3.5.2 Памятка разработчику

В таблице 3.5 дается перечень крите­риев для правильного выбора светодиода.

Таблица 3.5 – Памятка разработчику [30]

Тип оборудования Наружное или внутреннее расположение индикатора Метод монтажа Освещенность окружающей среды Цвет светодиода Окружающий фон Угол обзора Расстояние наблюдения Тип фильтра (если он применяется) Другие используемые методы повышения контраста Другие критерии конструирования Типы потенциально применяемых светодиодов Необходимая сила света Ток IПР, требуемый для получения необходимой силы света Постоянный или импульсный ток возбуждения Напряжение UПР, соответствующее току IПР Тип схемы возбуждения Величина сопротивления токоограничивающего резистора

3.6 Электрическая модель светодиода

Эквивалентная схема светодиода приведена на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Электрическая модель светодиода

Время включения и время выключения излуче­ния p-n - перехода из арсенида галлия определяется временем жиз­ни неосновных носителей в p-слое и составляет около 1 нс. Однако, в реальных излучателях время световой реакции несколь­ко больше и зависит от уровня возбуждения и приложенного напряжения.

Светодиод из арсенида-фосфида галлия (GaAs_1-xP_x), полученного диффузией цинка в эпитаксиальную пленку n-типа с концентрацией носителей 2,7 10¹⁷ см^-3 и удельным сопротивлени­ем 0,014 Ом см имеет C_Д = 185 пФ при площади диода 0,25 мм², а последовательное сопротивление r_П примерно – 1 Ом.

Для светодиодов время задержки определяется как время, требуемое для достижения интенсивности излучения, соответству­ющей половине интенсивности для установившегося процессе. Оно составляет (5÷10) нс при токе возбуждения 10 мА и уменьшается до (2÷3) нс при токе возбуждения 100 мА. Увеличение время за­держки по сравнению с временем жизни неосновных носителей в несколько раз связано с емкостью C_Д, индуктивностью L (обусловленной подводящими проводниками) и активным сопротив­лением диода r_П. Сопротивление равно сумме сопротив­ления внешней цепи и последовательного сопротивления диода.

Емкость диода зависит от приложенного напряжения

, (3.5)

где С₀ – емкость при нулевом смещении;

U_ПР – прямое напряжение смещения;

U_К – напряжение контактной разности потенциалов;

 – коэффициент, зависящий от характера распределения примесей в диоде.

Диффузионная емкость составляет примерно 200 пФ при мак­симальном токе и быстро уменьшается при уменьшении тока. Ею можно пренебречь по сравнению с емкостью запорного слоя, сос­тавляющей примерно 1000 пФ. В соответствии с электрической моделью, полный ток через диод равен сумме реактивного тока I_С через емкость и тока I_Д через резистор r_Д. Ток через р-n - переход в стационарном режиме, равный току I_Д состоит из диффузионного тока I_ДИФ, определяющего величину излучения и рекомбинационного тока I_РЕК в области объемного заряда

(3.6)

, (3.7)

где m – коэффициент, зависящий от механизма рекомбина­ции.

Дифференциальное уравнение для напряжения на p-n - переходе при подключении напряжения U₀(t) имеет вид:

(3.8)

где Iд – ток диода в стационарном режиме.

Так как излучение из p-n - перехода пропорционально диф­фузионного току, переходная характеристика интенсивности све­та при любом зависящем от времени напряжении U₀(t) может быть получена решением уравнения и подстановкой значе­ния U_np(t) в уравнение (3.8).

В частности, проведены расчеты для следующих значений параметров

C_o =230 пФ  В^1/2 , U_К = 1,65 B,  = 0,5, I₀₁ = 2,2  10^-28 A,

I₀₂ = 2,2  10^-14 A, r_П = 51 Ом, L = 8 нГн, Т = 300 К.

Оценки показывают, что влияние индуктивности на время пере­ходного процесса сказывается при временах меньше 1 нс. Пере­ходной процесс аналогичен переходному процессу в линейной цепи с емкостью C_Д и сопротивлением r_П. Эксперименталь­но определенные задержки превышают теоретические, что объяс­няется влиянием диффузионной емкости, которая не учтена в рас­чете. Анализ показывает, что для увеличения быстродействия необходимо уменьшить внешнее сопротивление, площадь излучаю­щей поверхности, увеличивать плотность тока и напряжение сме­щения.