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ベーシックエレクトロニクス-オプトエレクトロニクスダイオード
これらは、光で動作するダイオードです。 「オプト」という言葉は、*光*を意味します。 光の強度に応じて伝導するタイプと、伝導が光を伝達する他のタイプがあります。 各タイプには独自のアプリケーションがあります。 これらの中の顕著なタイプについて議論しましょう。
一部のダイオードは、光の強度に応じて導通します。 このカテゴリには、主に2つのタイプのダイオードがあります。 それらはフォトダイオードと太陽電池です。
フォトダイオード
フォトダイオードは、その名が示すとおり、光で動作するPN接合です。 光の強度は、このダイオードの伝導レベルに影響します。 フォトダイオードには、P型材料とN型材料があり、その間に*固有の*材料または*空乏領域*があります。
このダイオードは通常、「逆バイアス」状態で動作します。 空乏領域に焦点を当てると、光と電子のペアが形成され、電子の流れが発生します。 この電子の伝導は、集光される光の強度に依存します。 下の図は、実用的なフォトダイオードを示しています。
下の図は、フォトダイオードの記号を示しています。
ダイオードが逆バイアスで接続されている場合、熱的に生成された電子ホールペアにより小さな逆飽和電流が流れます。 少数キャリアにより逆バイアスの電流が流れると、出力電圧はこの逆電流に依存します。 接合部に焦点を合わせる光強度が増加すると、少数キャリアによる電流フローが増加します。 次の図は、フォトダイオードの基本的なバイアス配置を示しています。
フォトダイオードはガラスパッケージにカプセル化されており、光が入射します。 ダイオードの空乏領域に正確に光の焦点を合わせるために、ちょうど上に示されているように、接合部の上にレンズが置かれます。
光がなくても、*暗電流*と呼ばれる少量の電流が流れます。 照明レベルを変更することにより、逆電流を変更できます。
フォトダイオードの利点
フォトダイオードには、次のような多くの利点があります-
- 低ノイズ
- 高ゲイン
- 高速運転
- 光に対する高感度
- 低価格
- 小さいサイズ
- 長い寿命
フォトダイオードの用途
次のようなフォトダイオードには多くのアプリケーションがあります-
- 文字検出
- オブジェクトを検出できます（可視または不可視）。
- 高い安定性と速度を必要とする回路で使用されます。
- 復調に使用
- スイッチング回路で使用
- エンコーダーで使用
- 光通信機器に使用
この種の別のダイオードは太陽電池です。 ダイオードですが、セルと呼ばれます。 詳細を見てみましょう。
太陽電池
光依存ダイオードには、通常のPN接合ダイオードである太陽電池が含まれますが、電子の流れに変換される光子のラッシュによる伝導があります。 これはフォトダイオードに似ていますが、最大入射光をエネルギーに変換して保存するというもう1つの目的があります。
下の図は、太陽電池のシンボルを表しています。
太陽電池には、ダイオードですが、エネルギーの蓄積を示す名前と記号があります。 より多くのエネルギーを抽出して保存する機能は、太陽電池に集中しています。
太陽電池の構築
削除領域に固有の材料を含むPN接合ダイオードは、ガラスに封入されます。 最小の抵抗で最大の光を収集するために、上部の薄いガラスで可能な限り最大の領域に光を入射させます。
次の図は、太陽電池の構造を示しています。
光が太陽電池に入射すると、光の光子は価電子と衝突します。 電子にエネルギーが与えられ、親原子が残ります。 したがって、電子の流れが生成され、この電流は太陽電池に焦点を合わせた光の強度に正比例します。 この現象は、*光起電力効果*と呼ばれます。
次の図は、太陽電池の外観と、複数の太陽電池を組み合わせて太陽電池パネルを形成する方法を示しています。
フォトダイオードと太陽電池の違い
フォトダイオードは、出力でより多くの電力を供給するのではなく、より高速に動作し、スイッチングに集中します。 このため、静電容量値が低くなっています。 また、光エネルギーの入射面積は、用途に応じてフォトダイオードの方が小さくなります。
太陽電池は、高出力エネルギーの供給とエネルギーの貯蔵に集中しています。 これには*高静電容量*値があります。 動作は、フォトダイオードよりも少し遅くなります。 太陽電池の目的に応じて、光の入射面積はフォトダイオードよりも大きくなります。
太陽電池の用途
太陽電池には多くの用途があります-
科学技術
- 衛星用ソーラーパネルで使用
- テレメトリーで使用
- リモート照明システムなどで使用されます
商用利用
- 蓄電用ソーラーパネルに使用
- ポータブル電源などで使用されます
- 太陽エネルギーを使用した調理や暖房などの家庭での使用に使用
電子
- 時計
- 電卓
- 電子玩具など
一部のダイオードは、印加電圧に応じて発光します。 このカテゴリには、主に2つのタイプのダイオードがあります。 それらはLEDとレーザーダイオードです。
LED（発光ダイオード）
これは私たちの日常生活で使用される最も人気のあるダイオードです。 これは、シリコンとゲルマニウムの代わりに、ヒ化ガリウム、リン化ヒ化ガリウムなどの材料がその構造に使用されることを除いて、通常のPN接合ダイオードでもあります。
下の図は、発光ダイオードのシンボルを示しています。
通常のPN接合ダイオードと同様に、これはダイオードが導通するように順バイアス状態で接続されます。 伝導帯の自由電子が価電子帯の正孔と結合すると、LEDで伝導が起こります。 再結合のこのプロセスは、*光*を発します。 このプロセスは*エレクトロルミネセンス*と呼ばれます。 放射される光の色は、エネルギーバンド間のギャップに依存します。
使用される材料は、ガリウムヒ素リンが赤または黄色のいずれかを放出し、リン化ガリウムが赤または緑のいずれかを放出し、硝酸ガリウムが青色の光を放出するなどの色にも影響します。 一方、ヒ化ガリウムは赤外線を放射します。 非可視赤外線のLEDは、主にリモートコントロールで使用されます。
次の図は、さまざまな色の実用的なLEDがどのように見えるかを示しています。
上の図のLEDには平らな側面と湾曲した側面があり、平らな側面のリードは他のリードよりも短くされており、短い方が*カソード*またはマイナス端子で、もう一方が*アノード*であることを示していますまたは正端子。
LEDの基本構造は下図のとおりです。
上図に示すように、電子が正孔に飛び込むと、エネルギーは光の形で自然に散逸します。 LEDは電流依存デバイスです。 出力光の強度は、ダイオードを流れる電流に依存します。
LEDの利点
などのLEDの多くの利点があります-
- 高効率
- 高速
- 高信頼性
- 低熱放散
- より長い寿命
- 低価格
- 簡単に制御およびプログラム可能
- 高レベルの輝度と強度
- 低電圧および低電流要件
- 少ない配線が必要
- 低メンテナンスコスト
- 紫外線なし
- インスタント照明効果
LEDの用途
などのLEDには多くのアプリケーションがあります-
ディスプレイ
- 特に7セグメント表示に使用
- デジタル時計
- 電子レンジ
- 交通信号
- 鉄道および公共の場所の表示板
- Toys
電子機器
- ステレオチューナー
- 電卓
- DC電源
- アンプのオン/オフインジケーター
- 電源インジケータ
商用利用
- 赤外線読み取り機
- バーコードリーダー
- ソリッドステートビデオディスプレイ
光通信
- 光スイッチング用途
- 手動ヘルプが利用できない光結合の場合
- FOCを介した情報転送
- イメージセンシング回路
- 防犯アラーム
- 鉄道信号技術で *ドアおよびその他のセキュリティ制御システム
LEDに多くの利点と用途があるように、レーザーダイオードと呼ばれるもう1つの重要なダイオードがあります。これには多くの高度な機能と将来の可能性があります。 レーザーダイオードについて議論しましょう。
レーザーダイオード
レーザーダイオードは、その種類の別の人気のダイオードです。 これは、光を放出するが刺激されたプロセスを伴う光ダイオードです。* LASER という名前は、 L ight A 'S による増幅 E'''''''***放射の増幅を意味します。
誘導放出
これは、PN接合ダイオードで、光線が入射すると動作が開始されます。 光線では、光子が原子に入射すると、原子が励起され、*高エネルギーレベル*と呼ばれる上限レベルに到達します。
原子は、高エネルギーレベルから*低エネルギーレベル*にシフトすると、* 2つの光子*を放出します。これは、入射光子と*特性*が似ており、同じ位相*にあります。 このプロセスは、*刺激放出*と呼ばれます。 原子は、通常、この励起状態で 10 ^ -8 ^秒*の間滞在できます。
したがって、上記のプロセスはレーザーダイオードの原理を設定します。
