Základy elektroniky
5. 11. 2013
Ing. Jozef Klus
2012
Ing. Jozef Klus
Úvod do optoelektroniky
Elektroluminiscenčné diódy, zobrazovacie jednotky
LCD kryštál – LCD zobrazovacie jednotky
Optočleny, rozdelenie základné pojmy
Lasery, základné pojmy, rozdelenie
Test
Kontrolná práca
1
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Optoelektronika sa zaoberá premenou el. energie
na elektromagnetické žiarenie (väčšinou na svetlo) a
opačne
Využívajú vnútorný fotoelektrický jav
okrem viditeľného svetla sa využíva aj ultrafialové a infračervené
žiarenie
Ing. Jozef Klus
2
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Optoelektronické súčiastky
Ing. Jozef Klus
vysielače
prijímače
optočleny
LED diódy
laserové diódy
fotorezistory
fotodiódy
fototranzistory
fototyristory
fotočlánky
bežné optočleny
izolačný zosilňovač
prevodník
3
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Luminiscenčná dióda alebo svetelná
dióda
(iné názvy: elektroluminiscenčná dióda, LED, LED
dióda, zriedkavo: svietivá dióda, žiarivá dióda, dióda
emitujúca svetlo, ľudovo ledka, angl. light-emitting
diode)
je polovodičová elektronická súčiastka, ktorá
vyžaruje svetlo, keď ňou prechádza elektrický prúd v
priepustnom smere
svietiaci efekt je následkom žiarivej rekombinácie
elektrón-dierového páru a je formou
elektroluminiscencie
farba vyžarovaného svetla závisí od štruktúry PN
prechodu aj od použitého materiálu
prvú prakticky použiteľnú LED diódu vyvinul v roku
1962 kanadský vedec Nick Holonyak
najlacnejšie sa vyrábajú infračervené diódy a svietivé
červené, modré sú niekoľkonásobne drahšie ako
červené
Ing. Jozef Klus
Druhy LED
Ultrafialové (UV) LED - vyžarujú svetlo pod vlnovou dĺžkou viditeľného
svetla (pod 420nm)
Infračervené (IR) LED - vyžarujú svetlo nad vlnovou dĺžkou viditeľného
svetla (pod 680nm), ktoré sú vhodné ako zdroje IR žiarenia do
diaľkových ovládaní
Jednofarebné (monochromatické) LED – sú vyrobené len z jedného
druhu polovodiča pre každý druh farby svetla
Biele LED - existujú dva základné spôsoby produkovania vysoko
intenzívneho bieleho svetla s použitím LED.
Jeden využíva samostatné LEDky, emitujúce základné farby - červenú,
zelenú, modrú - a ich zmiešaním vznikne biele svetlo.
Druhý s použitím fosforového materiálu mení monochromatické svetlo
z modrej, alebo ultrafialovej LED na širokospektrálne biele svetlo
RGB LED - tento typ je poskladaný z troch monochromatických LED,
ktoré emitujú žiarenie vo farbách: červená, zelená, modrá
(z ang. skratiek pre red, green, blue), je možnosť regulovať výkony
jednotlivých zložiek a tak dosiahnuť nie len biele svetlo, ale aj celé
spektrum farieb
Laserové diódy – zdroj laserového svetla
4
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Schematická značka LED diód
Detail diódy
Rôzne druhy LED
Vysoko
svietivá LED
Mechanická a optická konštrukcia
LED čip sa montuje na reflektor (na obrázku viditeľný ako kužeľ
na konci jedného z vonkajších prívodov) tvoriaci súčasne spodný
kontakt, aby sa využil výkon vyžiarený z PN priechodu
zapuzdri sa do priehľadného plastu (bodová LED) alebo do
mliečne sfarbeného plastu (difúzna LED)
plast je často sfarbený v rovnakej farbe ako emituje LED
pre zvýšenie smerovosti vytvarovaný vrchol puzdra do polgule,
čo má efekt šošovky
Ing. Jozef Klus
5
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Použitie
Zobrazovacie jednotky – segmentový displej
najmä ako indikátory
zobrazovacie prvky v segmentových zobrazovačoch a bodových
maticových zobrazovačoch (známe ako „bežiace nápisy“)
vo veľkoplošných zobrazovačoch používaných na reklamné
účely
s nástupom vysokosvietivých LED sa začalo ich využívanie na
osvetľovacie účely a v dopravnej svetelnej signalizácii
(cestné semafory, železničné návestidlá)
pre svoju dlhú životnosť a otrasuvzdornosť sa uplatňujú v
automobiloch
v interiéroch ako náhrada žiaroviek
infračervené LED a najmä laserové diódy sa používajú na prenos
informácií prostredníctvom optických vlákien
laserové diódy v oblasti uchovávania údajov (CD, DVD)
skladá sa zo segmentov a slúži na zobrazovanie číslic, písmen alebo
znakov
najznámejší je 7-segmentový displej (zobrazovanie číslic, niekedy je
doplnený segment desatinnej čiarky)
jeho rozšírením sú 14- a 16-segmentový displej (dokážu zobraziť všetky
veľké písmená)
používajú v digitálnych hodinách, kalkulačkách, meracích prístrojoch a
spotrebnej elektronike, viac segmentové v autorádiách
Usporiadanie prvkov v
7-segmentovom displeji a 14-segmentový
Ing. Jozef Klus
6
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Displej s kvapalnými kryštálmi
alebo zobrazovač z tekutých kryštálov alebo displej z tekutých
kryštálov, (ang. liquid crystal display, skrátene LCD)
je tenké a ploché zobrazovacie zariadenie skladajúce sa z
veľkého počtu farebných alebo čiernobielych pixlov zoradených
pred zdrojom svetla
vyžaduje pomerne malé množstvo el. energie - je vhodný pre
použitie v prístrojoch bežiacich na elektrické batérie
Ing. Jozef Klus
7
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Ak je na elektródy privedené napätie,
dochádza k orientácii tekutých kryštálov, v
dôsledku čoho dochádza k polarizácii
svetla určitým smerom (svetlo prestane
prechádzať cez vrstvu tekutých kryštálov)
LCD sú pasívne – nevyžarujú svetlo – aby
sme niečo videli, musí dopadať okolité
svetlo, alebo musí byť podsvietený
Na podobnom princípe sú založené LCD
monitory a zobrazovacie jednotky TV
Ing. Jozef Klus
8
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Optočlen je spojenie dvoch polovodičových súčiastok do
jedného puzdra
najčastejšie infra LED, alebo obyčajnej LED a niektorého ďalšieho
prvku ako je tranzistor, tyristor, triak.
