Тематический конструктор для изучения оптоэлектроники

Вашему вниманию предлагается обзор тематического конструктора NR08 «Оптоэлектроника» компании Мастер Кит, предназначенного для детей в возрасте от 10 до 14 лет, а также для всех, кто интересуется электроникой и готов начать ее изучение с самого начала.

Оптоэлектроника — это отрасль электроники, посвященная теории и практике создания приборов и устройств, основанных на преобразовании электрических сигналов в оптические и наоборот.

Оптоэлектронный прибор — это сочетание источника и приемника излучения. В качестве источника излучения применяют светодиоды на основе GaAs (арсенида галлия), в качестве фотоприемников — фотодиоды и фототранзисторы на основе Si (кремния). Отличительной и особенностью оптоэлектронных приборов от других является то, что элементы в них связаны оптически, а электрически изолированы друг от друга. Благодаря этому легко обеспечивается согласованность высоко- и низковольтных, а также высокочастотных цепей.

Оптоэлектроника развивается по двум независимым направлениям:

- оптическое;

- электронно-оптическое.

Оптическое направление базируется на эффектах взаимодействия твердого тела с электромагнитным излучением (голография, фотохимия, электрооптика).

Электронно-оптическое направление использует принцип фотоэлектрического преобразования при внутреннем фотоэффекте с одной стороны, и фотолюминесценции — с другой (замена гальванической и магнитной связи на оптическую, оптоволоконные линии связи).

Важнейшими оптоэлектронными приборами, устройствами и системами можно назвать следующие.

Индикаторы представляют собой электрически управляемые приборы, предназначенные для визуального отображения информации. Они широко применяются во многих устройствах, например электронных часах, микрокалькуляторах, приборных щитах автоматизированных систем управления, автомабилей, самолетов и т.д. Выпускаются полупроводниковые (светодиодные), жидкокристаллические, вакуумные катодолюминесцентные и газоразрядные индикаторы. Разрабатываются плоские экраны телевизионного типа с лучшими, чем у современных цветных кинескопов, эксплуатационными, эргономическими и экономическими показателями.

Приемники изображения (фотоприемники) как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах предназначены для преобразования изображений в последовательность видеосигналов. Их используют в телевизионных передатчиках, в фототелеграфии, в ЭВМ для считывания входной информации, в приборах контроля технологических процессов и др.

Солнечные батареи представляют собой матрицы фотоэлементов на основе p-n переходов или гетеропереходов, предназначенные для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Оптоэлектронные датчики – приборы, преобразующие различные физические воздействия (температуру, давление, влажность, ускорение, магнитное поле и др.) в электрические сигналы. Широкое распростронение получили лазерные и светодиодные датчики влажности и загрязнения атмосферы. Их принцип действия основан на селективном поглащении излучения регистрируемыми веществами. Перспективны волоконно-оптические датчики, в которых внешние воздействия изменяют характеристики оптического сигнала (фазу, амплитуду, поляризацию).

Оптопары состоят из полупроводниковых излучающего и фотоприемного элементов, между которыми имеется оптическая связь. Кроме того, обеспечивается электрическая изоляция между входом и выходом. Микроэлектронный прибор, содержащий одну или несколько оптопар и выполняющий определенную функцию преобразования, обработки и передачи сигнала, называют оптоэлектронной микросхемой. Оптопары применяют в микроэлектронной и электротехнической аппаратуре для электрической развязки при передаче сигналов, бесконтактной коммутации сильноточных и высоковольтных цепей, в устройствахрегулирования и контроля.

Оптические системы передачи и обработки информации. Форма представления информации в виде оптических сигналов по сравнению с другими ее формами (в частности, в виде электрических сигналов) имеет ряд важных преимуществ. Частота колебаний в оптическом диапазоне на 3…5 порядков выше, чем в радиотехническом. Это позволяет во много раз повысить пропускную способность линии связи (скорость передачи информации) за счет увеличения шириныспектра модулирующих частот (до нескольких гигагерц) и одновременной передачи сигналов по одному каналу на нескольких несущих частотах. Использование в качестве носителя информации электрически нейтральных фотонов обеспечивают: идеальную электрическую развязку оптоэлектронного элемента связи, однонаправленность передачи и отсутствие влияния приемника на передатчик, высокую помехозащищенность оптических каналов связи вследствие невосприимчивости фотонов к воздействию электромагнитных полей, отсутствие влияния паразитных емкостей на длительность переходных процессов в канале связи и отсутствие паразитных связей между каналами.

