Элементы индикации. Светодиоды с p-n переходами. Параметры. Включение

Излучатели света. Управляемые источники света излучают световой поток, яркость которого является функцией электрического сигнала. В основе работы излучателей света лежат следующие физические явления:

– температурное свечение (лампы накаливания);

– излучение при газовом разряде (ионизация инертного газа:

неона Ne или ксенона He);

– электролюминесценция (люминофоры);

– фотоэффект (инжекционные светодиоды).

Светодиодпредставляет собой излучающий p-n-переход, в котором свечение возникает при прохождении через переход прямого тока, сопровождающегося рекомбинацией электронов, инжектированных из n-эмиттера, с дырками p-базы в примыкающем к переходу слое, ширина которого определяется диффузионной длиной Ln. При переходе электронов из зоны проводимости в валентную зону происходит выделение энергии. Если ширина запрещенной зоны равна энергии фотона (фото́н — элементарная частица, квант электромагнитного излучения), происходит его излучение. Для этого конструкция базы должна быть оптически прозрачна. Яркость излучения зависит от величины прямого тока, а цвет – от материала полупроводника и состава примесей. Светоизлучающие диоды применяются как одиночные индикаторы, элементы матричных индикаторов, а так же для преобразования электрических сигналов в оптический в составе оптрона и в устройствах передачи сигналов по оптоволоконным каналам. Светодиоды имеют высокое быстродействие и работают на частотах до 1 ГГц.

Рисунок 2 – Принцип действия светодиода

Что бы правильно подключить светодиод в самом простом случае, необходимо подключить его через токоограничивающий резистор. Светодиод будет "гореть" только при прямом включении.

Рисунок 3 – Схема включения светодиода

Одним из основных параметров светодиодов является: яркость — величина, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности (измеряется в канделах на квадратный метр).

Рисунок 4 - Яркостная характеристика светодиода

Спектральная характеристика светодиода выражает зависимость интенсивности излучения от длины волны излучаемого света и дает представление о цвете свечения светодиода. Длина волны излучаемого света определяется разностью энергий двух энергетических уровней, между которыми происходит переход электронов на излучательном этапе процесса рекомбинации и определяется исходным полупроводниковым материалом и легирующими примесями.

Излучение светодиода также характеризуется диаграммой направленности (угол половинной яркости), которая определятся конструкцией светодиода, наличием линзы и оптическими свойствами защищающего кристалл материала (измеряется в градусах). Излучение светодиода может быть узконаправленным или рассеянным.

Основные параметры светодиодов зависят от окружающей температуры. С увеличением температуры яркость (сила света), а также падение напряжения на светодиоде уменьшается. Зависимость яркости от температуры практически линейная, в интервале рабочей температуры может изменяться в 2-3 раза. Промышленные светодиоды имеют сравнительно большой разброс параметров и характеристик от образца к образцу.

Зависимости тока от напряжения при прямом (синяя кривая) и обратном (красная кривая) включениях показаны на рисунке 5. Чем выше напряжение, тем выше значение тока (и тем выше яркость). Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется "рабочей" зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.

Рисунок 5 – Вольт-амперная характеристика светодиода

Характеристики светодиодов:

Квантовый выход— это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться). Внутренний квантовый выход для «хороших» кристаллов с мощным теплоотводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а для синих — 35%.

Светоотдача— количество излучаемых люменов на единицу потребляемой мощности люмен/ватт (лм/Вт). Этот параметр показывает, сколько энергии, поступающей на светодиод превращается в свет, а сколько в тепло. Чем выше этот параметр, тем лучше.

Световой поток — величина, характеризующая количество излучаемого (поглощаемого или отраженного) света. Световой поток представляет собой мощность излучения, оцененную с позиции его воздействия на зрительный аппарат человека. Единица светового потока — люмен (лм).

Параметры диода АЛ119А:

· время нарастания импульса излучения – не более 1000 нс;

· время спада импульса излучения – не более 1500 нс;

· постоянное прямое напряжение при i=300 мА – не более 3 В;

· постоянный максимально допустимый прямой ток при t <+85°C – 200 мА;

· температура окружающей среды –60 …+85°С.

Поиск по сайту: