Светодиоды

Светодиод – полупроводниковый диод, преобразующий электрическую энергию в энергию электромагнитного излучения в видимой инфракрасной или ультрафиолетовой областях спектра.

В качестве исходного материала при изготовлении светодиодов используют арсенид галлия (GaAs), фосфит галлия (GaP), карбит кремния (SiC).

Рис 1.29 Планарная Рис 1.30 Сферическая

конструкция конструкция

светодиода; светодиода; Сферическая конструкция используется для получения большей поверхности светоотдачи при наименьшей потере энергии за счет ее поглощения в толще полупроводника.

С ветодиоды характеризуются ВАХ с большим прямым падением напряжения, чем на кремниевом диоде.

Рис 1.31 ВАХ светодиода

Светодиоды содержат p–n–переход, который смещается внешним напряжением в проводящем направлении. При прохождении через диод прямого тока в прилежащих к переходу областях полупроводника происходит рекомбинация носителей зарядов – электронов и дырок. Рекомбинация электрона и дырки (рис. ) соответствует переходу электрона с электрического уровня Е_С на энергетический уровень E_ с меньшим запасом энергии. Так как у германия и кремния ширина запрещенной зоны сравнительно невелика (соответственно 0,72 и 1,12 эВ ), то выделяемая при протекании рекомбинационных процессов энергия поглощается в основном кристаллической решеткой полупроводника. Полупроводниковые материалы светодиодов имеют большую ширину запретной зоны (например для GaAs E=1,38 эВ). Поэтому в светодиодах часть освобождающейся энергии (при протекании рекомбинационных процессов) поглощается объемом полупроводника, а избыток излучается в виде квантов света в окружающее пространство и фиксируется зрительно.

Цвет свечения зависит от длины волны светового потока, которая в свою очередь определяется разностью энергий E_P энергетических уровней, между которыми осуществляется обмен:

,где =6,62 ·10^-34 Дж·с – постоянная Планка.

Схема включения светодиода в цепь приведена на рис.1.32:

Рис 1.32

Сопротивление резистора определяется:

, где - номинальный ток через светодиод, - напряжение на светодиоде при номинальном токе, - напряжение питания.

Светодиод характеризуется:

1. Номинальным током (десятки миллиампер);

2. Прямым напряжением (измеряется при номинальном токе и составляет 1-3,5 В);

3. Максимальным рассеиванием мощности ;

4. Длинной волны (на нее приходится максимум излучаемой энергии);

5. Спектральной характеристикой:

6. Силой света.

Светодиоды применяют для вывода информации в микроэлектронных устройствах, в качестве различного рода индикаторов, а также в качестве источников излучения в оптронах. В последние годы разработаны так называемые сверхяркие светодиоды, применяемые в качестве источников света.

Фоторезистор

Фоторезистор – полупроводниковый прибор, в котором используется явление фотопроводимости, т.е. изменение электропроводности полупроводника под воздействием света.

Рис 1.33. Обозначение фоторезистора

1 – полупроводник, материал;

2 – подложка (керамическая пластина);

3 – металлическая пластина;

Рис 1.34. Структурная схема фоторезистора

Если к неосвещенному фоторезистору подключить Е, то в цепи появиться небольшой ток , который называют тепловым. Этот ток обусловлен небольшим количеством носителей заряда, которые есть в полупроводнике. Ток в цепи освещенного фоторезистора существенно возрастает за счет увеличения концентрации свободных носителей заряда. Разность

Рис 1.35 этих токов называется фототоком:

Фоторезистор характеризуется:

1. ВАХ:

В АХ это зависимость фототока от напряжения на резисторе при различной освещенности.

Рис 1.36

2. Энергетической (световой) характеристикой:

Энергетическая характеристика – зависимость фототока от освещенности при различных напряжениях на фоторезисторе

Рис 1.37

3. Спектральной характеристикой:

Спектральная характеристика – зависимость фототока I_Ф от длины волны света, падающего на фоторезистор.

Рис 1.38

4. Постоянная времени ;

Это время, в течение которого ток фоторезистора изменяется в е раз относительно установившегося режима после освещения (затемнения).

5. Темновое сопротивление RT;

Это сопротивление затемненного фоторезистора.

6. Максимальное допустимое рабочее напряжение на фоторезисторе.