Optočlen slúži ku galvanickému oddelenie dvoch
obvodov.
je zložený z LED a fototranzistora (na svetlo citlivý prvok)
keď privedieme na vstup optočlena malý prúd potrebný na
rozsvietenie LED, začne sa fototranzistor otvárať podľa prúdu
prechádzajúceho diódou - čím väčší prúd, tým viac svetla a tým sa aj
viac otvorí tranzistor
otvorený prechod tranzistora medzi emitorom a kolektorom spôsobí
zopnutie obvodu na výstupe
pomocou galvanického oddelenia je možné ovládať obvody, ktoré sa
medzi sebou líšia napäťovou úrovňou v rádoch stoviek voltov použitie je časté tam, kde potrebujeme mať úplne oddelené zariadenia
Rozdelenie do niekoľkých kategórií
s akým napätím môžu pracovať:
Optoprvky pre jednosmerné napätie
Optoprvky pre striedavé napätie
podľa vnútorného zapojenia a použitých polovodičov v prvku:
tranzistorové (unipolárne, bipolárne)
tyristorové
triakový
s operačným zosilňovačom
špeciálne
Najpoužívanejšími typy sú tranzistorové, určené pre
jednosmerné napätie.
Ing. Jozef Klus
9
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Využitie:
pre galvanické oddelenie
používa sa ako optická závora, ak je puzdro upravené tak, že lúč
sa dá prerušiť
pri použití optického vlákna medzi LED a fototranzistory možno
použiť na prenos dát na veľké vzdialenosti
Schematické zapojení
tranzistorového optočlenu.
Ing. Jozef Klus
10
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Ing. Jozef Klus
Dažďový senzor
11
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Laser (skratka z angl. Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation) je zdroj
monochromatického koherentného svetla, ktorý
vznikne umiestnením zosilňovača svetla do optického
rezonátora naladeného na príslušnú vlnovú dĺžku.
Konštrukcia laseru:
1. Aktívne prostredie
2. Čerpanie aktívneho prostredia
3. Odrazové zrkadlo
4. Polopriepustné zrkadlo
5. Laserový lúč
Prvý laser zostrojil roku 1960 Theodore Maiman.
Laserový zväzok vytvoril tak, že do špeciálnej tyče z
umelého rubínu vysielal záblesky obyčajného svetla.
Ing. Jozef Klus
12
Základy elektroniky
5. 11. 2013
Rozdelenie
Druhy laserov
rubínový
xenónový
laserová dióda
špeciálny (laboratórny) laser
röntgenový
Podľa aktívnej látky
Polovodičové
Plynové
Kvapalinové
Použitie
Vďaka vysokej koherencii a monochromatickosti je možné v
laserovom lúči sústrediť veľkú energiu na malej ploche, čo je
základ použitia na rezanie a vŕtanie materiálov. Napríklad
kónické otvory pre ventily motorov sa dajú dnes
najekonomickejšie vyrobiť laserom.
Ďalšie aplikácie využívajú malú rozbiehavosť a koherentnosť –
optické dátové médiá (CD, DVD, Blu-ray, magnetooptické disky),
meracie aplikácie.
Využíva sa aj v optických
komunikáciách.
Ing. Jozef Klus
13
Základy elektroniky
Ing. Jozef Klus
5. 11. 2013
Bezpečnosť
Aplikácie
Lasery sú nebezpečné pre vysokú koncentráciu energie v ich lúči, často
neviditeľnom. Sú povinne značené a sú kategorizované do 4 kategórií:
lasery kategórie I – sú relatívne neškodné aj pri priamom pohľade do
lúča a pre ich použitie neplatia takmer žiadne obmedzenia. príkladom sú
lasery použité v CD prehrávačoch a čítačkách čiarového kódu. Max.
výkon 0,4 mikroW.
lasery kategórie II – nemali by spôsobiť poškodenia oka, pretože oko sa
zatvorí za 0,25s. Tento čas nestačí na poškodenie buniek zraku. Max.
výkon 1 mW.
lasery kategórie III – v spojitom režime emitujú žiarenie vo viditeľnej
oblasti spektra, ktorého výkon nepresahuje 5 mW, a v pulznom režime
zväzok o výkone menšom než 0,5W. Difúzny odraz žiarenia
nespôsobuje poškodenie zdravia.
lasery kategórie IV – svojimi parametrami presahujú max. hodnoty
triedy III. Pri týchto laseroch aj difúzny odraz spôsobuje vážne
poranenia vrátane popálenín(presnejšie, pri ~50 W ťažké
popáleniny, od 200 W výkonu prerežú človeka napoly,
od 10 kW vyššie ostanú z človeka len dymiace topánky).
14
Základy elektroniky
Ing. Jozef Klus
5. 11. 2013
15
Download

Optoelektronické súčiastky.pdf