レーザーダイオードの原理
光子が原子に入射するたびに、その原子はより低いエネルギー状態からより高いエネルギー状態に励起され、このプロセスで2つの光子が放出されます。 実際、原子は通常、この励起状態で 10 ^ -8 ^ 秒の間滞在できます。 したがって、増幅を達成するために、この励起されたプロセス中に、原子は Meta Stable State と呼ばれる別の状態に置かれます。これは、より高いエネルギーレベルより低く、より低いエネルギーレベルです。
原子は 10 ^ -3 ^ 秒間、このメタ安定状態にとどまることができます。 原子がこれからより低い状態になると、2つの光子が放出されます。 光子が原子に衝突する前に、より多くの原子が励起状態にある場合、*レーザー効果*が得られます。
このプロセスでは、2つの用語を理解する必要があります。 低エネルギー状態または基底状態よりも多くの原子を準安定状態に持つことを、 Population inversion と呼びます。 次に、原子が低エネルギー状態から高エネルギー状態に送られて反転分布が得られるエネルギーは、「ポンピング」と呼ばれます。 これは*光ポンピング*です。
利点
などのレーザーダイオードの多くの利点があります-
- レーザーダイオードで使用される電力ははるかに少ない
- より高いON/OFFスイッチング速度
- よりコンパクト
- より安価な
- 彼らはレーザー発生器よりも安いです
- 感電の可能性が低い
デメリット
などのレーザーダイオードの欠点はほとんどありません-
- より発散する光線、したがって品質はそれほど良くない
- それらの寿命はLEDに比べて短いです。
- 不安定な電源装置の間に損傷しやすい
アプリケーション
などのレーザーダイオードの多くのアプリケーションがあります-
- ポンプレーザーおよびシードレーザーとして使用
- 光データストレージデバイスで使用
- レーザープリンターおよびレーザーファックス機で使用
- レーザーポインターで使用
- バーコードリーダーで使用
- DVDおよびCDドライブで使用されます
- HD DVDおよびBLU RAYテクノロジーで使用
- 熱処理、クラッディング、シーム溶接など、多くの産業目的を持っています。
- データのリンクや送信などの通信技術で多くの用途があります。
これらすべてを検討した後、いくつかの用語を理解してみましょう。
成分
コンポーネントは、電子機器の個々の基本要素です。
それらは、構造に関して異なる特性を持っています。
すべてのコンポーネントには異なるアプリケーションがあります。
*Ex* -抵抗、コンデンサ、ダイオードなど
回路
サーキットはさまざまなコンポーネントのネットワークです
回路内のコンポーネントはすべて、意図された目的に耐えます。
回路をアクティブにする必要がある場合は、電源を含める必要があります。
*Ex* -クリッパーおよびクランパー回路、アンプ回路、リレー回路など
デバイス
デバイスは、さまざまな回路で構成されている機器です。
デバイス内のすべての回路は、その目的を果たすために機能するのに役立ちます。
デバイスは、信号の測定、信号の生成、結果の制御、または回路の保護などに使用できます。
*Ex* -CRO、関数発生器など
ソリッドステートデバイス
以前は、熱電子原理で動作し、内部が真空で満たされた真空管を使用していました。 現在のコンポーネントよりもサイズが大きかった。 これらの真空管は、*ソリッドステートデバイス*とも呼ばれる半導体デバイスに置き換えられました。
アクティブデバイス
電流の流れを制御できるデバイス（または正確にコンポーネント）は、アクティブデバイスと呼ばれます。
導通するには入力電源が必要です。
これらのコンポーネントの動作は、回路の動作を定義します。
*Ex* -真空管、ダイオード、トランジスタ、SCR
パッシブデバイス
電流の流れを制御できないデバイス（正確にはコンポーネント）は、パッシブデバイスと呼ばれます。
動作するために入力電源を必要としません。
これらのコンポーネントの動作により、回路の動作がわずかに変わります。
*Ex* -抵抗、コンデンサ、インダクタなど
ドーピング
電子を追加するか、正孔を作成して半導体材料の特性を変更するプロセスは、正または負にすることで*ドーピング*と理解できます。
ダイオードのアプリケーションには、電子回路のチュートリアルで説明するクリッパーおよびクランパー回路から始まる多くの回路が含まれます。
