Elementet optoelektronike

Hyrje

Elementet fotoelektronike

Elementet optoelektronike janë ato elemente elektronike të cilët bëjnë shndërrimin e energjinë së dritës në energji elektrike apo anasjelltas. Ekzistojnë dy grupe kryesore të elementeve optoelektronike. Në grupin e parë bëjnë pjesë ato elemente të cilat energjinë e dritës e shndërrojnë në energji elektrike ose i ndyrshojnë vetitë e veta elektrike gjatë ndriçimit. Përfaqësues të këtij grupi janë : fotorezistorët, fotodiodat dhe fototransistorët. Grupit të dytë i takojnë elementet të cilat shndërrojnë energjinë elekrike në energji të dritës. Përfaqësues tipik është dioda ndriçuese (LED).

Fotorezistori

Fotorezistori është rezistor prej materiali gjysmëpërçues rezistenca e të cilit ndryshon me ndryshimin e ndriçimit.

Fotorezistori mund të paramendohet si një copë gjysmëpërçuesi me dy terminale. Kur fotorezistori nuk është i ndriçuar (është në errësirë), në të ekzistojnë çifte elektronesh dhe vrimash për shkak të temperaturës së vet rezistorit. Nëse fotorezistori ndriçohet, energjia e dritës shkakton krijimin e çifteve të reja elektron-vrimë. Sa më i madh që të jetë ndriçimi, aq më i madh do të jetë numri i bartësve të elektricitetit të cilët lehtë lëvizin nëpër gjysmëpërçues. Kjo d.m.th. se me zmadhimin e ndriçimit, rritet përçueshmëria e gjysmëpërçuesit ndërkaq zvogëlohet rezistenca e tij. Simboli grafik i fotorezistorit është paraqitur në fig. 1

Fig 1.Simboli i optorezistorit

Ndërtimi - Si material gjysmëpërçues për ndërtimin e fotorezistorëve më së shpeshti përdoret sulfidi i kadmiumit. Fotorezistorët e sulfidit të kadmiumit punojnë normalisht në zonën e dritës së dukshme. Mbi bazën e qeramikës vihet një shtresë e hollë e sulfidit të kadmiumit dhe në të vendosen kontaktet prej metali për të cilat përforcohen terminalet e fotorezistorit. Kjo strukturë vendoset në shtëpizën plastike mbrojtëse e cila ka një hapje që mundëson depërtimin e dritës deri te shtresa gjysmëpërçuese. Ndërtimi i një fotorezistori është treguar në fig. 2

Fig 2.Ndërtimi i fotorezistorit

Karakteristikat e fotorezistorëve janë :

• Ndjeshmëria e madhe
• Përmasa të vogla
• Stukturë të thjeshtë pa kalime PN
• Afatshërbim të gjatë
• Çmim te ultë

Të metat : koha e kyçjes dhe shkyçjes së tyre relativisht e madhe (1 ms), ndryshimi i karakteristikave me temperaturën etj. Gjatë ndërrimit të temperaturës për 10 °C vlera e rezistencës së fotorezistorit ndryshon prej 1 deri 3 % prej vlerës fillestare, me koeficient negativ të temperaturës.

Përdorimi Përdoren si : detektorë të nivelit të ndriçimit në automatet për kyçjen e dritave të qytetit, reklamave të ndritshme, në pajisjet për alarmim dhe sigurim etj.

Fig.3 Pamja e jashtme e fotorezistorit

Fotodioda

Janë elemente gjysmëpëçuese të cilat kur të polarizohen në kahun e kundërt dhe ndriçohen, atëherë rryma e kundërt që rrjedh nëpër to do të ndryshojë proporcionalisht me ndriçimin. Sa më i madh që është ndriçimi, aq më i madh do të jetë numri i çifteve elektron-vrimë përkatësisht aq më e madhe do të jetë rryma e fotodiodës. Kur fotodioda nuk ndriçohet nëpër të do të rrjedh vetëm rryma e kundërt e diodës.

Simboli grafik i fotodiodës është paraqitur në fig. 4

Fig.4 Simboli i fotodiodës

Ndërtimi Zakonisht ndërtohen nga silici. Kanë ndëtim të ngjajshëm sikurse diodat e zakonshme. Dallimi qëndron në faktin se shtëpiza e fotodiodës përmban një dritare të tejdukshme nëpër të cilën depërton drita. Ndjeshmërinë maksimale e kanë në dritë me gjatësi valore 800 nm që d.m.th. se fotodioda punon në zonën e dritës së dukshme dhe zonën e dritës infrakuqe.

Fig.5 Struktura e fotodiodës

Për të shpjeguar parimin e punës së fotodiodë do t`i referohemi figurës 5 e cila paraqet prerjen e diodës. Pllaka gjysmëpëçuese është mjaft e trashë në mënyrë që të thithë tërë dritën që bie mbi të. Kur fotodioda është e polarizuar kundër ajo ndriçohet, atëherë shumica e elektroneve në gjysmëpëçues fitojnë energji të mjaftueshme për t`i braktisur atomet e tyre. Në këtë mënyrë krijohen çiftet elektron-vrimë, të cilat lehtë mund të lëvizin nëpër gjysmëpëçues. Në këto çifte të elektroneve dhe vrimave, në shtresën penguese, vepron fusha elektrike e shkaktuar nga tensioni i polarizimit të kundërt të diodës. Kjo fushë i shtyn elektronet nga shtresa penguese në zonën N, ndërsa vrimat në zonën P. Elektronet të cilat lëvizin drejt zonës N shkaktojnë një rrymë elektrike. Kahu i kësaj rryme është i kundërt me lëvizjen e elektroneve. Në anën tjetër, vrimat që lëvizin drejt zonës P shkaktojnë rrymën kahu i të cilës është i njëjtë sikur i të parës. Shuma e këtyre rrymave është Id të cilën e shkakton energjia e dritës. Përveç kësaj rryme nëpër kalimin PN rrjedh edhe rryma e kundërt e diodës e shkaktuar nga burimi i jashtëm i diodës. Që të dyja këto rryma e përbëjnë rrymën e përgjithshme të fotodiodës.

