Электроника және импульсті техника

ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН ОБЛЫСЫНЫҢ БІЛІМ, ЖАСТАР
САЯСАТЫ ЖӘНЕ ТІЛДЕРДІ ДАМЫТУ БАСҚАРМАСЫ
«ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН ПОЛИТЕХНИКАЛЫҚ КОЛЛЕДЖІ»
АШЫҚ САБАҚ ӘЗІРЛЕМЕСІ
Тақырыбы:Фотодиодтың құрылымы, қолданылуы және жұмыс режимі
Мамандық: 130400- «Есептеуіш техника және ақпараттықжүйелер»
Әзірлеген : Бердімұратова НазираАлихайдарқызы
Пән: Электроника және импульсті техника
Сабақтың тақырыбы: Фотодиодтың құрылымы, қолданылуы және жұмыс
режимі
Сабақтың мақсаты:
Білімділік: оқушыларға фотодиодтың жұмысістеу принципін түсіндіре отырып,
фотодиодтың құрылымы мен қолданылуын түсіндіру
Дамытушылық:есте сақтау қабілетін дамыту, тақырыпқа ынта қоюға, оның
мақсатын, мазмұнын, болашағын түсініп, іс жүзінде асыра білуге дағдыландыру.
Тәрбиелік: әрбір істі саналы түрде орындауға тәрбиелеу.
Сабақтың түрі: аралас
Оқыту әдісі: топтық жұмыс түрі
Сабақтың көрнекілігі: кеспе қағаздар , плакат,слайдтар.
Сабақтың жабдығы: SMART интерактивті тақта,
Пәнаралық байланыс: Физика, электрорадиоматериалдар, математика
Сабақтың барысы:
1. Ұйымдастыру сәті ( 5 мин.):
2. Оқушылардың танымдық белсенділігін арттыру. Білімді бақылауды
ұйымдастыру (15 мин.)

Оңтүстік Қазақстан политехникалық колледжі
1
Ф ОҚПТКАшық сабақәзірлемесі
3. Жаңа сабақты түсіндіру (20 мин.)
4. Жаңа материалды пысықтау (35 мин.)
5. Сабақты қорытындылау. Бағалау және оны жариялау. ( 3 мин.)
6. Үй тапсырмасы (2 мин.)
I. Ұйымдастыру кезеңі(5мин):
1. Сабаққа қатысуын, дайындығын, формасын тексеру,журнал
толтыру.
2. Сабақтың мақсаттары, кезеңдері, атқарылатын жұмыс
түрлерімен таныстыру.
ІІ. Оқушылардың танымдық белсенділігін арттыру.
Білімді бақылауды ұйымдастыру:
1. Үй жұмысын қайталау(10мин)
1-кезеңСұрақтардың жауабына қарай топ үш топқа бөлінеді
Сұрақтар:
1. Екі электродты жартылай өткізгішті аспап
2. Грекше «екі шекті»-деген мағына беретін жартылай өткізгішті аспап
3. Екі электродты электровакуумдық аспап
4. газразрядты немесешалаөткізгішаспап
5. Электр және радиоэлектрондық аппараттарда айнымалы токты түзету үшін
қолданылатын аспап
6. детекторлеу, электр тербелістерін түрлендіру жартылай өткізгішті аспабы
7. Анод пен катодтан тұратын жартылай өткізгішті аспап
8. P-n типті өткішті екі электродты аспап

