Вольтамперные характеристики светодиода


Вольтамперные характеристики светодиодов

Современные светодиоды

В этой главе обсуждаются электрические свойства р-п-переходов. Основные соотношения приводятся без подробного вывода. Рассмат­риваются резкие р-п-переходы с концентрациями доноров Nd и ак­цепторов N. Все примеси считаются полностью ионизированными, т. е. концентрация свободных электронов п = Nd, а концентрация свободных дырок р = TVa - Предполагается, что случайные включения и дефекты не компенсируют специально введенные примеси 9.

В равновесии в окрестности р-п-перехода электроны со стороны материала n-типа диффундируют от доноров в область p-типа, где они, встречая дырки в больших концентрациях, рекомбинируют с ними. Аналогичные процессы происходят с дырками, диффундирующими в область n-типа. В результате этого область в окрестности р-п-перехода оказывается обедненной свободными носителями, поэтому она так и называется — обедненная область.

При отсутствии свободных носителей в обедненной области един­ственными заряженными центрами в ней являются ионизированные доноры и акцепторы. Эти легирующие примеси образуют заряженные области, донорную — на стороне n-типа и акцепторную — на стороне p-типа. Такая область пространственного заряда формирует разность потенциалов, называемую контактной разностью потенциалов V&:

VD = ^ln^_N£> (4.1)

е пі

где Na и Nd — концентрации акцепторов и доноров, щ — собствен­ная концентрация носителей в полупроводнике. На зонной диаграмме (рис. 4.1) показана контактная разность потенциалов. Это потенциаль­ный барьер, который должны преодолеть свободные носители тока для попадания в нейтральную область с проводимостью противоположного типа.

Рис. 4.1. Состояние р-п-перехода: а —при нулевом смещении, б—при прямом смещении. При прямом смещении р-п-перехода неосновные носители тока диффундируют в нейтральные области, где рекомбинируют с основными носи­телями

eVD-eV

Ширина обедненной области, ее заряд и контактная разность по­тенциалов связаны уравнением Пуассона. Зная контактную разность потенциалов, можно определить ширину обедненного слоя:

wa = 0<y-vD).(±- + 1L)

где є = єг ■ є о — диэлектрическая проницаемость полупроводника, а V — напряжение на диоде.

Обедненная область обладает высоким сопротивлением, поскольку в ней мало свободных носителей. Внешнее напряжение в зависи­мости от приложенной полярности позволяет либо увеличить, либо уменьшить потенциальный барьер р-п-перехода. При прямом смеще­нии электроны и дырки инжектируются в области с проводимостями противоположных типов, что приводит к увеличению тока. Носители диффундируют в области с противоположным типом проводимости, где они рекомбинируют, испуская фотоны (в случае излучательной рекомбинации).

Первым вольтамперную (I-V) характеристику р-п-перехода описал Шокли, поэтому выражение для /-^-характеристики тонкого резкого

р-п-перехода иногда называют уравнением Шокли. Для диода с пло­щадью поперечного сечения А оно имеет вид

1 = «Л ( № ■ £ + ./^ . і ) ■ (є*/** - 1). (4.3)

где DniP и тПф — коэффициенты диффузии и времена жизни для элек­тронов и дырок — неосновных носителей.

При обратном смещении диод входит в режим насыщения по то­ку. Величина тока насыщения определяется коэффициентом, стоя­щим в уравнении Шокли перед экспоненциальной функцией. Поэтому вольтамперная характеристика р-п-перехода при обратном смещении (V < 0) имеет следующий вид:

При прямом смещении р-п-перехода напряжение V на диоде обыч­но намного больше величины кТ/е, поэтому [exp(eV/kT) — 1] « ж ехр(eV/kT). Используя выражение (4.1), получаем уравнение Шокли для диода при прямом смещении в виде

! = еА (JK. NA + yjK. Nd^J. ee(v-vD)/kT (4 5)

Показатель экспоненциальной функции в формуле (4.5) свидетельству­ет о том, что при приближении напряжения на диоде к контактной

разности потенциалов, т. е. при V и Vd, ток через переход резко

возрастает. Напряжение, при котором происходит резкое увеличение тока, называется пороговым напряжением. Очевидно, что это напря­жение Кор. ~ Vd-

На зонной диаграмме невырожденного р-п-перехода (см. рис. 4.1) показано, что уровень Ферми находится на определенном расстоянии от границ валентной зоны и зоны проводимости. Величина разности энергий между уровнем Ферми и границами этих зон определяется статистикой Больцмана:

Ес — Ер ~ —кТ In зона п-типа, (4.6)

Nc

Ер — Еу — —кТ In - Jr - зона р-типа. (4.7)

IV v

Зонная диаграмма показывает, что следующая сумма энергий равна нулю:

eVo — Eg + (Ер — Еу) + {Ес — Ер) = 0. (4.8)

В легированных полупроводниках расстояние между уровнем Фер­ми и границами соответствующих зон намного меньше ширины запре­щенной зоны, т. е. со стороны области n-типа Ес — Ер - С Ед, а со стороны области p-типа Ер — Еу <С Ед. Кроме того, из выражений (4.6) и (4.7) следует, что эти величины почти не зависят от кон­центрации примесей (логарифмическая зависимость). Поэтому можно пренебречь третьим и четвертым слагаемыми в уравнении (4.8), и для оценки контактной разности потенциалов (и порогового напряжения) использовать следующее выражение:

Кюр. * VD и Ед/е. (4.9)

На рис. 4.2 представлены вольтамперные характеристики разных по­лупроводниковых материалов, для которых приведены значения ши­рины запрещенной зоны. Видно, что для этих материалов пороговые напряжения, полученные из экспериментальных зависимостей, прибли­зительно равны значениям Ед.

Т = 295 К

а — Ge Ец = 0,7 эВ

б - Si Ед = 1,1 эВ

в-GaAs 1,4 эВ

г-GaAsP Ед = 2,0 эВ

d — InGaN Eg = 2,9 эВ

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Напряжение на диоде V, В

Рис. 4.2. Вольтамперные характеристики р-п-переходов разных полупроводни­ковых материалов, полученные при комнатной температуре

На рис. 4.3 показана зависимость прямого напряжения на диоде от ширины запрещенной зоны при токе через диод 20 мА для светодиодов ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Прямая линия, построенная по уравнению (4.9), соответствует пред­полагаемым значениям прямого напряжения. Из рис. 4.3 следует, что характеристики большинства полупроводниковых светодиодов лежат на этой линии. Исключение составляют светодиоды на основе нитри­дов III группы. Для объяснения этих отклонений имеется несколько причин:

— для нитридных систем характерны флуктуации ширины запрещен­ной зоны, что может приводить к дополнительным падениям напря­жения;

А=2,01,5 1,2 0,9 0,7 0,6 0,5 0,45 0,4 0,35 мкм

Ширина запрещенной зоны Ef эВ

Рис. 4.3. Типичная зависимость прямого напряжения на диодах от ширины запрещенной зоны для разных типов светодиодов (Krames, 2000; Emerson,

2002)

— для этих систем недостаточно отработана технология нанесения контактов, что также приводит к повышению падения напряжения на них;

— материалы типа GaN обычно обладают низкой проводимостью р-типа;

— в буферных слоях го-типа часто происходит паразитное падение напряжения.

Для того чтобы провести электричество, нужно, в первую очередь, сделать заявку председателю гаражного кооператива. В заявке нужно указать, какую мощность будет потреблять ваше оборудование. За подключение электричества вам предъявят счет, …

Самый простой способ создать праздничное настроение — украсить квартиру и елку яркими новогодними гирляндами. В последнее время очень популярным стало развешивать на балконах в многоквартирных домах светящиеся занавеси, а в …

Светодиодные ленты сегодня используются для решения различных задач по обеспечению функциональной и декоративной подсветки. Они выпускаются в большом ассортименте. Отличаются такие изделия длиной, мощностью, интенсивностью свечения, цветом диодов. Для их …

msd.com.ua

Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика. Пробои p-n перехода

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.

Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.

По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.

Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.

На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:

Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.

Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.

На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:

1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.

Прямое включение диода. Прямой ток.

Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.

При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их взаимное поглощение или рекомбинация.

Например. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками. Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.

Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области. А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа. Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.

Обратное включение диода. Обратный ток.

Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.

В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода (Iобр). Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.

Прямое и обратное напряжение диода.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).

При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.

Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод. В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.

Например. Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют выпрямительными.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).

Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр).

При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.

Например. При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равен 50mA (точка «а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток возрастает до 150mA (точка «б» на графике).

Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника. И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения (радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки. Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.

У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:для германиевых — 1В;для кремниевых — 1,5В.

При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток увеличивается незначительно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.Например. Возьмем диод с параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, где:

Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;Iобр max – максимальный обратный ток, мкА.

