Излучающий диод (светодиод)
Излучающий диод, работающий в видимом диапазоне волн, часто называют светоизлучающим, или светодиодом.
Рассмотрим устройство, характеристики, параметры и систему обозначений излучающих диодов.
Устройство. Схематическое изображение структуры излучающего диода представлено на рис. 6.1,а, а его условное графическое обозначение – на рис. 6.2,б.
Излучение возникает при протекании прямого тока диода в результате рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода и в областях, примыкающих к указанной области. При рекомбинации излучаются фотоны.
Характеристики и параметры. Для излучающих диодов, работающих в видимом диапазоне (длина волн от 0,38 до 0,78 мкм, частота около 1015 Гц), широко используются следующие характеристики:
зависимость яркости излучения L от тока диода i (яркостная характеристика);
зависимость силы света Iv от тока диода i.
Рис. 6.1. Структура светоизлучающего диода (а)
и его графическое изображение (б)
Яркостная характеристика для светоизлучающего диода типа АЛ102А представлена на рис. 6.2. Цвет свечения этого диода – красный.
Рис. 6.2. Яркостная характеристика светодиода
График зависимости силы света от тока для светоизлучающего диода типа АЛ316А представлен на рис. 6.3. Цвет свечения – красный.
Рис. 6.3. Зависимость силы света от тока светодиода
Для излучающих диодов, работающих не в видимом диапазоне, используют характеристики, отражающие зависимость мощности излучения Р от тока диода i. Зона возможных положений графика зависимости мощности излучения от тока для излучающего диода типа АЛ119А, работающего в инфракрасном диапазоне (длина волны 0,93…0,96 мкм), представлена на рис. 6.4.
Приведем для диода АЛ119А его некоторые параметры:
время нарастания импульса излучения – не более 1000 нс;
время спада импульса излучения – не более 1500 нс;
постоянное прямое напряжение при i=300 мА – не более 3 В;
постоянный максимально допустимый прямой ток при t <+85°C – 200 мА;
температура окружающей среды –60 …+85°С.
Рис. 6.4 . Зависимость мощности излучения от тока светодиода
Для информации о возможных значениях коэффициента полезного действия отметим, что излучающие диоды типа ЗЛ115А, АЛ115А, работающие в инфракрасном диапазоне (длина волны 0,95 мкм, ширина спектра не более 0,05 мкм), имеют коэффициент полезного действия не менее 10 %.
Система обозначений. Используемая система обозначений светоизлучающих диодов предполагает применение двух или трех букв и трех цифр, например АЛ316 или АЛ331. Первая буква указывает на материал, вторая (или вторая и третья) – на конструктивное исполнение: Л – единичный светодиод, ЛС – ряд или матрица светодиодов. Последующие цифры (а иногда буквы) обозначают номер разработки.
Фоторезистор
Фоторезистором называют полупроводниковый резистор, сопротивление которого чувствительно к электромагнитному излучению в оптическом диапазоне спектра. Схематическое изображение структуры фоторезистора приведено на рис. 6.5,а, а его условное графическое изображение – на рис. 6.5,б.
Поток фотонов, падающих на полупроводник, вызывает появление пар электрон-дырка, увеличивающих проводимость (уменьшающих сопротивление). Это явление называют внутренним фотоэффектом (эффектом фотопроводимости). Фоторезисторы часто характеризуются зависимостью тока i от освещенности Е при заданном напряжении на резисторе. Это так называемая люкс-амперная характеристика (рис. 6.6).
Рис. 6.5. Структура (а) и схематическое обозначение (б) фоторезистора
Рис. 6.6. Люкс-амперная характеристика фоторезистора ФСК-Г7
Часто используют следующие параметры фоторезисторов:
номинальное темновое (при отсутствии светового потока) сопротивление (для ФСК-Г7 это сопротивление равно 5 МОм);
интегральную чувствительность (чувствительность, определяемая при освещении фоторезистора светом сложного спектрального состава).
Интегральная чувствительность (токовая чувствительность к световому потоку) S определяется выражением:
,
где iф – так называемый фототок (разность между током при освещении и током при отсутствии освещения);
Ф – световой поток.
Для фоторезистора ФСК-Г7 S=0,7 А/лм.