PërdorimiPërdoren për detektimin dhe matjen e ndriçimit, për shkak të ndjeshmërisë së madhe përdoren edhe si “numërues” të shpejtë ose për të “lexuar” vrimat në shiritat (lentat) dhe kartelat e shpuara. Ekzistojnë dy tipe të diodave të ndjeshme nga drita siç janë : dioda fotovotaike dhe LED dioda.

Fototransistori

Është element i ngjajshëm me fotodiodën por përparësia ndaj saj qëndron në faktin se ndjeshmëria e fototrasistorit është shumë më e madhe për shkak të vetisë përforcuese.

Fig.7 Simboli i fototransistorit

Simboli grafik dhe skema ekuivalente e fototransistorit është si në fig. 7. Drita që bie në këtë element, ndriçon kalimin bazë-kolektor andaj ky kalim sillet si fotodiodë. Prej këtu fototransistori mund të paraqitet si të jetë i përbërë prej një fotodiode të ndriçuar dhe një transistori të pandriçur. Lidhja mes këtyre elementeve paraqet skemën ekuivalente te një fototransistori.

Fig.8 Karakteristika statike e fototransistorit

Operimi Kur fototransistori ndriçohet, nëpër kalimin bazë-kolektor (fotodiodë) rrjedh rrymë e kundërt e zmadhuar e cila pastaj shkon në bazën e transistorit. Në transistor, kjo rrymë përforcohet për koeficientin β, prandaj në dalje kemi rrymën e përforcuar. Duke e zmadhuar ndiçimin rritet rryma e kundërt në kalimin bazë-kolektor e gjithashtu edhe rryma në dalje te transistorit. Pra edhe te fototransistori, sikur te fotodioda, rryma rritet me zmadhimin e ndriçimit siç shihet edhe në karakteristiken statike te fototransistorit në fig. 8. Kjo karakteristikë është e ngjajshme me karakteristikën e daljes së transistorit, mirëpo në vend të parametrit Ib këtu si parametër është marrë ndriçimi E. Fototransistorët prodhohen nga silici. Ndjeshmëria maksimale e tyre është në dritën me gjatësi valore 800 nm.

Dioda ndriçuese (LED)

LED është shkurtesë e fjalëve angleze “light-emitting diode” që d.m.th. diodë që emeton dritë.

Dioda ndriçuese ndërtohet në mënyrë të njejtë sikur dioda e zakonshme gjysmëpëçuese. Ajo do të punojë nëse është e polarizuar në kah të drejtë. Intensiteti i dritës rregullohet me anë të rrymës e cila rrjedh nëpër diodë. Nuk do të emetoj dritë kur është e polarizuar në kah të kundërt. Ngjyra e dritës së emetuar varet nga lloji i gjysmëpërçuesit dhe nga papastërtitë e shtuara. Dioda e prodhuar nga fosfati i galiumit (GaP) emeton dritë të kuqe ndësa ajo prej fosfitit të gallium-arsenidit mund të emetojë dritë të gjelbër ose të verdhë. Simboli grafik dhe karakteristikat e diodës ndriçuese janë paraqitur në fig. 9.

Fig. 9 Karakteristikat e LED diodave

Treguesi 7 segmentor me LED dioda

Përparësitë e diodave ndriçuese janë :

• përmasat e vogla
• siguria në punë
• afatshërbimi i gjatë
• puna me tensione dhe rryma të vogla
• humbje të vogla të energjisë elektrike
• shpejtësia e punës e madhe

Përdorimi përdoren si llamba sinjalizuese nëpëmjet të cilave tregohet gjendja e kyçyr apo e shkyçur e ndonjë qarku elektronik. Sidomos kanë gjetur zbatim te treguesit e ndritshëm apo indikatorët.

Kristalet e lëngëta

Janë materie organike të cilat kanë veti të lëngut dhe të kristalit. Për ndryshim prej diodave ndriçuese nuk janë burime aktive të dritës por punojnë sipas parimit të reflektimit të dritës e cila vjen nga një burim i jashtëm. Përdoren për realizimin e treguesve të ndritshëm dhe përparësia e tyre konsiston në mundësinë e realizimit me përmasa të mëdha gjë që nuk vlen për treguesit me dioda ndriçuese. Këta tregues zakonisht përdoren në kalkulatorët elektronik, në orët digjitale, në instrumente matëse digjitale etj.

Lidhje të jashtme

• http://www.circuitstoday.com/optoelectronic-devices
• http://www.daenotes.com/electronics/industrial-electronics/photo-transistor#axzz1voXkPKTt
• https://web.archive.org/web/20110919001937/http://electropart.info/components/light-dependent-resistor.html
• Technical Information Hamamatsu Photonics

A.dobratiqi (diskutimet) 12 qershor 2012 17:00 (CEST)