При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как незначительно растет обратный ток (точка «в» на графике). Но при дальнейшем увеличении напряжения, свыше максимального, на которое рассчитан p-n переход диода, происходит резкое увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как следствие, наступает пробой p-n перехода.

Пробои p-n перехода.

Пробоем p-n перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. В свою очередь, электрический пробой разделяется на туннельный и лавинный пробои.

Электрический пробой.

Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой является обратимый, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Например. В таком режиме работают стабилитроны – диоды, предназначенные для стабилизации напряжения.

Туннельный пробой.

Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения своей энергии. Тонкие p-n переходы возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может находиться в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).

Для туннельного пробоя характерен резкий рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – обычно несколько вольт. На основе этого эффекта работают туннельные диоды.

Благодаря своим свойствам туннельные диоды используются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.

Лавинный пробой.

Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.

Диоды, в которых используется эффект лавинного пробоя используются в мощных выпрямительных агрегатах, применяемых в металлургической и химической промышленности, железнодорожном транспорте и в других электротехнических изделиях, в которых может возникнуть обратное напряжение выше допустимого.

Тепловой пробой.

Тепловой пробой возникает в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.

При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет. Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними. Возникает вероятность перехода электронов в зону проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При плохих условиях теплоотдачи от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.

На этом давайте закончим, а в следующей части рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.

sesaga.ru

Характеристики светодиодов

Энергетика Характеристики светодиодов

просмотров - 65

Зависимость интенсивности излучаемой светодиодом энергии (силы света) от длины волны, принято называть спектральной характеристикой. Она имеет максимум на некоторой длинœе волны , которая определяет цвет свечения.

Рис. 6.1. Спектральные характеристики и обозначение

светодиодов на электрических схемах.

Вольтамперная характеристика светодиода (рис. 6.2) похожа на характеристику обычного полупроводникового диода.

Рис. 6.2. Вольтамперные характеристики светодиодов.

Ее особенность состоит в том, что величины прямых напряжений могут достигать нескольких вольт (из-за большой ширины запрещенной зоны полупроводников), а обратные напряжения невелики вследствие малой толщины p-n перехода. При электрическом пробое (на обратной ветви ВАХ) вследствие ударной ионизации в объеме p-n перехода также может возникнуть излучение электромагнитной энергии. При этом, его интенсивность в таком режиме мала.

Яркостная характеристика представляет собой зависимость яркости излучения от величины прямого тока. Яркость определяется отношением силы света к площади светящейся поверхности. Примерный вид такой характеристики приведен на рис. 6.3. Ее загибы на начальном и конечном участках объясняются тем, что при малых и больших токах увеличивается вероятность безызлучательной рекомбинации.

Рис. 6.3. Яркостная характеристика светодиода.

В отличие от ламп накаливания, светодиоды являются очень быстродействующими, безынерционными приборами. Οʜᴎ могут переключаться, излучая и не излучая свет с частотами в миллионы раз в секунду.

Ряд параметров, которыми характеризуются светодиоды, аналогичны параметрам обычных диодов: прямое напряжение при заданном прямом токе, максимально допустимый прямой ток, обратное напряжение и максимальная мощность рассеивания. Кроме этого используется и дополнительные параметры, характеризующие светодиод, как излучательный прибор: длина волны максимума излучения или цвет свечения, яркость или сила света при заданном прямом токе (для инфракрасных диодов используется показатель мощности излучения), диаграмма направленности и т.п.

Основные области применения светодиодов – системы отображения информации и передачи данных. Светодиоды могут выпускаться с самыми различными конфигурациями корпусов в виде кружков, треугольников, полосок, наборов сегментов для отображения цифровой информации и т.п.

В современных светодиодах используются так называемые гетеропереходы, которые возникают при контакте разнородных полупроводников с отличающимися значениями запрещенных зон. Работы в этом направлении проводились лауреатом Нобелœевской премии Ж.И. Алферовым и позволили создать супер яркие светодиоды с диапазоном длин волн излучения вплоть до синœего и ультрафиолетового.

Такие светодиоды находят применение в системах электронных табло, светофорах и т.п. Светодиоды с белым цветом свечения представляют собой комбинацию в одном корпусе кристаллов, излучающих разные цвета͵ смешивание которых обеспечивает получение белого.

Читайте также

  • - Характеристики светодиодов

    Зависимость интенсивности излучаемой светодиодом энергии (силы света) от длины волны, называется спектральной характеристикой. Она имеет максимум на некоторой длине волны , которая определяет цвет свечения. Рис. 6.1. Спектральные характеристики и обозначение ... [читать подробенее]

  • oplib.ru

    Лекция №7 Тема: «Продолжение». Фототеристоры. Вольтамперные характеристики

    скачать Лекция №7

    Тема: «Продолжение». Фототеристоры.