2
9. Стаблитронның бір түрі
10.Үш электродты шала өткізгішті аспап
11.Сигналдарды күшейтуге арналған шала өткізгішті аспап
12.Сигналдарды түрлендіруге арналған шала өткізгішті аспап
13.Коллектор, эмиттер, база электродтары бар шала өткізгішті аспап
14.Электр тербелістерін күшейтуге арналған шала өткізгішті аспап
15.Қандай шала өткізгішті аспап Ортақ База сұлбасымен жалғанады?
16.Қандай шала өткізгішті аспап Ортақ Эмиттер сұлбасымен жалғанады?
17.Қандай шала өткізгішті аспап Ортақ Коллектор сұлбасымен жалғанады?
18.жұмыстық токтың өзгеруі кіріс сигналы тудыратын транзистордың түрі
19.МДЖ транзисторы қай транзистор түріне жатады?
20.Бастау ,жаппа, құйма элктродтарынан тұратын шала өткізгішті аспап
21.Қандай шала өткізгішті аспап Ортақ Бастау сұлбасымен жалғанады?
22.Қандай шала өткізгішті аспап Ортақ Жаппа сұлбасымен жалғанады?
23.Қандай шала өткізгішті аспап Ортақ Құйма сұлбасымен жалғанады?
24.Униполярлы транзистордың екінші атауы
25. Жұмыстық токтың өзгеруі кіріс сигналы тудыратын шала өткізгішті аспап
26.Қандай шала өткізгіш аспап токты реттеушісі электрлік өріс арқылы жүзеге
асырылады.
2-кезеңҮй жұмысынқайталау үшін үш топ бір-біріне сұрақтар қояды.(5мин)
ІІІ. Жаңа сабақты түсіндіру(20 мин)
Фотодиодтың құрылымы.
Фотодиод-фотосезімтал аймағына түскен жарықты p-n өткелдегі процесстер
арқылы электр зарядынаайналдыратыноптикалық сәулелену құрылғысы.Жалпы
жағдайда фотодиод p-n өткізгіштік қасиетке ие, сәулеленген кезде ашық түрге

3
айналады. Сәуле түсіргенде p-n өткелінде электр зарядынтасымалдаушылар
(электрондармен кемтітіктер) генерацияланады, ол арқылы фотодиодтың
шықпасында кернеу пайда болады немесе тұйықталған тізбекте ток жүре
бастайды.Фотодиодтар жасалғанматериалына байланысты толқын ұзындығын
жарық ағынын инфрақызыл, оптикалық жәнеультракүлгін
диапазонындатіркелінеді.Фотодиодтар кремний, германий, арсенид галии,
арсенид галии индий және да материалдарданжасалынады.
Сұлбадабелгіленуі
Электр сұлбадафотодиодтардиодтарсияқтыбелгіленеді тек оғанбағытталғанекі
стрелка көрсетіледі. Стрелка фотодиодқатүсіптұрғансәуленісипаттайды.
Фотодиодтыңсұлбадабелгіленуі
1-сурет
Буржуу нұсқасы Отандық нұсқасы
1
2
3
4n
p
à)
n p
1
2
3
4 á)
2-сурет . Фотодиодтың ішкі құрылысы
а) p-n өткел жазықтығына жарық бумасы паралелл
б) p-n өткел жазықтығына жарық бумасы өзара перпендикуляр
1- n-облысының контакті; 2- p -облысының контакті; 3-шығыс; 4- p-n өткелі

4
Қазіргі кезде фотодиодтарды жасаған кезде басқасынан қарағанда p-n өткелі жиі
қолданылады , сондықтан осындай фотодиодтардың жұмысын қарастырамыз.
Фотодиодтар ішінде электронды (n-облыс) және кемтікті (р-облыс) өткізгішті
облыстары бар шалаөткізгішті материал пластинканы көрсетеді. Бұл облыстар
арасындағы шекараны p-n өткел контактісі деп аталады (1-сурет). Электронды
және кемтікті облыстар өздерінің көмегімен ішкі тізбекпен байланыс орнатыла
алатын және оларға жалғанған шығыстары бар түзетпейтін контакттармен
жабдықталған. Фотодиодтың сезімтал қабатын ішкі отрадан алдын ала қорғау
мақсатында ол лакпен немесе пластмассадан немесе метталдан жасалған
герметикалық корпуспен қапталады.
Орташа температура кезінде қоспа шалаөткізгіш мыналардан тұрады:

5
- Қоспа атомдарының термикалық қоздыру және меншікті шалаөткізгіш
атомдарының мейлінше аз санымен жасалғанған негізгі тасушыладың
қозғалмалы зарядтары;
- Меншікті шалаөткізгіштің термикалық қоздырылуы арқылы жасалған негізгі
емес тасушылардың қозғалмалы заряды;
- Қоспа иондарының қозғалмайтын зарядтыры.
Егер шалаөткізгіштің ішіндегі әртүрлі өткізгішті екі облыс шекаралас болса, онда
негізгі тасушы токтардың диффузиясы туындайды: электрондардың
диффузионды тоқтары n – областан p – обласқа (Inn тогы) және кемтітердің
диффузионды тоқтары p – областан n – обласқа (Ipp тогы) өтеді. Контактілер
жанындағы облыстар негізгі тасушылармен бірігеді. Бұл шекара жанында
иондалған қоспа атомдарының қозғалмайтын зарядтарымен жасалған көлемді
зарядтардың пайда болуына алып келеді ( 2-сурет).
p n
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
Ipp
Inp
Ipn
Inn
+
-
Î áúåì í ûé
çàðÿä
õ
+
+
+
+
+
+-
-
-
-
-
+-
Î áúåì í ûé
çàðÿä
õ
np
--
-
-
-
-
-
-
- ++
+
+
+
+
+
++
+ -
++
++
+
+-
-
-
-
-
+
-
Î áúåì í ûé
çàðÿä
õ
np
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
++
+-
-
+
+
++
+
+
++ +
+
+
+
+
+
- - -
-
- -
- -
-
-
-
--- -
á)
â)
ã)
ä)
å)
æ)
+
+
+
++
+--
-
- -
-
- î ñí î âí ûå í î ñèòåëè òî êà
- í åî ñí î âí ûå í î ñèòåëè òî êà
- + - í åï î äâèæí ûå çàðÿäû à)
-
+
+
-
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
+
+
++
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
+
+
++
+
--
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+ +
+
-
-
-
-
+
+
- +
- +
3 –сурет p-n өткелінің формалануы
Көлемді зарядтардың арасындағы арақашықтықтарының өлшемдеріне
байланысты негізгі тасушылардың диффузиясына кері әсер ететін электр өрісі
өседі( негізгі тасушыладың қозғалысынапотенциалды барьер пайда болады және
негізгі тасушылардың диффузион то азаяды). Бұр өрістің потенциалдар

6
айырымын Vk паотенциалдардың контактілі айырымы деп атайды, оның белгісі
контакті жанындағы облыстарының токтың негізгі тасушыларымен бірігуіне
сәйкес келеді. Тек энергиясы потенциалдық энергиядан көп болатын негізгі
тасушылар ғана потенциалды барьерлердің алдын алады (Ek=eVk, e – электрон
энергиясы).
Негізгі тасушылардың дифузионды тогымен қатар контактілі электр өрісі
жылдамдатылған болғандықтан оған қарама қарсы негізгі емес тасушылардың
дрейфтік тогы пайда болады. Кемтіктер n – областан р-облықа (Ipn тогы) өтеді, ал
электрондар р-облыстан n-облысқаөтеді (Inp тогы) өтеді. Потенциалдар контактілі
айырымы p-n өткелінен өткен негізгі және негізгі емес тасушыладың ағыны
динамикалық тепе-теңдікке жеткенше өсе береді:
;npnn IΙ  pnpp II 
(1)
Ішкі тізбекте ток болмаған кезде:
01  pnnpppnn IIIII
(2)

7
Фотодиодтың қолданылуы
Фотодиодтардығылым мен техниканың әр түрлі облыстарындақолданады. Бұл
фотодиодтың сезгіштігі , ультракүлгін және ультрақызыл областарындағы
спектрі, ток пен кернеудің аз мөлшерінде жұмыс жасау мүмкіндігі, әлсіз шум, көп
жылдық қызмет етуі, сондай ақ қарапайым сұлбада жұмыс жасай алатынын айта
кету керек.есептеуіш техникада фотодиодтар ақпараттардың кіріс және шығыс
құрылғыларында қолданылады. Ақпараттарды оқу жылдамдығы секундына 2000
таңба. Фотодиодтардыфототелеграфияда, киноаппарттарында, фотометрлі өлшеу
аспаптарында кеңінен қолданаылады.

