Ўзбекистон алоқа ва ахборотлаштириш агентлиги

Ishning maqsadi: Optronlar ishlashini va parametrlarini o‘lchash uslublarini o‘rganish.


1. Qisqacha nazariy ma’lumotlar.
Optronlar – funksional elektronikaning zamonaviy yo‘nalishlaridan biri – optoelektronikaning asosiy struktura elementi hisoblanadi.
Eng sodda diodli optron (15.1. a – rasm) uchta elementdan tashkil topgan: fotonurlatgich 1, nur o‘tkazgich 2 va foto qabul qilgich 3 bo‘lib, yorug‘lik nuri tushmaydigan germetik korpusga joylashtirilgan. Kirishga elektr signali berilsa fotonurlatgich qo’zg‘otiladi. Yorug‘lik nuri nur o‘tkazgich orqali foto qabul qilgichga tushadi va undan chiqishda elektr signali yuzaga keladi. Optronning asosiy xususiyati shundaki, undagi elementlar o’zaro nur orqali bog‘langan bo‘lib, kirish bilan chiqishlar esa elektr jihatdan bir – biridan ajratilgan. Shu xususiyatidan kelib chiqqan holda, yuqori kuchlanishli va past kuchlanishli zanjirlar bir – biri bilan oson muvofiqlashtiriladi. Diodli optronning shartli belgisi 15.1. b – rasmda, uning konstruksiyasi esa 15.1. v – rasmda keltirilgan.

a)	b) v)
15.1-rasm. Diodli optron (a), uning shartli belgisi (b) va konstruksiyasi (v).

Bu yerda 1,2 – fotodiodning r va n sohalari; 3,4 – yorug‘lik diodining n va r sohalari; 5 – selen shisha asosidagi nur o‘tkazgich; 6,7 – yorug‘lik diodi kontaktlari; 8,9 – fotodiod kontaktlari.
Yorug‘lik signallarini elektr signaliga aylantirishda asosan fotodiodlar qo‘llaniladi (xuddi shunday fotorezistorlar, fototranzistorlar va fototiristorlar ham).
Fotodiod oddiy n-r o‘tish bo‘lib, ko‘p hollarda kremniy yoki germaniydan yasaladi. Undagi teskari tok yorug‘lik nuri tushishi natijasida yuzaga kelayotgan zaryad tashuvchilar generasiyasi tezligi bilan aniqlanadi. Bu hodisa ichki fotoeffekt deb yuritiladi.
Fotodiodni qo‘llash bo‘yicha ikkita rejim mavjud: tashqi manbasiz – ventilli yoki fotovoltaik va tashqi manbali – fotodiodili rejim. Tashqi manbasiz yorug‘lik nurini elektr energiyasiga aylantiruvchi fotodiodlar ventilli fotoelementlar deb ataladi. Foto elektr yurituvchi kuch U_f ning yuzaga kelishi yorug‘lik bilan generasiyalangan elektron – kovak juftlarining n-r o‘tish orqali ajratilishi bilan bog‘liq. Foto EYuK U_f kattaligi optik signal darajasi R_F va yuklama qarshiligi qiymatiga bog‘liq bo‘ladi. Ventilli fotoelementning chiqish xarakteristikasi 9.2 – rasmda keltirilgan.

15.2-rasm. Fotoelement yuklama VAXi.

15.3-rasm. Berilgan yuklama qarshiligi qiymatida signal kuchlanishi Uf ning fotodiod (1) va ventil element (2) uchun optik nurlanish quvvati Rf ga bog‘liqliklari.

Fotodiod rejimida tashqi kuchlanish manbai hisobiga fototok i_f ventil elementning qisqa tutashuv tokiga taxminan teng bo‘ladi, fototok hisobiga biror yuklama qarshiligida sodir bo‘ladigan kuchlanish pasayishi U_f esa katta bo‘ladi. Bir xil yuklama qarshiligi qiymatida signal kuchlanishi U_f ning fotodiod (1) va ventil element (2) uchun optik nurlanish quvvati R_f ga bog‘liqliklari 15.3 – rasmda keltirilgan. Fotoelektr o‘zgartirish samaradorligi volt – vatt S_U=U_f/R_f hamda amper – vatt S_i=I_f/R_f (sezgirlik) bilan ifodalanadi.

Fotodiodlarning avfzalligi yana shundaki, yorug‘lik xarakteristikalari I_f, U_f=f(R_f) chiziqli ko‘rinishga ega, bu esa ularni optik aloqa liniyalarida qo‘llash imkoniyatini yaratadi. Ventil elementlar asosan energiya o‘zgartgichlar (quyosh batareyalari) sifatida ishlatiladi.
Yorug‘lik nuri orqali tokni boshqarishni bipolyar tranzistorlar yordamida ham amalga oshirish mumkin. Ularda baza tokining kuchayishi tufayli, fotodiodlarga nisbatan sezgirlik yuqori bo‘ladi. Fototranzistor bazasidagi zaryad tashuvchilarning optik generasiyasi bazaga tashqi manbadan zaryad tashuvchilar kiritilishiga ekvivalentdir. Natijada, tranzistor fototoki fotodiodga nisbatan  martaga kuchaytiriladi. Bu yerda  -fotortranzistor baza tokining statik kuchaytirish koeffisiyenti.

