Chương 8: Linh kiện quang điện tử NHATRANG UNIVERSITY • • • • • Khái niệm phân loại linh kiện quang điện tử Các linh kiện biến đổi quang-điện Các linh kiện biến đổi điện-quang Bộ ngẫu hợp quang điện Các linh kiện hiển thị Khái niệm phân loại linh kiện quang điện tử NHATRANG UNIVERSITY • Khái niệm: Linh kiện quang điện tử linh kiện hoạt động dựa tương tác ánh sáng tín hiệu điện Ánh sáng đề cập đến dải xạ điện từ có bước sóng từ 50nm đến 100μm chia vùng chính: – Vùng cực tím có bước sóng từ 50nm-380nm – Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 380nm đến 780nm – Vùng hồng ngoại có bước sóng từ 780nm-100μm • Phân loại: Dựa tương tác ánh sáng tín hiệu điện người ta chia thành loại: – Linh kiện điện-quang: Biến đổi tín hiệu điện thành ánh sáng – Linh kiện quang-điện: Biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện – Linh kiện kết hợp quang-điện, điện-quang: – Các linh kiện hiển thị: Linh kiện quang-điện NHATRANG UNIVERSITY • Quang trở: Là linh kiện mà điện trở giảm mạnh chiếu ánh sáng vào • Cấu tạo, nguyên lý hoạt động: – Nguyên lý hoạt động quang trở dựa tượng quang điện trong: ánh sáng chiếu vào quang trở, electron bị kích thích trở thành electron tự do, nên điện trở quang trở giảm mạnh – Cấu tạo: Quang trở làm từ vật liệu lớp vật liệu quang điện (như Cadimi Sunfit: CdS; Cadimi Selenit: CdSn; Kẽm Sunfit: ZnS) mỏng phủ lên đế cách điện, tất bọc lớp bảo vệ suốt đưa chân dẫn điện Linh kiện quang-điện • Quang trở NHATRANG UNIVERSITY I Φ3 Φ2 Φ1 R V Φ Linh kiện quang-điện NHATRANG UNIVERSITY • Điốt quang: Là loại điốt mà không chiếu sáng dòng điện chạy qua Điốt, chiếu sáng có dòng điện chạy qua Điốt • Nguyên lý hoạt động Điốt quang dựa tượng quang áp: – Khi chiếu sáng vào tiếp giáp p-n lượng ánh sáng (hν≥EG), làm xuất cặp electron-lỗ trống – Điện trường tiếp xúc điện tử từ bán dẫn p sang bán dẫn n, lỗ trống từ bán dẫn n sang bán dẫn p Kết dòng ngược qua tiếp giáp tăng lên, hai khối bán dẫn n, p có hiệu điện thế, gọi hiệu điện quang UΦ – Giá trị dòng ngược hiệu điện quang phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, bước sóng ánh sáng cường độ chiếu sáng Linh kiện quang-điện NHATRANG UNIVERSITY Điốt quang: Linh kiện quang-điện NHATRANG UNIVERSITY Điốt quang: Đặc tuyến quang đặc tuyến V-A photodiode Linh kiện quang-điện NHATRANG UNIVERSITY • Transistor quang: Là loại Transistor mà không chiếu sáng dòng điện chạy qua Transistor, chiếu sáng có dòng điện chạy qua Transistor • Cấu tạo transistor quang giống transistor lưỡng cực, cực B không không nối chân điện cực mà thay vào cửa sổ cảm quang suốt • Nguyên lý làm việc transistror quang dựa vào tượng quang áp: – Khi chưa chiếu sáng dòng cực B transistor không hoạt động – Khi chiếu sáng, hiệu ứng quang áp làm xuất dòng cực B, phân cực cho transistor hoạt động Linh kiện quang-điện NHATRANG UNIVERSITY Transistor quang: Đặc tuyến V-A phototransistor Linh kiện điện-quang NHATRANG UNIVERSITY • Điốt phát