8
4- сурет. Фотодиодтардың түрлері
5-сурет. Фотодиодтардың электроника қолданылуы
Соңғы жылдары фотодиодтарды автоматтандыру процесстерінде қолданылып
жүр. Фотодиодтарды кеңіне қолдану оптоэлектрониканың жылдам дамуына
әкелуде. Негізінен фотодиодтарды фотоидодты режимде қолданылады.
Әдеттте фотогенератор режимінде жұмыс жасаушы фотодиодтарды күн
энергиясын электртогына айналдырушы қорек көзі ретінде қолданады. Олар күн
элементі деп аталады, және күн батереясының құрамына кіреді.оларды космос
коарбілінде қолданады. Қазіргі таңда жердег болмайтын күн батереясын жасау
үстінде.күн батереясын жасуа үшін кремний, индий фосфиді, арсенид галий,
сульфид кадьми және тағы басқа жартылай өткізгіштер қолданылады.
Фотодиодтың жұмыс режимі

9
Кері тогы р-n өтпесінің жарықталынуына байланысты өзгеріп отыратын
жартылай өткізгішті диод фотодиод депаталады. Фотодиодтар екі түрлі жұмыс
әлпінде пайдаланады: сыртқы қорек көзінсіз фотогенератор ретінде және
сыртқы қорек көзімен фототүрлендіргіш ретінде.
6-сурет. Фотодиодтың жұмыс режимі
7-сурет. Фотодиодтыңқұрылысы (а) мен графикалықшарттыбелгісі (б).
Фотодиод, қарапайым диод секілді, бір р-n өтпесінентұрады.
Бірақтүйіспеніңауданыбасқадиодтарғақарағандаәлдеқайдаүлкенболады,
өйткенісәуле осы ауданға перпендикуляр түсуікерек (7-сурет). р-n

10
өтпесінетүскенсәулефотондарықоздыратынваленттікэлектрондарөткізгіштік
аймақка өтеді. Осыныңсалдарынанекіжартылайөткізгіште де заряд
тасушықосбөлшектердің (электрондар мен кемтіктердің) саны көбейеді.
Түйіспелікпотенциалдарайырымыныңәсерінен n-
түрліжартылайөткізгіштегінегізгіемес заряд тасымалдаушылар - кемтіктер р-
түрліжартылайөткізгішкеөтеді де, ал мұндағынегізгіемес заряд
тасымалдаушылар — электрондар n-түрліжартылайөткізгішке өтеді. Сөйтіп, n-
түрліжартылайөткізгіштеартықэлектрондар, ал р-
түрліжартылайөткізгіштеартықкемтіктерпайдаболады.
Бұлфотодиодтыңқысқыштарындапотенциалдарайырымын, яғнифотоэлектрлік
ЭҚК-тітудырады. Фотоэлектрлік ЭҚК-тіңмәнікөптегенфотодиодтарда 0,5...0,9
В шамасындаболадыжәнесәуле ағынынан тәуелді.
Бірақсәулеағыныбелгілібіршамағажеткенде р-n өтпесі заряд
тасымалдаушыларғақанығады да фотоэлектрлік ЭҚК оданәрі өспейді.
Фотогенераторәлпіндеістейтінфотодиодтаркүнсәулелерініңэнергиясынэлектрэн
ергиясынатүрлендіретінқореккөздеріретіндепайдаланылады.
Олардыкүнсәулелікэлементтердепатап, оларданкүн сәулелік батарея құрайды.
Бірақмұндайкүнсәулелікэлементтердіңпайдалыәрекеткоэффициентіөтетөмен —
20% шамасындағана.
Фотодиодтардыңнегізгіпараметрлеріболыпинтегралдықсезгіштігіжәнеқараңғыл
ықтогыесептелінеді.
Силицийденжәнегерманийданжасалғанфотодиодтардыңинтегралдықсезгіштігі
3 мА/лм және 20 мА/лм, ал қараңғылықтоктарысәйкесінше 1...3 мкА және
10....30 мкА шамасындаболады.
Фотодиодтарфотометрияда, фотоколориметриядажәнетелекескіндерді беру
құрылғыларындақолданылады.
IV Сабақты пысықтау(35 мин).