15.4-rasm. Chiqish signali vaqt diagrammasi.
Optron inersionligi yorug‘lik diodi va nur qabul qilgichdagi jarayonlar bilan bog‘liq bo‘lib, uning yordamida aniqlanadi (15.4 - rasm).
Diodli optronning quyidagi asosiy parametrlarini ko‘rsatish mumkin:

• 
  maksimal kirish toki I_{kir max};
  
• 
  maksimal kirish kuchlanishi U_{kir max};
  
• 
  maksimal chiqish teskari kuchlanish U_{chiq.tesk. max};
  
• 
  berilgan tokka mos keluvchi o‘zgarmas kirish kuchlanishi U_kir;
  
• 
  chiqishdagi teskari qorong‘ulik toki I_{chiq tesk. k};
  
• 
  chiqish signalining ortib borish t_ort. va kamayib borish t_kam. vaqtlari (berilgan diodli optron chiqishidagi signal o‘zining maksimal qiymatidan 0.1÷0.9 va 0.9÷0.1 oraliqlarda o‘zgaradi) (15.4 - rasm);
  
• 
  tok bo‘yicha uzatish koeffisiyenti K_I – chiqish toki o‘zgarishining kirish tokiga nisbati K_I = (I_chiq-I_chiq.tesk.q.)/I_kir.
  

15.5-rasm. RS 817 mikrosxemasining tashqi ko‘rinishi va ichki tuzilishi (sokolovkasi).
Laboratoriyada o‘lchanadigan diod-tranzistorli optron RS817 mikrosxemasining tashqi va ichki ko‘rinishi 15.5- rasmda tasvirlangan bo‘lib, bunda RS817 mikrosxema 4 ta oyoqchadan iborat. Ular:
1 – anod (+);
2 – katod (-);
3 – kollektor (+);
4 – emitter (-).
Barcha RS 817 seriyali mikrosxemasining elektro – optik xarakteristikalari deyarli bir xil. Muhit temperaturasi +25 °C atrofida bo‘lishini hisobga olgan holda ular 15.1 – jadvalda keltirilgan.
RS 817 mikrosxemasining elektro – optik xarakteristikalari
15.1 – jadval.

Parametrlar		Belgi-lanishi		Qiymati	Min	Turi	Max	Birligi
Kirish	To‘g‘ri kuchlanish	VF		IF=20mA	-	1.2	1.4	V
	Yuqori to‘g‘ri kuchlanish	VFM		IFM=0.5mA	-	-	3.0	V
	Teskari tok	IR		VR=4V	-	-	10	A
	Yuklama sig‘imi	CT		V=0, f=1kHz	-	30	250	pF
Chiqish	Kollektor toki yopilishi	ICEO		VCE=20V	-	-	10^-7	A
Uzatish xarakteristikasi	Tok bo‘yicha o’zatish koyeffisiyenti	CTR		IF=5mA, VCE=5V	50	-	600	%
	Kollektor-emitter kuchlanish to‘yinishi	VCE(sat)		IF=20mA, IS=1mA	-	0.1	0.2	V
	Qarshilik himoyasi	RISO		DC500V, 40 dan 60% gacha	5*10^10	10^11	-	
	O‘zgaruvchan sig‘im	Cf		V=0, f=1MHz	-	0.6	1.0	pF
	Chegaraviy chastotasi	fC		VCE=5V, IS=2mA, RL=100Om, -3dB	-	80	-	kHz
	Javob berish vaqti	O’sishi	tr	VCE=2V, IS=2mA, RL=100Om	-	4	18	s
		Kama-yishi	tf		-	3	18	s

2. Laboratoriya ishini bajarish tartibi:

Tadqiq etilayotgan optron prinsipial sxemasini va chegaraviy qiymatlarini yozib oling.
2.1. Diodli optron xarakteristikasini tadqiq etish.
2.1.1. 15.6 – rasmda keltirilgan sxemani yig‘ing. Manbadan berilayotgan chegaraviy tok qiymatini optron chegaraviy qiymatlariga mos ravishda o‘rnating.

15.6-rasm. Tranzistorli optron statik xarakteristikasini o‘lchash sxemasi.
2.1.2. E₂=0 deb oling. E₁ ni o‘zgartirib borib, optronning kirish xarakteristikasi I_kir=f(U_kir) ni va fotovoltaik rejim uchun optron uzatish xarakteristikasini I_chiq=f(I_kir) o‘lchang. Yorug‘lik diodi kirishidagi qarshilik R₁ dan ancha kichik bo‘lganligi sababli, kirish qarshiligini I_kir= E₁/R₁deb oling.
2.1.3. E₂=5 V o‘rnating. 2.1.2 – banddagi o‘lchashlarni fotodiodli rejim uchun takrorlang. O‘lchash natijalarini 15.2 – jadvalga kiriting.
15.2 – jadval

E2=0V