quang (LED): Là linh kiện phát ánh sáng (nhìn thấy không nhìn thấy) phân cực thuận • Nguyên lý hoạt động LED dựa vào tượng quang điện tái hợp trực tiếp hạt dẫn: – Khi electron nhận lượng kích thích (dưới dạng nhiệt, điện, quang,…) chuyển từ mức lượng Ek (thấp) lên mức lượng cao Ei (cao) – Electron trạng thái kích thích thời gian ngắn (10-8s) trở lại mức lượng Quá trình trình tái hợp hạt dẫn lượng giải phóng dạng ánh sáng có số: ν=(Ei-Ek)/h, với h=6,625.10-34Js số Plank Linh kiện điện-quang NHATRANG UNIVERSITY • Cấu tạo LED gồm tiếp giáp p-n điốt thông thường vật liệu chế tạo nồng độ pha tạp khác Tùy thuộc vào vật liệu chế tạo nồng độ pha tạp mà LED phát sáng với màu sắc khác - Vật liệu chế tạo GaAs cho ánh sáng hồng ngoại - Vật liệu chế tạo AlInGaP cho ánh sáng màu vàng -Vật liệu GaP cho ánh sáng màu xanh - Vật liệu chế tạo AlGaAs cho ánh sáng màu đỏ -Vật liệu chế tạo InGaN cho ánh sáng Linh kiện điện-quang NHATRANG UNIVERSITY Cấu tạo LED - Điện áp phân cực thuận cho LED lớn cỡ 2-3V - Dòng điện qua LED cỡ 15mA Đặc tuyến V-A Linh kiện điện-quang NHATRANG UNIVERSITY • Một số loại LED – LED đơn: Khi mắc LED phải ý mắc điện trở hạn dòng theo nguyên tắc VCC − U D R1 = ID – LED đôi: gồm LED (thường có màu khác nhau) dùng số ứng dụng đặc biệt đầu đọc đĩa CD/VCD, đèn báo nguồn TV Linh kiện điện-quang NHATRANG UNIVERSITY • Một số loại LED – LED đoạn: Là LED nối với theo kiểu Anot chung Katot chung, để hiển thị số loại ký tự (thường ký tự số) – LED ma trận: Là LED nối với theo ma trận hàng, cột, LED sáng cấp nguồn LED ma trận dùng để hiển thị ký tự NHATRANG UNIVERSITY Linh kiện điện-quang LED ma trận LED đoạn Linh kiện điện-quang NHATRANG UNIVERSITY • LASER (Light Amplifier by Stimulated Emission of Radition) bán dẫn: Là linh kiện quang học tạo ánh sáng đơn sắc có tính liên kết pha từ xạ tự phát ánh sáng • Nguyên lý hoạt động LASER dựa tượng xạ kích thích: trình hạt mang điện mức lượng kích thích bị cưỡng để trở mức lượng nhận lượng cưỡng hv Khi anh sáng phát có pha tần số v Linh kiện điện-quang NHATRANG UNIVERSITY • LASER bán dẫn – Cấu tạo LASER giống LED có điểm khác tiếp giáp p-n có buồng cộng hưởng Fabry-Perrot, nhằm giam giữ hạt mang điện tạo xạ kích thích – Vật liệu chế tạo LASER hợp chất GaAs tùy vào loại vật liệu định bước sóng ánh sáng phát Buồng cộng hưởng Bộ ngẫu hợp quang điện NHATRANG UNIVERSITY • Bộ ngẫu hợp quang điện (OPTO): Là cấu kiện sử dụng hiệu ứng quang-điện điện-quang Trong buồng kín có điốt phát quang ghép với linh kiện quang-điện (Điốt quang, transistor quang, triac quang,…) • Khi Điốt phát sáng phần tử quang điện ghép với dẫn điện Điốt khống phát sáng phần tử quang-điện ghép với không dẫn điện Do vậy, tín hiệu truyền mà cách li hoàn toàn phía phát thu Bộ ngẫu hợp quang điện NHATRANG UNIVERSITY • Bộ ngẫu hợp quang điện (OPTO): 4N25 H11D1 4N322 MOC3020 Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Ống tia điện tử CRT (Cathode Ray Tube): Là linh