Для того, чтобы дать представление об оптоэлектронике, как о важнейшей отрасли электронной промышленности, и был разработан конструктор NR08.

Эксперименты Конструктора "Оптоэлектроника" охватывают  большое  количество  современных  оптоэлектронных элементов: светодиоды, светодиодные индикаторы, фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, оптопары и многие другие электронные компоненты.

Из этих экспериментов вы узнаете много важного и интересного о свойствах оптоэлектронных компонентов, о принципах их работы и взаимодействия, рассчитаете необходимые для их правильной работы параметры; поймете, почему оптоэлектронные компоненты являются неотъемлемой частью многих электронных приборов.

Традиционная брошюра конструктора включает в себя подробное описание десяти экспериментов с распространенными оптоэлектронными приборами. На 150 страницах понятным для ребенка языком описаны основы теории и расчетов, принципов работы оптоэлектронных компонентов, а также практические эксперименты с этими приборами.

Все опыты тщательно разработаны с учетом возраста, на который рассчитан конструктор (от 10 лет) и не требуют присутствия взрослых при их проведении. Напряжение питания схем не превышает 9 вольт и совершенно безопасно.

Приведем оглавление обучающего пособия:

Введение                                                                                                                                  

Техника безопасности                                                                                                                      

Список компонентов                                                                                                                      

Перечень графических обозначений                                                                                           

Правила пользования макетной платой                                                                                     

Правила подключения источника питания к макетной плате                                                  

ЭКСПЕРИМЕНТ № 1. Светодиоды. Последовательное включение в схему                            

ЭКСПЕРИМЕНТ № 2. Светодиоды. Параллельное и комбинированное включение в схему 

ЭКСПЕРИМЕНТ № 3. Мигающий светодиод                                                                                           

ЭКСПЕРИМЕНТ № 4. RGB светодиод. Схемы включения                                                                 

ЭКСПЕРИМЕНТ № 5. Движущийся огонек на светодиодах                                                   

ЭКСПЕРИМЕНТ № 6. Семисегментный индикатор. Схемы включения                                   

ЭКСПЕРИМЕНТ № 7. Фоторезистор. Фотодиод. Фототранзистор                                               

ЭКСПЕРИМЕНТ № 8. Оптопара.Схемы включения                                                                        

ЭКСПЕРИМЕНТ № 9. Фотореле                                                                                              

ЭКСПЕРИМЕНТ № 10. Индикатор освещенности на фототранзисторе                                  

Приведем также список компонентов конструктора, который дает возможность оценить технические возможности набора и полноту представления электронных компонентов.

Все компоненты разложены в индивидуальную тару, что позволяет легко определить, что за деталь вы держите в руках и как ее установить в схему.

А вот так выглядят страницы обучающего пособия с описанием схемотехнических обозначений оптоэлектронных приборов:

Обозначения даны в соответствии с действующими стандартами – это позволит с легкостью читать принципиальные схемы полученные из любого источника.

Монтаж компонентов в процессе проведения экспериментов производится на беспаечной монтажной плате, что позволяет многократно использовать детали и собирать из них не только те схемы, которые описаны в пособии, но и множество других, в том числе и сконструированных самостоятельно.

Конструктор будет отличным подарком всем, кто хочет начать освоение современной электроники, без которой мы уже не представляем нашу жизнь.

Также вы можете ознакомиться с видеоматериалами по тематическим и другим конструкторам Мастер Кит:

Подписывайтесь на наши новости, чтобы всегда быть всегда в курсе новинок и специальных предложения на сайте компании Мастер Кит.