    Вольтамперные характеристики.

    Фотоприемный прибор имеющий три или более ПН перехода, вольтамперная характеристика которого имеет участок отрицательного дифференциального сопротивления, называется фототеристором.

    На приведенном рисунке изображена структура фототеристора с тремя ПН переходами. Крайней области такой структуры называются эмитрами, а примыкающие к ним переходы называются эмиторными. Центральный переход называется коллекторным. Между переходами находится базовые области П и Н. Электрод обеспечивающий контакт с эммитром называется катодом, а с П эмитром – анодом.

    Теристор может находиться в одном из двух устойчивых состояний. В соответствующих точках выше – теристор открыт, ниже – закрыт. Переход из одного состояния в другое происходит скачком. На участке АБ состояние прибора неустойчиво. Скачок происходит, когда направление напряжения на управляющих электродах или освещенность превышает некоторое пороговое значение. При переходе сопротивления фоторетеристора и ток через него изменяются в 10 в 6 – 7 раз.

    Таким образом фототеристоры имеют очень большое коэффициент усиления по току и по мощности. Из схемы вольтамперной характеристики следует, что с ростом освещенности напряжение срыва уменьшается. Светодиоды. Источники искусственного света.

    1 – зеленый 2 – инфракрасный излучающие диоды.

    3 и 4 – лампы накаливания с вольфрамовой нитью.

    Для 3 температура 2500 кельвин, для 4 2400 кельвин.

    5 – неоновая лампа.

    Традиционно к источникам искусственного света для бытового и промышленного освещения относили электрические лампы накаливания, люминесцентные лампы, газоразрядные и неоновые лампы. Излучение этих источников лежит в широком диапазоне длин волн спектра, значительная часть которых находится за пределами видимой области. Развитие полупроводниковой электроники позволило включить в этот перечень новые источники света, а именно светоизлучающие диоды.

    Как ясно из рисунка, отличительной особенностью этих полупроводниковых приборов, что создаваемое ими излучение лежит в весьма узком спектральном диапазоне. Параметры светодиодов.

    Сила света. Излучаемый диодом световой поток приходящийся на единицу телесного угла в направлении перпендикулярной плоскости излучаемого кристалла указывается при заданном значении указанного тока измеряется в канделах.

    Яркость излучения (L).

    Величина равная отношению силы света к площади светящейся поверхности. Измеряется в канделах на квадратный метр, при заданном значении тока через диод.

    Постоянное прямое напряжение.

    Значение напряжения на светодиоде при протекании постоянного прямого тока.

    Максимально допустимый постоянный прямой ток.

    Максимально допустимое значение постоянного прямого тока при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе диода.

    Максимальное допустимое обратное напряжение приложенного к диоду, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе.

    Максимально допустимое обратное импульсное напряжение – максимальное пиковое значение напряжения на светодиоде, включая как однократные выбросы так и периодически повторяющиеся.

    Максимальное спектральное распределение – длина волны излучения соответствующая максимуму спектральной характеристики светодиода. Характеристики светодиодов.

    Цвет свечения характеризуется спектральными характеристиками излучения диодов. Диоды на основе фосфита галлия имеет спектральные характеристики с двумя выраженными максимумами в красном и зеленом спектре. В зависимости от количества активирующих примесей, внедренных в структуру излучающего кристалла при его изготовлении, соотношение между значениями максимума изменяется в сторону красного или зеленого света. При достижении этого соотношения 10 к 1 и выше получается красный или зелены цвет излучения. При соотношении максимумов 10 к 4 получаются фотодиоды желто-оранжевого цвета свечения. Излучения диодов характеризуются диаграммой направленности, которая определяется конструкцией диода, наличием линзы, оптическими свойствами защищающего кристалл-материала, излучение светодиодов может быть узконаправленным или рассеянным.

    Эффективность работы характеризуется зависимостями параметрами оптического излучения от прямого тока через элемент и от длины волны излучения. Эта зависимость называется излучательной характеристикой или ясностью.

    В качестве параметра электрического режима, выбран прямой ток, а не напряжение на нем. Это связано с тем, что у светодиодов ПН переход включается в прямом направлении и его электрическое сопротивление мало. При малых токах велика доля рекомбинации составляющих тока, с ростом прямого тока, поток излучения быстро увеличивается. Дальнейшее увеличения прямого тока приводит к постепенному насыщению центров люминесценции. Поэтому при определенном токе, излучательная характеристика имеет максимум. Максимум излучения зависит от площади и геометрии излучающего ПН перехода и размеров электрических контактов.