kiện hiển thị dựa vào phát sáng hình huỳnh quang có tia điện tử đập vào Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Cấu tạo ống tia điện tử CRT (Cathode Ray Tube) Vertical, Horizontal Deflecting: Hệ thống lái tia theo chiều ngang theo chiều dọc Cathode: Phát xạ điện tử, bên có sợi đôt (Heater) Lưới điều khiển (control grid): Điều khiển hội tụ, gia tốc cho dòng tia điện tử Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Hiển thị tinh thể lỏng (LCD: Liquid Crystal Display): Dựa khả điều khiển độ sáng tinh thể lỏng có ánh sáng phân cực truyền qua để hiển thị hình ảnh • Tinh thể lỏng: Là loại vật chất đặc biệt có cấu trúc tinh thể, nút mạng tinh thể di chuyển phạm vi hẹp Một nhóm tinh thể có cấu trúc tương tự đứng gần tạo thành lớp vật chât có trục dạng xoắn có khả thay đổi độ sáng ánh sáng phân cực truyền qua • Độ xoắn lớp vật chất lại điều khiển điện áp đặt vào nó, ta dùng điện áp để điều khiển ánh sáng qua lớp tinh thể lỏng NHATRANG UNIVERSITY Các linh kiện hiển thị Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Cấu tạo hình LCD: Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Cấu tạo hình LCD: – (6): Lớp nền: Cung cấp ánh sáng (ánh sáng trắng) có vô số phương phân cực khác Thường đèn huỳnh quang đèn xenon – (5): Kính lọc phân cực ngang, cho ánh sáng có phương phân cực ngang qua – (2); (4): Điện cực suốt, nối với tín hiệu đưa vào, có tác dụng điều khiển độ xoắn lớp tinh thể lỏng – (1): Kính lọc phân cực dọc lớp bảo vệ, cho ánh sáng có phương phân cực dọc qua – (3): Lớp tinh thể lỏng, độ xoắn lớp tinh thể lỏng điều khiển điện cực (3), (5) • Nguyên lý hoạt động: – Ánh sáng trắng từ (6)→(5), có ánh sáng phân cực ngang qua – Độ xoắn (3) điều khiển điện áp tín hiệu vào (2), (4), ánh sáng từ (5) tới thay đổi theo điện áp tín hiệu vào – Sau qua (3), (2) có ánh sáng phân cực dọc qua (1) để đến mắt người quan sát [...]... NHATRANG UNIVERSITY • Bộ ngẫu hợp quang điện (OPTO): Là cấu kiện sử dụng cả hiệu ứng quang -điện và điện- quang Trong một buồng kín có 1 điốt phát quang được ghép với một linh kiện quang -điện (Điốt quang, transistor quang, triac quang, …) • Khi Điốt phát sáng thì phần tử quang điện ghép với nó sẽ dẫn điện và nếu Điốt khống phát sáng thì phần tử quang -điện ghép với nó cũng không dẫn điện Do vậy, tín hiệu được... giữa phía phát và thu Bộ ngẫu hợp quang điện NHATRANG UNIVERSITY • Bộ ngẫu hợp quang điện (OPTO): 4N25 H11D1 4N322 MOC3020 Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Ống tia điện tử CRT (Cathode Ray Tube): Là linh kiện hiển thị dựa vào sự phát sáng của màn hình huỳnh quang khi có tia điện tử đập vào Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Cấu tạo ống tia điện tử CRT (Cathode Ray Tube) Vertical,... liệu chế tạo là AlGaAs cho ánh sáng màu đỏ -Vật liệu chế tạo là InGaN cho ánh sáng Linh kiện điện- quang NHATRANG UNIVERSITY Cấu tạo LED - Điện áp phân cực thuận cho LED lớn cỡ 2-3V - Dòng điện qua LED cỡ 15mA