11
1-кезең
Жаңа сабақты түсіндіріп болған соң, үш топқа жаңа сабақта өтілген
тақырыпшаларды лекция түрінде қолдарына беріледі. Плакат студенттер
тарапынан түсіндіріледі. Үш топта түсіндіріп болған соң басқа топты
кеспкеқағазы арқылы бағалайды
1. Фотодиодтың құрылымы
2. Фотодиодтың қолданылуы

12
3. Фотодиодтың жұмыс принципі
2-кезең

13
Кеспе қағазы таратылады. Кеспе қағазына студенттер не білдім және не білгім
келеді деген сұрақтарға жауап жазылады
3-кезең
Шытырман әріптер. Шытырман әріптер арасынан пәнге байланысты сөздерді
табу
а р ы е Т н г у п в П
Щ У В ф О т о д и о Д
В Е А Х к Р А Ш З м О
Ы Е Ы Н Г А Т О М У Л
З Г О У К Н Ы Ж Ъ К О
П Е Ж К Р З Ф Н Й Е М
С т А Б Л И Т Р О Н И
У р Ы Ф Д С В У Я Л Б
Д и Н И С Т О Р В Ф Ю
С Н И А В О Ы Е П Ч Ж
С И П Г Е р С З У Я Щ
З С И З У Щ Э И П Е Г
Ж Т У Х Р О Ж С Р Н Ш
И о Ы Ъ Ы Ь Л Т Т Г Х
В р Ц Б Ф Т Е о О Щ Ъ
В н л Ю Л И К р Т Х Ы
4-кезең
Қызықты сұрақтар:
1. Тарақтағы искралар. Құрғақшашты кезейін тарақпен тарағанда тарақ пен
шаш арасындаэлектрлік искралар пайда болады. Қалай ойлайсыңдар, осы
искралардыңқуаты қандай?
Жауап: Шашты тарақпен тарағанда ұзындығыбірнеше миллиметр от
ұшқыны (искра) пайда болады. Бұндай от ұшқындарыныңпайда болу үшін
бірнеше мың волльт ток қуаты керек. Осындайқуатты ток кернеуімен өте
қуатты гидро және турбогенераторлар жұмыс істейді.

14
2. Бір бөлмеде 3 лампа бар, ал бұлардың қосқышы (включатель) басқа
бөлмеде. Лампалардың барлығы сөнік тұр. Лампалар тұрған бөлмеге бір рет
қана баруға болады. Қай қосқышқай лампаға тиесілі екенін бір рет қана
барыпкеліп қалай анықтауға болады?
Жауабы: Әуелібірқосқыштыбасып, 5 минуттайкүткенненсоң оны
сөндіріпбасқақосқыштыбасамыз.Бөлмегекелгендесөніптұрғанбірақыстықлампа
әуелгіқосыпөшіргенбіріншіқосқышқатиесілі. Жаныптұрғанлампа
екіншіқосқышқа, ал сөніпсуықболыптұрғанлампа
ештимегенүшіншіқосқышқатиесілі.
Ой толғау.Бүгінгі сабақта студенттер кеспе қағазға нені білді және не білгісі
келетінін білу. Келесі сабақта «нені білгім келеді» деген сурағына жауап беру.
Бағалау(3мин):
VІ. Үй тапсырмасын беру(2 мин):конспект
«Тексерілді:»Бақбергенов Қ.___________ Бердимуратова Н._________
(кафедра меңгерушісінің қолы)(оқытушының аты-жөні)

15

16

Электроника және импульсті техника

More Related Content

More from Айбек Қуандықұлы

Электроника және импульсті техника