentgen-spektrometriyada va zarrachalar detektori sifatida ishlaydi.[iqtibos kerak]
Silikon drift detektorlari (SDD) - rentgen spektrometriyasida (EDS) ishlatiladigan rentgen nurlanish detektorlari va elektron mikroskopi (EDX).[13]

Fotovoltaik

Fotovoltaik hujayralar yoki quyosh xujayralari ishlab chiqaradigan a Kuchlanish va etkazib berish elektr toki ularga quyosh nuri yoki ba'zi bir yorug'lik tushganda.

Issiqlik
Bolometrlar tushadigan elektromagnit nurlanish kuchini haroratga bog'liq bo'lgan elektr qarshiligi bo'lgan materialni isitish orqali o'lchash. A mikrobolometr a-da detektor sifatida ishlatiladigan bolometrning o'ziga xos turi termal kamera.

Kriyogen detektorlar yagona energiyasini o'lchash uchun etarlicha sezgir rentgenogramma, ko'rinadigan va infraqizil fotonlar.[14]
Pyroelektrik detektorlar fotonlarni ular yaratadigan issiqlik va pyroelektrik materiallarda hosil bo'lgan keyingi kuchlanish orqali aniqlash.
Termopillar elektromagnit nurlanishni issiqlik orqali aniqlang, so'ngra kuchlanish hosil qiling termojuftlar.
Golay hujayralari fotonlarni gaz bilan to'ldirilgan kamerada hosil bo'ladigan issiqlik bilan aniqlang, bu esa gazning kengayishiga va egiluvchan membranasining deformatsiyasini o'lchashga olib keladi.

Fotokimyoviy

Fotoreseptor hujayralari ichida retina nurni aniqlash, masalan, a rodopsin foton ta'siridagi kimyoviy kaskad.
Kabi kimyoviy detektorlar fotografik plitalar, unda a kumush galogenid molekula metall kumush atomiga va halogen atomiga bo'linadi. The fotografiya ishlab chiqaruvchisi qo'shni molekulalarning shu kabi bo'linishiga olib keladi.


Video detektori va foto detektori
Signal kabi xavfsizlik tizimlarida, albatta, siz ularning fotodetektorlari borligini eshitgansiz video detektorlar. Bunday hollarda, ular hamma narsani to'g'riligini tekshirish uchun yoki aks holda signallarni o'chirish yoki xavfsizlik kuchlariga xabar berish uchun tasvirni oladigan yoki kuzatiladigan hududda sodir bo'layotgan voqealarni videoga oladigan sensor turi.
Arduino va fotodetektorning integratsiyasi

Ushbu misolda men a dan foydalanaman qarshilik LDR plastinka bilan Arduino UNO yuqoridagi rasmda ko'rishingiz mumkin bo'lgan oddiy tarzda ulangan. Ko'rib turganingizdek, GND rezistoriga ulangan LEDni (siz uni boshqa komponent bilan almashtirishingiz mumkin) va boshqa pinni taxtaning chiqishlaridan biriga ulash kabi oddiy.

Qarshilik 1K bo'lishi mumkin
Boshqa tomondan, uchun fotosensor aloqasi, Arduino platasidan 5v quvvat manbai va uning boshqa uchi uchun analog kirishlardan biri ishlatiladi. Shunday qilib, yorug'lik bu LDR rezistoriga tushganda, uning analog kirish orqali olinadigan oqimi o'zgaradi va ba'zi funktsiyalarni ishlab chiqarish uchun talqin qilinishi mumkin.
Shunday qilib, siz juda oddiy foydalanish holatini ko'rishingiz mumkin eskiz kodi bilan dasturlash uchun zarur Arduino IDE:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

//Uso de un fotodetector en Arduino UNO #define pinLED 12 void setup() { pinMode(pinLED, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { int v = analogRead(A0); // El valor 500 debe ajustarse según la luz del ambiente donde lo vayas a usar // Con poca luz debe ser más pequeño, con mucha mayor. if (v < 500) digitalWrite(pinLED, HIGH); else digitalWrite(pinLED, LOW); Serial.println(v); }

Bu erda siz fotodetektor aniqlagan yorug'lik asosida LED qanday yonishini ko'rasiz. Albatta, siz erkinsiz bu kodni o'zgartiring kerakli loyihani ishlab chiqish uchun. Bu uning ishlashini yanada amaliy tarzda ko'rsatish uchun oddiy misol.
Fotodetektorni qayerdan sotib olish mumkin

Agar siz fotodetektorni sotib olishga qaror qilsangiz, ularni tanlashingiz mumkin tavsiyalar Bu deyarli barcha ehtiyojlarni qondira oladi:
15-AMALIY ISH