Đặc tuyến V-A Linh kiện điện- quang NHATRANG UNIVERSITY • Một số loại LED – LED đơn: Khi mắc LED phải chú ý mắc điện trở hạn dòng theo nguyên tắc VCC − U D R1 = ID – LED đôi: gồm 2 LED (thường có.. .Linh kiện điện- quang NHATRANG UNIVERSITY Điốt phát quang (LED): Linh kiện điện- quang NHATRANG UNIVERSITY • Cấu tạo LED cũng gồm một tiếp giáp p-n như điốt thông thường nhưng vật liệu chế tạo và nồng độ pha tạp thì khác Tùy thuộc vào vật liệu... Linh kiện điện- quang NHATRANG UNIVERSITY • Một số loại LED – LED 7 đoạn: Là 7 LED được nối với nhau theo kiểu Anot chung hoặc Katot chung, để hiển thị một số loại ký tự (thường là ký tự số) – LED ma trận: Là các LED được nối với nhau theo ma trận hàng, cột, LED sẽ sáng khi nó được cấp nguồn LED ma trận được dùng để hiển thị các ký tự NHATRANG UNIVERSITY Linh kiện điện- quang LED ma trận LED 7 đoạn Linh. .. khiển bằng điện áp đặt vào nó, do vậy ta có thể dùng điện áp để điều khiển ánh sáng khi qua lớp tinh thể lỏng NHATRANG UNIVERSITY Các linh kiện hiển thị Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Cấu tạo màn hình LCD: Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Cấu tạo màn hình LCD: – (6): Lớp nền: Cung cấp ánh sáng nền (ánh sáng trắng) có vô số phương phân cực khác nhau Thường là đèn huỳnh quang hoặc... tần số bằng v Linh kiện điện- quang NHATRANG UNIVERSITY • LASER bán dẫn – Cấu tạo của LASER cũng giống như LED nhưng có điểm khác là ở tiếp giáp p-n có buồng cộng hưởng Fabry-Perrot, nhằm giam giữ hạt mang điện và tạo ra bức xạ kích thích – Vật liệu chế tạo LASER là hợp chất của GaAs và tùy vào loại vật liệu sẽ quyết định bước sóng của ánh sáng phát ra Buồng cộng hưởng Bộ ngẫu hợp quang điện NHATRANG... Linh kiện điện- quang LED ma trận LED 7 đoạn Linh kiện điện- quang NHATRANG UNIVERSITY • LASER (Light Amplifier by Stimulated Emission of Radition) bán dẫn: Là linh kiện quang học tạo ra ánh sáng đơn sắc có tính liên kết về pha từ bức xạ tự phát của ánh sáng • Nguyên lý hoạt động của LASER dựa trên hiện tượng bức xạ kích thích: đó là quá trình hạt mang điện đang ở mức năng lượng kích thích bị cưỡng bức... điện tử CRT (Cathode Ray Tube) Vertical, Horizontal Deflecting: Hệ thống lái tia theo chiều ngang và theo chiều dọc Cathode: Phát xạ điện tử, bên trong nó có sợi đôt (Heater) Lưới điều khiển (control grid): Điều khiển sự hội tụ, và gia tốc cho dòng tia điện tử Các linh kiện hiển thị NHATRANG UNIVERSITY • Hiển thị tinh thể lỏng (LCD: Liquid Crystal Display): Dựa trên khả năng điều khiển độ sáng của tinh... ngang, chỉ cho ánh sáng có phương phân cực ngang đi qua – (2); (4): Điện cực trong suốt, được nối với tín hiệu đưa vào, có tác dụng điều khiển độ xoắn của lớp tinh thể lỏng – (1): Kính lọc phân cực dọc và lớp bảo vệ, chỉ cho ánh sáng có phương phân cực dọc đi qua – (3): Lớp tinh thể lỏng, độ xoắn của lớp tinh thể lỏng được điều khiển bởi điện cực (3), (5) • Nguyên lý hoạt động: – Ánh sáng trắng từ (6)→(5),