Светодиоды

Это приборы, излучающие свет при пропускании тока в прямом направлении через p-n-переход. Выделение света осуществляется за счёт рекомбинации электронов и дырок в области ЗСp-n-перехода и преобразования энергии в световое излучение.

Если светодиод построен из п/п со строением энергетических зон, дающим прямой переход, то акты рекомбинации происходят достаточно часто и энергия излучения равна ширине запрещённой зоны.

При обратном напряжении в энергетической структуре п/п должны быть энергетические уровни и для перехода из одной зоны в другую. Электроны должны осуществлять взаимодействие с ядром атома.

R_н

+ Е -

Спектральная диаграмма содержит составляющие разных длин волн, ширина спектра излучения светодиода порядка 100 нм. Но спектр излучения, из-за того, что его можно легко изменить, распределён от инфракрасной до ультрафиолетовой области.

n

p

p

Ф 2

1

3

1 2 3 4 5 6 7 8 λ, 10²нм

Некоторые СД могут излучать 2 цвета (2 – красное, 1,3 – зелёное свечение)

Светодиоды служат в качестве индикаторов. Имеют высокую надёжность, длительный срок службы, могут работать на ВЧ, потребляют мало энергии.

Яркостная характеристика В

B

U_порU’U_пр

U’ – предельное для использования; напряжение, при котором яркость прекращает увеличиваться, т.к. носители зарядов приобретают большую скорость, и поэтому увеличивается количество рекомбинаций.

Параметры:

• сила света

• яркость

• λ_max – длина волны, на которой световое излучение соответствует максимальной спектральной характеристике.

• I_{пр max}

АЛ – арсенид галлия; КЛ – кремниевый.

Оптрон

Оптрон – это прибор, состоящий из источника света и приёмника света, помещающихся в один корпус.

Электрический сигнал подаётся на источник света, преобразуется в световой сигнал, который попадает на фотоприёмник, преобразующий световой сигнал в электрический сигнал.

IФ

электрический электрический

сигнал сигнал

Чаще всего используются оптроны, в которых источник света – светодиод, а приёмник – фотодиод, фототранзистор, фототиристор и т.д.

I _вых

I _вх

• K _пер=ΔI _вых /ΔI _вх

• передаточные характеристики

Достоинства: почти идеальная электрическая изоляция входных и выходных цепей; отсутствие паразитных обратных связей между входом и выходом (сигнал передаётся только в одну сторону); громадная помехозащищённость каналов передачи от входа к выходу от влияния электрических помех; возможность коммутации и управления мощными электрическими цепями с помощью маломощных цепей; возможность передачи большого объёма информации.

Диод Устройство и принцип действия

Простейшая электронная лампа – диод – состоит из катода, благодаря которому осуществляется электронная эмиссия, и анода, назначение которого – управление током в лампе. Анод является коллектором, он собирает электроны, движущиеся от катода. Оба электрода помещены в баллон, выполненный чаще всего из стекла, но в некоторых случаях из керамики и металла. Внутри баллона поддерживается вакуум, т.е. очень разреженное состояние газа до 10^-6…10^-7мм. рт. ст. Аноды электронных ламп изготовляют из тугоплавких металлов, имеющих большую работу выхода, – никеля, молибдена и т.д.

Условное изображение диодов в схемах приведено на рисунке.

А

К н н

При подаче напряжения накала катод разогревается до требуемой температуры и происходит эмиссия электронов. Вылетевшие из катода электроны обладают некоторыми начальными скоростями, различными как по величине, так и по направлению. В отсутствие напряжения между анодом и катодом эти электроны заполняют пространство между ними, образуя отрицательный пространственный заряд. Этот пространственный заряд создаёт вблизи катода область отрицательного потенциала. Подадим между анодом и катодом напряжение плюсом на анод +U_а. Электроны пространственного заряда под действием ускоряющего электрического поля, созданного положительным потенциалом на аноде, притягиваются к нему. В цепи лампы возникает анодный токI_а. При подаче на анод напряжения, отрицательного по отношению к катоду, для электронов эмиссии создаётся тормозящее поле, и анодный ток отсутствует.

Таким образом, ламповый диод обладает односторонней проводимостью, как и полупроводниковый диод.

Анодная (вольт - амперная) характеристика диода

Эта характеристика представляет собой зависимость

I_а=f (U_а) при U_н= const,

где U_н– напряжение накала, которое обеспечивает постоянство температуры катода и, следовательно, постоянство тока эмиссии. ПриU_А=0 анодный ток практически отсутствует и только некоторые электроны, имеющие достаточно большую энергию, могут развить скорость, необходимую для преодоления тормозящего поля пространственного заряда, и достичь анода. При подаче положительного анодного напряжения для электронов создаётся ускоряющее поле, которое позволяет им преодолеть тормозящее поле пространственного заряда и достигнуть анода. По мере возрастания анодного напряженияU_Апроисходит постепенное рассасывание пространственного заряда, и анодный токI_Аувеличивается. При каком-то значении +Uа пространственный заряд полностью рассасывается. Режим, при котором полностью рассасывается пространственный заряд электронов в диоде, называетсярежимом насыщения. В этом режиме все электроны, вылетевшие с катода, достигают анода. В режиме насыщения ток эмиссии

I_А=I_{А нас}. Таким образом, при работе диода наблюдается два режима:режим пространственного зарядаирежим насыщения.

I_А

режим простр. режимU_А

заряда насыщения

Основным режимом является режим пространственного заряда, т.к. в этом режиме проявляется управляющее действие поля анода, и анодный ток I_Аменяется пропорционально напряжениюU_А. Эта пропорциональность нарушается в режиме насыщения, где изменениеU_Ане вызывает соответствующего измененияI_А.

В действительности, и в режиме насыщения также происходит некоторое увеличение тока I_Апри увеличенииU_А. Оно особенно резко выражено у ламп с оксидными катодами, что связано с увеличением тока эмиссии под действием поля анода.