2 Лабораторная работа оэ2 Исследование формирователей возбуждающих напряжений светодиодов
2.1 Цель работы
Изучить основные схемы возбуждения светодиодов, ознакомиться с условиями нормальной работы светодиодов.
2.2 Подготовка к работе
2.2.1 Изучить следующие вопросы курса по конспекту лекций к рекомендованной литературе:
-устройство и принцип работы светодиода.
-вольтамперная характеристика светодиода.
-основные параметры и предельные режимы работы.
-зависимость силы света от прямого тока и температуры.
-типы, конструкции светодиодов.
-схемы включения и применение светодиодов.
-схемы возбуждения светодиодов.
-условия нормальной работы светодиодов.
2.2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:
-пояснить принцип действия излучающих диодов;
-чем определяется частота излучения полупроводниковых излучающих диодов;
- приведите классификацию и расшифруйте систему обозначений излучающих диодов;
- изобразите ВАХ излучающего диода. Укажите рабочий участок характеристик;
- назовите основные параметры излучающих диодов. Укажите предельные параметры. Объясните, от чего зависит цвет свечения диода;
- изобразите зависимость силы света от прямого тока и температуры;
- сравните ВАХ обычных и излучающих диодов. Объясните отличие. Почему Ge и Si не используются при производстве светодиодов;
- изобразите основные схемы включения светодиодов с ограничением тока; формирователя с активным низким уровнем; формирователя с активным высоким уровнем;
-объясните выбор режима и силы света излучателя в зависимости от освещенности окружающей среды.
Рекомендуемая литература
Игнатов А.Н. Основы оптоэлектроники. Ч.1. Излучающие и фотоприемные приборы, Новосибирск, 1988.
Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А.М. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы, справочник, М., Энергоатомиздат, 1988.
Игнатов А.Н. Оптоэлектронные приборы и устройства, Новосибирск, 2002.
2.3 Светодиоды, исследуемые в работе
В работе исследуются эпитаксиальные светоизлучающие диоды с рассеянным излучением, изготовленные на основе соединений галий-алюминий-мышьяк (АЛ307А, Б), фосфида галлия (АЛ307В, Г, Д, Е, И, Л). Электрические и световые параметры светодиодов приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры светоизлучающих диодов.
|
Тип |
Цвет свечения |
Сила света, мкд при I=10 мА |
lmax, мкм |
Uобр max, B |
Uпр max, B |
Iпр max, мА |
|
АЛ307А АЛ307Б АЛ307В АЛ307Г АЛ307Д АЛ307Е АЛ307И АЛ307Л |
красный красный зеленый зеленый желтый желтый оранжевый оранжевый |
0,15 0,90 0,40 1,50 0,40 1,50 0,40 1,50 |
0,666 0,666 0,566 0,566 0,560; 0,700 0,560; 0,700 0,560; 0,700 0,560; 0,700 |
2 2 2 2 2 2 2 2 |
2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 |
20 20 22 22 22 22 22 22 |
2.4 Лабораторное задание
2.4.1 Собрать схему, в соответствии с рисунком 1 для снятия ВАХ светодиода при прямом включении. В качестве источника питания использовать G5. Предел вольтметра PV1 установить 2 В, а предел миллиамперметраPA1 – 10 мА.
Р
исунок
1 - Схема для снятия ВАХ светодиода
2.4.2 Снять вольт-амперную характеристику светодиода и U = f(IД) при прямом включении. Напряжение изменять от 0 до 2 В. Результаты измерений занести в таблицу. Определить пороговое значение напряжения, при котором появилось свечение. Построить ВАХ светодиода.
2.4.3 Собрать схему формирователя с активным низким уровнем в соответствии с рисунком 2. Регулируемым источником на входе Uвх является источник G1. Предел вольтметраPV1 установить 10 В, предел миллиамперметра установить 10 мА.
Рисунок 2 - Схема включения светодиода в формирователе
с активным низким уровнем
2.4.4 Снять передаточную характеристику Iвых= f(Uвх)/Uвых= const. Регулятором напряжения источника питания G5 установить 5 В. Для этого ручку регулятора повернуть по часовой стрелке до упора. Напряжение Uвхизменять от 0 до 6 В. Результаты измерений занести в таблицу. Построить передаточную характеристику.
Таблица 2 - Результаты измерений.
|
Uвх, В |
0 |
|
|
|
6 |
|
Iвых, мА |
|
|
|
|
|
2.4.5 Собрать схему формирователя с активным высоким уровнем, в соответствии с рисунком 3. Предел миллиамперметра и вольтметра не изменять.
Рисунок 3 - Схема включения светодиода в формирователе
с активным высоким уровнем
2.4.6 Снять передаточную характеристику Iвых= f(Uвх) / Uвых= const. Напряжение Uвхизменять от 0 до 6 В. Результаты измерений занести в таблицу. Построить передаточную характеристику.
2.4.7 Используя результаты п. 2.4.5 и 2.4.6 и зависимость относительной силы света от прямого тока, в соответствии с рисунком 5, построить зависимости силы света от управляющего напряжения для двух вариантов формирователей.
2.4.8 Рассчитать токоограничивающие сопротивления Rк.
Для защиты светодиодов и транзисторов от чрезмерных токов в схемах обязательно следует использовать ограничивающие ток резисторы. Номиналы резисторов выбираются исходя из допустимых токов элементов указанных в справочной литературе (для светодиодов АЛ307 в таблице 1. Следует также иметь в виду, что светодиоды имеют малые допустимые прямые и обратные напряжения (порядка 2В для светодиодов АЛ307).
Д
(2.1)
где UП– напряжение источника питания,UКЭ нас– напряжение насыщения транзистора.
Д
(2.2)
е
г
(2.3)
если БТ включен (открыт).
2.5 Содержание отчета
2.5.1 Схемы исследований и таблицы результатов измерений.
2.5.2 ВАХ исследуемого светодиода.
2.5.3 Зависимость силы света от управляющего напряжения формирователя с низким активным уровнем.
2.5.4 Зависимость силы света от управляющего напряжения с высоким активным уровнем.
2.5.5 Параметры рабочего режима формирователей (входные напряжения, при которых светодиод «включен» и «выключен», а также силу света при включенном состоянии светодиода).
2.5.6 Используя зависимость IV=f(E) определить условия освещенности, при которых светодиод с параметрами полученными в п. 2.4.4., может нормально работать.
Рисунок 4 - Зависимость силы света от освещенности
Таблица 3
|
Е, лк |
Восприятие |
|
1-10 10-100 100-103 103-104 104-105 |
Темно Тусклое освещение Нормальное освещение Яркое освещение Солнечный свет |
Рисунок 5 - Зависимость относительной силы света от прямого тока