КЭТ Лабы Грязнов / 8 Лаба / КЭТ Лаба 8 Отчет
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра электронных приборов и устройств
отчет
по лабораторной работе №8
по дисциплине «Компоненты электронной техники»
Тема: Исследование светодиодов и фотодиодов
Студенты гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.
_________________ Бурчик Н.Е.
Преподаватель _________________ Грязнов А.Ю.
Санкт-Петербург
2022
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Ознакомление с основными параметрами светодиодов и фотодиодов, их измерение.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Светодиод – полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. При протекании через диод прямого тока происходит инжекция неосновных носителей заряда (электронов или дырок) в базовую область диодной структуры. Процесс самопроизвольной рекомбинации инжектированных неосновных носителей заряда, происходящих как в базовой области, так и в самом p–n-переходе, сопровождается переходом их с высокого энергетического уровня на низкий. При этом избыточная энергия выделяется в виде излучения кванта света. Для изготовления светодиодов используются следующие полупроводниковые материалы: фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC); твердые растворы: галлий–мышьяк–фосфор (GaAsP) и галлий–мышьяк–алюминий (GaAsAl), а также нитрид галлия (GaN), который имеет наибольшую ширину запрещенной зоны (ΔW > 3,4 эВ), что позволяет получать излучение в коротковолновой части видимого спектра вплоть до фиолетового.
На рис. 1.1 представлены несколько ВАХ для различных светодиодов. С некоторого порогового значения напряжения начинается резкий рост тока, что позволяет определить материал полупроводника.
Фотодиод – приемник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счет процессов в p–n-переходе.
Рис. 1.1. ВАХ для различных светодиодов. Рис 1.2. ВАХ фотодиода при различном освещении.
При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p–n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей – дрейфовым током.
Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p–n–перехода и емкостью p–n–перехода C. На рис. 1.2 представлена ВАХ фотодиода при различных световых потоках Ф; обратный ток фотодиода пропорционален световому потоку. Фотодиод может работать в двух режимах: фотогенератора без внешнего напряжения и фотопреобразователя с внешним обратным напряжением.
Одной из основных характеристик фотодиода является спектральная чувствительность, определяемая зависимостью фототока от длины волны падающего света. Со стороны больших длин волн она определяется шириной запрещенной зоны, с малых – поглощением и увеличением влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения. Фототок прямо пропорционален освещенности, т. е. практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.
Рис 1.3. Схема исследования яркости светодиодов.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1. Исследование зависимости яркости светодиодов от проходящего через них тока.
1.1. Расчет тока светодиодов:
(1.1)
Пример расчета для Uвх = 2 [В] красного фотодиода:
Таблица 1.1
Uвх, В |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
ILED красного светодиода, мА |
0 |
0,05 |
1,14 |
2,24 |
3,24 |
4,38 |
5,48 |
6,57 |
7,62 |
8,76 |
9,86 |
ILED желтого светодиода, мА |
0 |
0,09 |
1,1 |
2,14 |
3,38 |
4,38 |
5,47 |
6,57 |
7,57 |
8,6 |
9,81 |
ILED зеленого светодиода, мА |
0 |
0,05 |
1,1 |
2,14 |
3,24 |
4,3 |
5,43 |
6,52 |
7,57 |
8,62 |
9,76 |
ILED синего светодиода, мА |
0 |
0,05 |
0,71 |
1,86 |
2,81 |
3,91 |
5 |
6,14 |
7,24 |
8,29 |
9,43 |
1.2. Расчет тока фотодиода:
(1.2)
Пример расчета для Uвх = 2 [В] красного фотодиода:
Таблица 1.2
Uвх, В |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
Iб красного светодиода, мкА |
0 |
0,13 |
1 |
1,64 |
2,02 |
2,29 |
2,48 |
2,62 |
2,7 |
2,76 |
2,81 |
Iб желтого светодиода, мкА |
0 |
0,01 |
0,06 |
0,11 |
0,19 |
0,26 |
0,33 |
0,39 |
0,46 |
0,53 |
0,6 |
Iб зеленого светодиода, мкА |
0 |
0,011 |
0,03 |
0,06 |
0,09 |
0,13 |
0,17 |
0,21 |
0,24 |
0,28 |
0,32 |
Iб синего светодиода, мкА |
0 |
0,012 |
1,79 |
3,1 |
3,36 |
3,52 |
3,62 |
3,71 |
3,76 |
3,81 |
3,85 |
Рис 1.4. Зависимость яркости светодиодов от проходящего через них тока.
Рис 1.5. Зависимость напряжения фотодиода от освещенности.
ВЫВОД
В ходе обработки результатов измерения были рассчитаны ток светодиода и ток фотодиода. По полученным данным были получены графики зависимости яркости светодиодов от проходящего через них тока. Анализируя полученные графики, можно прийти к выводу, что синий светодиод обладает наибольшим током, а, следовательно, и яркостью. Яркость определяется интенсивностью, которая увеличивается с ростом тока. В данном случае эксперимент совпадает с теорией.
Также был построен график зависимости напряжения фотодиода от его освещенности. При равном значении сопротивления нагрузки с ростом освещенности растет значение напряжения на фотодиоде. Это явление также совпадает с теорией.