    Вольтамперная характеристика светодиодов.

    Различия прямых ветвей вольтамперной характеристики связаны с разницей в ширине запрещенной зоны применяемых материалов. Чем меньше длина волны излучения, тем больше прямое падение напряжения на светодиоде и потеря электрической энергии в нем. Обратные ветви вольтамперной характеристики имеют малое допустимое обратное напряжение так как ширина ПН перехода в светодиоде не велика. При работе в схемах с большими обратными напряжениями последовательно со светодиодом включают обычный диод.

    Определение и оценка параметров светодиодов.

    Основные параметры светодиодов зависят от температуры. Зависимость яркости от температуры практически линейна. С увеличением температуры яркость уменьшается. В интервале рабочих температур может изменятся в 2, 3 раза.

    Светодиоды обладают высоким быстродействием. Излучение нарастает за время менее 10 наносекунд после подачи импульса прямого тока.

    Светодиоды излучают свет видимого спектра, когда через них протекает электрический ток. Приборы в металлическом корпусе со стеклянной линзой обеспечивают направленное излучение света, а изготовленные в пластмассовых корпусах, выполненных из оптически прозрачного компаунда, создает рассеянное излучение. Цвет (длина волны) излучения определяется использованными материалами, количество света излучаемого светодиодом зависит от тока возбуждения и быстро увеличивается с ростом плотности тока.

    Положение точки перегиба любой из кривых на рисунке непосредственно связаны с шириной запрещенной зоны. И для красных светодиодов соответствует меньшему прямому падению напряжения. Динамическое сопротивление красных светодиодов может быть равно 1 – 2 Ома. В то время как, для материалов дающих более коротковолновое излучение, оно дает 7 – 15 Ом.

    Тема для доклада: «Особо яркие светодиоды». Срок службы светодиодов.

    Поскольку светодиод является твердотельным прибором, срок его службы должен превышать долговечность оборудования, где он установлен. Однако чрезвычайно медленная диффузия в примеси кристаллического полупроводникового соединения на ряду с другими, не совсем ясными, механизмами приводит к тому, что с течением времени световой поток несколько уменьшается. Как правило срок службы светодиодов определяется как время за которое световой поток понижается до 50% от своего первоначального значения. Для светодиодов с излучением в видимом диапазоне обычно приводится срок службы до 11 лет. Скорость деградации так же зависит от выбранного рабочего тока. Его снижение уменьшает деградацию и увеличивает срок службы.

    Ограничение тока.

    Схема включения светодиода

    Зависимость силы света от тока.

    Зависимость прямого тока от прямого напряжения.

    Как видно из приведенных кривых, при достижении точки перегиба, прямой ток резко возрастает при небольшом увеличении прямого напряжения.

    Для ограничения тока последовательно со светодиодом должен быть включен резистор. Этим обеспечивается эксплуатация светодиодов равным или меньшем заданным техническим условиям. Если несколько светодиодов подсоединяются параллельно через общий резистор, непосредственно к одному и тому же стабилизированному источнику питания, то прибор с наименьшим прямым напряжением будет отбирать большую часть тока. В результате его световой поток заметно превысит световой поток других светодиодов. Для того, чтобы с каждым светодиодом подключить отдельный ограничивающий резистор.

    Достоинства твердотельных излучателей.

    Благодаря малому рабочему напряжению, току и потребляемой мощности сопряжение светодиодов с электронными схемами возбуждения, осуществляется проще, чем в случае ламп накаливания или газоразрядных источников тока. Жесткие геометрические корпуса обеспечивают высокую ударную и вибрационную прочность светодиодов, что позволяет использовать их при таких жестких условиях воздействия окружающей среды, которые не выдерживаются другие источники света. Применение твердотельных материалов для изготовления светодиодов обеспечивает больший срок службы, что увеличивает общую надежность и уменьшает расходы на эксплуатацию оборудования, где светодиоды установлены. Широкая гамма цветов излучения светодиодов от красного до оранжевого, зеленого, дает разработчикам разнообразные области их применения.

    Светодиоды отличаются низким уровнем собственных шумов и высокой помехоустойчивостью, быстротой и стабильностью отклика на воздействие управляющей схемы. При этом они не создают бросков тока и не имеют периода разогрева.

    скачать

    nenuda.ru


    Смотрите также